本發(fā)明涉及合成纖維領(lǐng)域，進(jìn)一步地說，本發(fā)明涉及一種聚合物/金屬復(fù)合纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：
合成纖維具有價格低廉，密度低和吸濕率低等特性，廣泛應(yīng)用于日常生產(chǎn)生活的紡織服裝類、編織袋等領(lǐng)域。但是合成纖維的電阻率高，在使用過程中易產(chǎn)生靜電，對工業(yè)生產(chǎn)和人民生活都會帶來危害。并且隨著高科技的發(fā)展，靜電是導(dǎo)致現(xiàn)代電子設(shè)備運轉(zhuǎn)故障、信號丟失、誤碼的直接原因之一。在石油、化工、精密機械、煤礦、食品、醫(yī)藥等行業(yè)均對靜電的防護(hù)有特殊的要求。因此，性能優(yōu)異的抗靜電纖維具有十分廣泛的應(yīng)用前景。填充炭黑、碳納米管等導(dǎo)電填料來改善纖維的電性能的技術(shù)被廣泛應(yīng)用于抗靜電纖維的開發(fā)。由于纖維的拉伸后整理工藝會顯著增大抗靜電纖維中導(dǎo)電填料之間的距離，嚴(yán)重破壞纖維中原有的導(dǎo)電填料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致需要添加大量導(dǎo)電填料才能彌補拉伸后整理工藝對纖維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)破壞的影響，從而滿足實際抗靜電的需求。但是大填充量的抗靜電纖維導(dǎo)致纖維的可染性、力學(xué)性能和纖維手感嚴(yán)重下降。一般在纖維紡絲中，紡絲拉伸倍率提高，纖維強度增強，但是填充炭黑、碳納米管等的聚合物纖維會隨著拉伸倍率提高強度增強后損失抗靜電性能。隨后，皮芯紡絲技術(shù)彌補填充炭黑的抗靜電纖維力學(xué)性能低、纖維手感差等缺點。但是仍然不能解決抗靜電纖維顏色深，可染性差的缺陷；為了解決抗靜電纖維可染性差的缺陷，有文獻(xiàn)報道采用高分子抗靜電劑與碳納米管混合使用的技術(shù)，可以顯著降低了碳納米管的用量，在滿足纖維電學(xué)和力學(xué)需求的同 時，纖維可染性得到明顯改善。但是依據(jù)這種技術(shù)生產(chǎn)的抗靜電纖維耐水洗性較差。纖維及其織物經(jīng)過多次洗滌后，纖維的抗靜電性能會出現(xiàn)顯著的下降，甚至失去抗靜電效果。經(jīng)過不斷的技術(shù)改進(jìn)，現(xiàn)有的抗靜電纖維開發(fā)存在兩難的困境。在滿足電學(xué)和力學(xué)性能同時，必然要犧牲了纖維的可染性和可加工性；或者在滿足纖維可染性和電學(xué)性能同時，不能制備永久抗靜電纖維。開發(fā)出既滿足電學(xué)和力學(xué)性能，又具有良好可染色的永久抗靜電纖維成為制備抗靜電纖維的重要難題。近年來，國內(nèi)外聚合物/低熔點金屬復(fù)合材料領(lǐng)域出現(xiàn)新的發(fā)展。低熔點金屬以高電導(dǎo)率、易加工等特性作為一個新的填料被廣泛應(yīng)用于聚合物的復(fù)合材料領(lǐng)域。專利CN102021671A公開了一種聚合物/低熔點金屬復(fù)合導(dǎo)線及其制造方法，同時專利CN102140707A公開了一種皮芯復(fù)合電磁屏蔽纖維及其制備方法。上述兩項技術(shù)利用皮芯復(fù)合技術(shù)制備聚合物包覆低熔點金屬導(dǎo)線或纖維的方法。但是該技術(shù)中需要特殊的復(fù)合紡絲機，且作為纖維的芯層金屬比重加大，雖然保證了復(fù)合纖維較低電阻率，但是致使纖維密度增大，且斷裂伸長率沒有提高，甚至降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了能夠以簡便和低成本的方法制備具有優(yōu)良可染性和手感，并同時也具有較低的體積電阻率和較高的力學(xué)性能，纖維密度降低，且抗靜電性能持久的復(fù)合纖維，提出本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的是提供一種聚合物/金屬復(fù)合纖維。