一种多组分混合的导电纤维及其制备工艺和导电短纤的制作方法

1.本发明涉及导电纤维的技术领域，尤其是涉及一种多组分混合的导电纤维及其制备工艺和导电短纤。


背景技术：

2.衣物在摩擦后会产生静电，而且，静电往往会在衣物上不断累积，静电严重时会灼伤人的皮肤。为了防止静电对人体造成损害，一些衣物会采用导电纤维制成。导电纤维是指在聚合物中混入导电介质所纺制成的化学短纤或金属短纤、碳短纤等，具有抗静电性能，能够减少静电累积。
3.目前，相关技术中公开了一种导电毛条纤维，其采用共混纺丝法进行制备，即在基体聚合物中直接加入导电粒子，然后进行直接纺丝而制成，或将导电粒子与基体聚合物进行复合纺丝而制成。
4.但是，此种导电毛条纤维的防静电参数一般在10
6-10
12
ω
·
cm，只能实现抗静电或防静电，难以实现导电效果。


技术实现要素：

5.为了改善导电纤维的导电效果，本技术提供一种多组分混合的导电纤维及其制备工艺和导电短纤。
6.第一方面，本技术提供一种导电纤维，采用如下的技术方案：一种导电纤维，包括如下质量百分比的组分：5％-10％石墨烯，20％-25％炭黑，65％-70％pet/pa6材料，2％-3％钛白粉，1％-2％辅助添加剂，所述导电纤维包括短纤主体和凸棱，若干个所述凸棱沿短纤主体的周向依次连接在短纤主体的周壁上。
7.通过采用上述技术方案，本技术通过选用pet/pa6材料作为短纤主体材料，并将各组分的配比控制在上述范围内，制成短纤主体的周壁上具有若干个凸棱的导电纤维，具有优良的导电性能，其防静电参数可以达到10
2-104ω
·
cm之间。这可能是因为，石墨粉和炭黑均具有良好的导电性，钛白粉改善了石墨粉和炭黑混合时流动性差的缺陷，将石墨粉、炭黑和钛白粉混合后分散在短纤内，可以提高短纤的导电性能。相比于截面为圆形的短纤，将短纤制成短纤主体的周壁上具有若干个凸棱的形状，凸棱可以提高短纤的导电效果，从而使得制备得到导电纤维的防静电参数可以达到10
2-104ω
·
cm之间。
8.在一个具体的可实施方案中，所述短纤主体的截面为圆形，所述凸棱有三个，三个所述凸棱均匀分布在短纤主体的周壁上。
9.通过采用上述技术方案，采用上述结构，可以在导电纤维的表面形成电晕层，通过电晕放电的方式将导电纤维上的静电释放的空气中，因此，可以提高导电纤维的导电性能，有助于减少静电在导电纤维上累积。
10.在一个具体的可实施方案中，所述pet/pa6材料包括体积比为(80-90):(10-20):2:(1-2)的pa6、pet、环氧大豆油和1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基三氟硼酸盐。
11.通过采用上述技术方案，pa6具有韧性、耐久性和耐磨性好的优点，pet具有电绝缘性好的优点，将二者复合，可以得到综合性能优良的纺丝原料。但是，pa6和pet的相容性差，导致制备的pet/pa6材料得韧性较差。因此，本技术还采用了环氧大豆油和1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基三氟硼酸盐，环氧大豆油的环氧基团能够与pa6和pet发生扩链反应，从而达到反应增容的效果，有助于提高pa6和pet的相容性，1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基三氟硼酸盐能够对pa6和pet进行增韧改性，改善pet/pa6材料的韧性。而且，发明人意外发现，1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基三氟硼酸盐还能够进一步提高pet/pa6材料的导电性能。因此，采用上述pet/pa6材料制备的导电纤维，不仅具有良好的韧性，还具有更优异的导电性能。
12.在一个具体的可实施方案中，所述pet/pa6材料的制备工艺如下：将pa6和pet干燥后，与环氧大豆油和1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基三氟硼酸盐进行熔融共混，得到熔融混合料；将熔融混合料挤出切粒，得到pet/pa6材料。
13.通过采用上述技术方案，先将pa6和pet进行干燥，可以除去pa6和pet中的水分，有助于减少水分对熔融挤出过程的不利影响。
14.在一个具体的可实施方案中，所述辅助添加剂包括聚苯胺和霍尼韦尔聚乙烯蜡。
15.通过采用上述技术方案，聚苯胺能够与石墨粉、炭黑配合，将石墨粉和炭黑连接在一起，便于传导静电，从而有助于进一步提高短纤的导电性能。霍尼韦尔聚乙烯蜡有助于提高钛白粉、石墨粉和炭黑在短纤内的分散性，从而进一步提高短纤的导电性能。而且，霍尼韦尔聚乙烯蜡与pet/pa6材料具有良好的相容性，因此可以减少对导电纤维的韧性的影响。