本發(fā)明的聚合物/金屬復(fù)合纖維，包括含有金屬短纖維的聚合物纖維，其微觀結(jié)構(gòu)為金屬短纖維作為分散相分布在聚合物纖維中，而且作為分散相的金屬短纖維沿著聚合物纖維軸平行分布。其中所述聚合物纖維的聚合物為熱塑性樹脂，優(yōu)選為熔點在90～450℃的熱塑性樹脂，更優(yōu)選為熔點為100～290℃的熱塑性樹脂。最優(yōu)可選自聚乙烯、聚 丙烯、聚酰胺或聚酯等中的一種。其中所述的聚酰胺包括現(xiàn)有技術(shù)中任何種類的可紡絲聚酰胺，優(yōu)選尼龍6、尼龍66、尼龍11或尼龍12。所述的聚酯可以為現(xiàn)有技術(shù)中任何可紡絲的聚酯，優(yōu)選聚對苯二甲酸乙二醇（PET）或聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）其中所述金屬短纖維的金屬為熔點在20～480℃，優(yōu)選為100～250℃，更優(yōu)選為120～200℃的單組分金屬和金屬合金中的至少一種，并且其熔點同時低于所述聚合物熔點。優(yōu)選的，所述金屬中的單組分金屬為鎵、銫、銣、銦、錫、鉍、鎘、鉛元素的單質(zhì)金屬；所述金屬中的金屬合金為鎵、銫、銣、銦、錫、鉍、鎘、鉛元素中兩種以上的金屬合金，或者為鎵、銫、銣、銦、錫、鉍、鎘、鉛元素中的至少一種與銅、銀、金、鐵或鋅元素中的至少一種的金屬合金，或者為鎵、銫、銣、銦、錫、鉍、鎘、鉛元素中的至少一種與銅、銀、金、鐵或鋅元素中的至少一種與硅元素和/或碳元素形成的合金。本發(fā)明的聚合物/金屬復(fù)合纖維中金屬短纖維和聚合物纖維的體積比為0.01:100～20:100，優(yōu)選為0.1:100～4:100，更優(yōu)選為0.5:100～2:100。本發(fā)明的聚合物/金屬復(fù)合纖維的體積電阻率小于或等于1×1011Ω·CM，優(yōu)選小于1×1010Ω·CM。本發(fā)明的另一目的是提供上述聚合物/金屬復(fù)合纖維的制備方法。該方法采用原位法制備聚合物/金屬復(fù)合纖維，即在聚合物纖維制備過程中由金屬顆粒變成金屬纖維。本發(fā)明的方法是在現(xiàn)有普通纖維生產(chǎn)設(shè)備上實現(xiàn)，從而使制備方法具有良好的適用性和較低設(shè)備成本。本發(fā)明的聚合物/金屬復(fù)合纖維的制備方法包括以下步驟：步驟一、按所述量將所述熱塑性樹脂與所述金屬在內(nèi)的組分進(jìn)行熔融共混，得到聚合物/金屬共混物。其中所述熔融共混是通常熱塑性樹脂熔融共混的加工條件。所得的聚合物/金屬共混物的微觀形態(tài)為：金屬作為分散相均勻分布在連續(xù)相的熱塑性樹脂中。步驟二、將步驟一中所得聚合物/金屬共混物在紡絲設(shè)備上紡絲，得到聚合物/金屬復(fù)合原絲。其中所述紡絲設(shè)備是現(xiàn)有技術(shù)中通用的紡絲設(shè)備，在所采用的熱塑性樹脂紡絲的通常紡絲條件下，采用通常的噴絲和收卷速度（紡絲速度）來紡絲。通常，紡絲速度越快，得到的復(fù)合纖維直徑越細(xì)，其中金屬短纖維也越細(xì)，金屬短纖維的長度越長，所得復(fù)合纖維的體積電阻率越低，電性能越好。步驟三、將步驟二中所得的聚合物/金屬復(fù)合原絲在低于所采用的熱塑性樹脂熔點的溫度和高于或等于所述金屬熔點的溫度范圍內(nèi)加熱拉伸得到聚合物/金屬復(fù)合纖維。其中加熱拉伸的拉伸倍率采用通常拉伸倍率即可，優(yōu)選大于或等于2倍，更優(yōu)選為大于或等于5倍，最優(yōu)選為大于或等于10倍。隨著拉伸倍率的提高，復(fù)合纖維中金屬短纖維的直徑越小，復(fù)合纖維的斷裂強力和電性能都會隨之提高。在制備過程中，所采用的金屬為熔點在20～480℃的單組分金屬和金屬合金中的至少一種；優(yōu)選熔點為100～250℃；更優(yōu)選熔點為120～200℃。優(yōu)選的，所述金屬中的單組分金屬為鎵、銫、銣、銦、錫、鉍、鎘、鉛元素的單質(zhì)金屬；所述金屬中的金屬合金為鎵、銫、銣、銦、錫、鉍、鎘、鉛元素中兩種以上的金屬合金，或者為鎵、銫、銣、銦、錫、鉍、鎘、鉛元素中的至少一種與銅、銀、金、鐵或鋅元素中的至少一種的金屬合金，或者為鎵、銫、銣、銦、錫、鉍、鎘、鉛元素中的至少一種與銅、銀、金、鐵或鋅元素中的至少一種與硅元素和/或碳元素形成的合金。在制備過程中，所采用的聚合物為熱塑性樹脂，優(yōu)選為熔點在90～450℃的熱塑性樹脂，更優(yōu)選為熔點為100～290℃的熱塑性樹脂。最優(yōu)可選自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚酯等中的一種。其中所述的聚酰胺包括現(xiàn)有技術(shù)中任何種 類的可紡絲聚酰胺，優(yōu)選尼龍6、尼龍66、尼龍11或尼龍12。所述的聚酯可以為現(xiàn)有技術(shù)中任何可紡絲的聚酯，優(yōu)選聚對苯二甲酸乙二醇（PET）或聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）。在制備過程中，所述金屬與所述聚合物的體積比為0.01:100～20:100，優(yōu)選為0.1:100～4:100，更優(yōu)選為0.5:100～2:100。本發(fā)明所述聚合物/金屬復(fù)合纖維的制備方法的步驟一中將所述聚合物與金屬熔融共混所采用的方法就是橡塑加工中通常的熔融共混法，共混溫度即熱塑性樹脂的通常加工溫度，在即應(yīng)該在既保證所采用的熱塑性樹脂和金屬完全熔融又不會使所采用的熱塑性樹脂分解的范圍內(nèi)選擇。此外，根據(jù)加工需要，可在共混物料中適量加入熱塑性樹脂加工的常規(guī)助劑。在共混過程中可以將所述熱塑性樹脂與金屬等各組分通過計量加料等方式同時加入熔融共混設(shè)備中進(jìn)行熔融共混；也可以先通過通用的混合設(shè)備，預(yù)先將所述各個組分混合均勻，然后再經(jīng)過橡塑共混設(shè)備熔融共混。在制備方法的步驟一中所使用的橡塑共混設(shè)備可以是開煉機，密煉機，單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機或轉(zhuǎn)矩流變儀等。所述的物料混合設(shè)備選自現(xiàn)有技術(shù)中的高速攪拌機，捏合機等等機械混合設(shè)備。在制備方法的步驟一的原料中還可含有塑料加工領(lǐng)域中常用的助劑。比如抗氧劑，增塑劑及其它加工助劑等。這些常用的助劑用量為常規(guī)用量，或根據(jù)實際情況的要求來進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。本發(fā)明制備復(fù)合纖維的方法中步驟三的加熱拉伸是保證得到本發(fā)明的聚合物/金屬復(fù)合纖維的必要條件。這樣所制備的聚合物/金屬復(fù)合纖維的微觀形態(tài)為：為金屬短纖維作為分散相分布在聚合物纖維中，而且作為分散相的金屬短纖維沿著復(fù)合纖維軸向平行分布。由于金屬短纖維同向平行排布在復(fù)合纖維內(nèi)部，使得復(fù)合纖維抗靜電性能、斷裂強力和斷裂伸長率同時得到提高，纖維密度下降，從而提高纖維的手感，同時增強紡織產(chǎn)品的強度；同時，由于金屬短 纖維排布在聚合物纖維內(nèi)部，保護(hù)金屬短纖維不受彎曲、拉伸、折疊、磨損以及洗滌時的損害，解決了金屬層表面易氧化、易脫落或者金屬粉末易團(tuán)聚，從而導(dǎo)致抗靜電效果下降的問題，使得復(fù)合纖維的抗靜電性比較持久。尤其特別是，在現(xiàn)有技術(shù)中，制備導(dǎo)電纖維時,隨著拉伸倍率提高，導(dǎo)電填料之間的距離增大，原有的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)被拉伸破壞。