16.在一个具体的可实施方案中，所述辅助添加剂包括马来酸酐接枝聚乙烯。
17.通过采用上述技术方案，马来酸酐接枝聚乙烯具有高流动性和无定型特性，将马来酸酐接枝聚乙烯与pet/pa6材料共熔融，不仅可以提高pet/pa6材料在熔融态的流动性，有助于进行纺丝，还可以pet/pa6材料在低温下的抗冲击性能，因此，有助于提高导电纤维在低温下的抗冲击性能。
18.第二方面，本技术提供一种导电纤维的制备工艺，采用如下的技术方案：一种导电纤维的制备工艺，包括如下步骤：混合：按配比，将石墨烯、炭黑和钛白粉干燥后，与辅助添加剂混合均匀，得到混合组分；熔融纺丝：将混合组分和pet/pa6材料进行熔融混合，得到熔融原料，将熔融原料在285-295℃下经纺丝复合组件制成导电纤维。
19.通过采用上述技术方案，先将石墨烯、炭黑、钛白粉和辅助添加剂进行混合和干燥，既有助于石墨烯和炭黑混合均匀，有助于减少原料中的水分对熔融纺丝的影响。在上述纺丝温度下，便于进行高压喷丝，从而可以得到短纤主体的周壁上具有若干个凸棱的导电纤维。
20.在一个具体的可实施方案中，当辅助添加剂包括聚苯胺时，在熔融纺丝步骤中，将混合组分先进行熔融混合，得到熔融态混合组分，再将pet/pa6材料与熔融态混合组分进行熔融混合，得到熔融原料。
21.通过采用上述技术方案，预先将混合组分熔融，有助于聚苯胺将石墨烯、炭黑连接在一起，从而有助于提高导电纤维的导电性能。
22.在一个具体的可实施方案中，所述熔融纺丝步骤中，将混合组分和pet/pa6材料加入双螺杆挤出机中，进行熔融混合，得到熔融原料，双螺杆挤出机具有6个加热区，其中6个
加热区的温度依次为265℃，272℃，278℃，280℃，282℃，275℃。
23.通过采用上述技术方案，在上述熔融温度下，便于得到纺丝性良好的熔融原料，有助于进行纺丝。
24.第三方面，本技术提供一种导电短纤，采用如下的技术方案：一种导电短纤，采用上述的任意一种导电纤维制成。
25.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术通过优选组分及组分配比，并制成短纤主体的周壁上具有若干个凸棱的导电纤维，可以提高短纤的导电性能，其防静电参数可以达到10
2-104ω
·
cm之间；2.本技术采用pa6、pet、环氧大豆油和1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基三氟硼酸盐制备的pet/pa6材料，制备的导电纤维，不仅具有良好的韧性，还具有更优异的导电性能；3.本技术还添加聚苯胺，有助于进一步提高短纤的导电性能。
附图说明
26.图1是本技术实施例1中导电纤维的剖视图。
27.附图标记说明：1、短纤主体；2、凸棱。
具体实施方式
28.以下结合附图1和实施例对本技术作进一步详细说明。
29.pet/pa6材料的制备例制备例1本制备例提供一种pet/pa6材料，包括体积比为85:15:2:1.5的pa6、pet、环氧大豆油(艾特工业级)和1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基三氟硼酸盐(西安齐岳生物分析纯)。
30.pet/pa6材料的制备工艺如下：将pa6和pet在70℃下真空干燥15h后，与环氧大豆油和1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基三氟硼酸盐混合，然后同步加入双螺杆挤出机中，在285℃的熔融温度下，熔融共混2h，得到熔融混合料；将熔融混合料挤出切粒，得到pet/pa6材料。
31.制备例2本制备例与制备例1的不同之处仅在于，包括体积比为90:10:2:1的pa6、pet、环氧大豆油(艾特工业级)和1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基三氟硼酸盐(西安齐岳生物分析纯)。
32.制备例3本制备例与制备例1的不同之处仅在于，包括体积比为40:5:1:1的pa6、pet、环氧大豆油(艾特工业级)和1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基三氟硼酸盐(西安齐岳生物分析纯)。实施例
33.实施例1本实施例提供一种导电纤维，包括如下重量的组分：7.5kg石墨烯，22.5kg炭黑，66kg的制备例1的pet/pa6材料，2.5kg钛白粉，1.5kg霍尼韦尔聚乙烯蜡(ac-295a型)。导电纤维包括短纤主体1和若干个凸棱2，凸棱2可以有三个、四个或五个等，本实施例有三个凸棱2，三个凸棱2沿短纤主体1的周向依次连接在短纤主体1的周壁上，三个凸棱2沿短纤主体