因此，在導(dǎo)電填料不變的條件下，現(xiàn)有技術(shù)中的導(dǎo)電纖維隨著拉伸倍數(shù)的提高，雖然纖維的斷裂強力也提高,但電性能是呈下降趨勢.在本發(fā)明中，金屬在適當(dāng)?shù)臏囟认吕?，金屬的長度會隨著拉伸越來越長，而且在垂直纖維軸向的平面上，隨著拉伸倍數(shù)的提高，金屬纖維的距離是不斷減小的。這種特殊的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致本發(fā)明的復(fù)合纖維隨著拉伸倍數(shù)的提高，其內(nèi)部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)得到不斷完善，從而使本發(fā)明的復(fù)合纖維的電性能不斷提高。由此,本發(fā)明的復(fù)合纖維隨著纖維拉伸倍率提高斷裂強力提高的同時，其電性能不僅沒有受到影響，反而也隨之提高，從而實現(xiàn)了使本發(fā)明的復(fù)合纖維的力學(xué)性能和電性能同時提高的目的。本發(fā)明提出采用通用紡絲設(shè)備制備抗靜電聚合物/金屬復(fù)合纖維，大幅度降低成本，并且有廣泛的適用性。本發(fā)明所述的聚合物/金屬復(fù)合纖維所選用的單組分金屬或金屬合金可改善造粒過程的加工性和紡絲過程中的纖維的紡絲性能，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本；并且可通過選擇熔點相差范圍大的熱塑性樹脂與金屬搭配來擴寬生產(chǎn)條件，使之易于生產(chǎn)。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例10所得聚合物/金屬復(fù)合纖維的光學(xué)顯微鏡照片。放大倍率為100倍。圖2為本發(fā)明實施例10所得聚合物/金屬復(fù)合纖維的光學(xué)顯微鏡照片。放大倍率為500倍。具體實施方式下面結(jié)合實施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不受這些實施例的限制，本發(fā)明的范圍在附屬的權(quán)利要求書中提出。實施例中實驗數(shù)據(jù)用以下儀器設(shè)備及測定方法測定：（1）復(fù)合纖維的纖度測試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T14335-2008。（2）復(fù)合纖維中的金屬短纖維長度和直徑測試方法如下：蔡司公司的光學(xué)顯微鏡觀察金屬短纖維長度和直徑，型號為AxioImagerA1m。（3）復(fù)合纖維的斷裂強力及斷裂伸長率測試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T14337-2008。（4）復(fù)合纖維的體積電阻率測試方法如下：復(fù)合纖維體積電阻率的測試方法為：1、選取2cm左右長度的復(fù)合纖維，在兩端用導(dǎo)電膠帶粘附金屬鋁箔作為測試電極，測量電極內(nèi)端間的復(fù)合纖維的長度t；2、用光學(xué)纖維鏡測量復(fù)合纖維的直徑d；3、使用上海精密儀器儀表公司的PC-68高阻儀測量纖維體積電阻Rv；4、根據(jù)如下公式計算纖維試樣的體積電阻率ρv，測量10根纖維后取平均值。實施例1本實施例的聚合物為聚丙烯（中石化寧波鎮(zhèn)海煉化，牌號Z30S，熔點為167℃），金屬合金為錫鉍合金（熔點138℃），錫鉍合金與聚丙烯的體積比為2:100，加入適量的抗氧化劑1010（瑞士汽巴嘉基生產(chǎn)）、抗氧劑168（瑞士汽巴嘉基生產(chǎn)）以及硬脂酸鋅（市售）；其中以聚丙烯為100重量份數(shù)計，抗氧劑1010為0.5份，抗氧劑168為0.5份，硬脂酸鋅為1份。按照上述的聚合物和金屬合金的原料以及配比在高速攪拌機中混合均勻。之后用德國HAAKE公司PolymLab雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機各段溫度為：190℃，200℃，210℃，210℃，210℃，200℃（機頭溫度）。將粒料加入毛細(xì)管流變儀中在200℃下紡絲得到復(fù)合原絲，柱塞速度為5mm/min，收卷速度 （紡絲速度）為60m/min。將復(fù)合原絲在150℃條件下拉伸至原長的5倍后得到聚合物/金屬復(fù)合纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。用光學(xué)顯微鏡觀測，復(fù)合纖維中金屬短纖維的直徑為3.46μm以下，長度為大于或等于7.5μm。實施例2除金屬合金與聚合物的體積比按0.5:100外,其余均與實施例1相同，所得聚合物/金屬復(fù)合纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。用光學(xué)顯微鏡觀測，復(fù)合纖維中金屬短纖維的直徑為1.04μm以下，長度為大于或等于4.12μm。實施例3除金屬合金與聚合物的體積比按1:100外,其余均與實施例1相同，所得聚合物/金屬復(fù)合纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。用光學(xué)顯微鏡觀測，復(fù)合纖維中金屬短纖維的直徑為2.15μm以下，長度為大于或等于4.94μm。實施例4除金屬合金換為錫鉍銀合金（熔點149℃）外,其余均與實施例1相同，所得聚合物/金屬復(fù)合纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。用光學(xué)顯微鏡觀測，復(fù)合纖維中金屬短纖維的直徑為3.15μm以下，長度為大于或等于4.54μm。對比例1除不加入金屬合金外，其余均與實施例1相同，所得純聚丙烯纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。對比例2除將金屬合金替換成碳納米管（北京天奈，F(xiàn)T-9000）外，其余均與實施例1相同。碳納米管與聚丙烯的體積比為2:100。所得聚丙烯/碳納米管纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。實施例5除將復(fù)合原絲在150℃下拉伸至原長的10倍外，其余均與實施例1相同，所得聚合物/金屬復(fù)合纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。用光學(xué)顯微鏡 觀測，復(fù)合纖維中金屬短纖維的直徑為2.01μm以下，長度為大于或等于4.94μm。對比例3除將金屬合金替換成碳納米管（北京天奈，F(xiàn)T-9000）外，其余均與實施例5相同。碳納米管與聚丙烯的體積比為2:100。所得聚丙烯/碳納米管纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。實施例6除將復(fù)合原絲在150℃下拉伸至原長的15倍外，其余均與實施例1相同，所得聚合物/金屬復(fù)合纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。用光學(xué)顯微鏡觀測，復(fù)合纖維中金屬短纖維的直徑為0.8μm以下。長度為大于或等于5μm。對比例4除將金屬合金替換成碳納米管（北京天奈，F(xiàn)T-9000）外，其余均與實施例6相同。碳納米管與聚丙烯的體積比為2:100。所得聚丙烯/碳納米管纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。對比例5除不對復(fù)合原絲進(jìn)行加熱拉伸外，其余均與實施例1相同，所得聚合物/金屬的復(fù)合原絲，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。用光學(xué)顯微鏡觀測，復(fù)合原絲中金屬短纖維的直徑為13μm以下，長度為大于或等于5μm。實施例7除紡絲牽伸速度按30m/min外，其余均與實施例1相同，所得聚合物/金屬復(fù)合纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。用光學(xué)顯微鏡觀測，復(fù)合纖維中金屬短纖維的直徑為6.87μm以下，長度為大于或等于6.01μm。對比例6除不加入金屬合金外，其余均與實施例7相同，所得純聚丙烯原絲，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。實施例8除紡絲牽伸速度按40m/min外，其余均與實施例1相同，所得聚合物/金屬 復(fù)合纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。用光學(xué)顯微鏡觀測，復(fù)合纖維中金屬短纖維的直徑為5.63μm以下，長度為大于或等于7.0μm。對比例7除不加入金屬合金外，其余均與實施例8相同，所得純聚丙烯原絲，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。實施例9除紡絲牽伸速度按50m/min外，其余均與實施例1相同，所得聚合物/金屬復(fù)合纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。用光學(xué)顯微鏡觀測，復(fù)合纖維中金屬短纖維的直徑為5.12μm以下，長度為大于或等于8.0μm。對比例8除不加入金屬合金外，其余均與實施例9相同，所得純聚丙烯原絲，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。實施例10聚合物采用聚酰胺11（法國阿科瑪，牌號NaturalD40，熔點為179℃），金屬合金為錫鉍合金（熔點138℃），金屬合金與聚合物的體積比為2:100，加入適量的抗氧化劑1010（瑞士汽巴嘉基生產(chǎn)）、抗氧劑168（瑞士汽巴嘉基生產(chǎn)）以及硬脂酸鋅（市售）；其中以聚酰胺11為100重量份數(shù)計，抗氧劑1010為0.5份，抗氧劑168為0.5份，硬脂酸鋅為1份。按照上述的聚合物和金屬合金的原料以及配比在高速攪拌機中混合均勻。之后用德國HAAKE公司PolymLab雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機各段溫度為：200℃，210℃，220℃，220℃，220℃，210℃（機頭溫度）。將粒料加入毛細(xì)管流變儀中在200℃下紡絲得到復(fù)合原絲，柱塞速度為5mm/min，收卷速度為60m/min。將復(fù)合原絲在170℃條件下拉伸至原廠的的5倍后得到聚合物/金屬復(fù)合纖維，進(jìn)行各項測試，測試結(jié)果列于表1。本實施例所得聚酰胺/錫鉍合金復(fù)合纖維的微觀形貌如圖1、2所示。其中：A為聚酰胺11；B為錫鉍金屬合金。用光學(xué)顯微鏡觀測，復(fù)合纖維中金屬短纖 維的直徑為2.80μm以下，長度為大于或等于3μm。并可見金屬合金形成的短纖維作為分散相分布在聚酰胺形成的聚合物纖維中，而且作為分散相的金屬短纖維沿著聚合物纖維軸向平行分布。對比例9除不加入金屬合金外，其余均與實施例10相同，純聚酰胺纖維測試結(jié)果列于表1。從表1數(shù)據(jù)可見，本發(fā)明的含金屬短纖維的聚合物纖維，其電性能有顯著的提高；本發(fā)明的復(fù)合纖維的纖度低，因此會使得質(zhì)地輕、手感好，同時本發(fā)明的復(fù)合纖維也具有較低的體積電阻率和較高的斷裂強力和斷裂伸長率等力學(xué)性能，且抗靜電性能持久。表1