1的周向均匀分布。
34.本实施例还提供一种导电纤维的制备工艺，包括如下步骤：混合：按配比，将石墨烯、炭黑和钛白粉在145℃下，真空干燥17h，与霍尼韦尔聚乙烯蜡混合，搅拌至均匀，然后得到混合组分；熔融纺丝：将混合组分和pet/pa6材料加入双螺杆挤出机中，在285℃下进行熔融混合，得到熔融原料，然后将熔融原料挤出至纺丝箱体内，双螺杆挤出机具有6个加热区，其中6个加热区的温度依次为265℃，272℃，278℃，280℃，282℃，275℃，纺丝箱体内的温度为285℃，经纺丝复合组件制成如上述结构的导电纤维。
35.本实施例还提供一种导电短纤，采用上述导电纤维制成。
36.实施例2本实施例提供一种导电纤维，本实施例与实施例1的不同之处仅在于，导电纤维包括如下重量的组分：5kg石墨烯，25kg炭黑，65kg的制备例1的pet/pa6材料，3kg钛白粉，2kg霍尼韦尔聚乙烯蜡。
37.实施例3本实施例提供一种导电纤维，本实施例与实施例1的不同之处仅在于，导电纤维包括如下重量的组分：10kg石墨烯，20kg炭黑，67kg的制备例1的pet/pa6材料，2kg钛白粉，1kg霍尼韦尔聚乙烯蜡。
38.实施例4本实施例提供一种导电纤维，本实施例与实施例1的不同之处仅在于，导电纤维包括如下重量的组分：6kg石墨烯，21kg炭黑，70kg的制备例1的pet/pa6材料，2kg钛白粉，1kg霍尼韦尔聚乙烯蜡。
39.实施例5本实施例提供一种导电纤维，本实施例与实施例1的不同之处仅在于，导电纤维包括如下重量的组分：7.5kg石墨烯，22.5kg炭黑，66kg的制备例2的pet/pa6材料，2.5kg钛白粉，1.5kg霍尼韦尔聚乙烯蜡。
40.实施例6本实施例提供一种导电纤维，本实施例与实施例1的不同之处仅在于，导电纤维包括如下重量的组分：7.5kg石墨烯，22.5kg炭黑，66kg的制备例3的pet/pa6材料，2.5kg钛白粉，1.5kg霍尼韦尔聚乙烯蜡。
41.实施例7本实施例提供一种导电纤维，本实施例与实施例1的不同之处仅在于，导电纤维包括如下重量的组分：7.5kg石墨烯，22.5kg炭黑，66kg的制备例1的pet/pa6材料，2.5kg钛白粉，1.5kg马来酸酐接枝聚乙烯(阿科玛18410p)。在导电纤维的制备工艺中，用马来酸酐接枝聚乙烯替换霍尼韦尔聚乙烯蜡。
42.实施例8本实施例提供一种导电纤维，本对比例与实施例1的不同之处在于，导电纤维包括如下重量的组分：7.5kg石墨烯，22.5kg炭黑，66kg的制备例1的pet/pa6材料，2.5kg钛白粉，1.5kg聚苯胺(西格玛-奥德里奇428329-5g)。导电纤维包括短纤主体1和三个凸棱2，三个凸棱2沿短纤主体1的周向依次连接在短纤主体1的周壁上，三个凸棱2沿短纤主体1的周向均
匀分布。
43.本实施例还提供一种导电纤维的制备工艺，包括如下步骤：混合：按配比，将石墨烯、炭黑和钛白粉在145℃下，真空干燥17h，与聚苯胺混合，搅拌至均匀，然后得到混合组分；熔融纺丝：将混合组分加入双螺杆挤出机中，在280℃下进行熔融混合1h，再将pet/pa6材料加入双螺杆挤出机中，在280℃下进行熔融混合1.5h，得到熔融原料，然后将熔融原料挤出至纺丝箱体内，双螺杆挤出机具有6个加热区，其中6个加热区的温度依次为265℃，272℃，278℃，280℃，282℃，275℃，纺丝箱体内的温度为285℃，经纺丝复合组件制成如上述结构的导电纤维。
44.实施例9本实施例提供一种导电纤维，本对比例与实施例1的不同之处在于，导电纤维包括如下重量的组分：7.5kg石墨烯，22.5kg炭黑，66kg的制备例1的pet/pa6材料，2.5kg钛白粉，0.5kg聚苯胺，0.5kg霍尼韦尔聚乙烯蜡，0.5kg马来酸酐接枝聚乙烯。导电纤维包括短纤主体1和三个凸棱2，三个凸棱2沿短纤主体1的周向依次连接在短纤主体1的周壁上，三个凸棱2沿短纤主体1的周向均匀分布。
45.本实施例还提供一种导电纤维的制备工艺，包括如下步骤：混合：按配比，将石墨烯、炭黑和钛白粉在145℃下，真空干燥17h，与聚苯胺、霍尼韦尔聚乙烯蜡、马来酸酐接枝聚乙烯混合，搅拌至均匀，然后得到混合组分；熔融纺丝：将混合组分加入双螺杆挤出机中，在280℃下进行熔融混合1h，再将pet/pa6材料加入双螺杆挤出机中，在280℃下进行熔融混合1.5h，得到熔融原料，然后将熔融原料挤出至纺丝箱体内，双螺杆挤出机具有6个加热区，其中6个加热区的温度依次为265℃，272℃，278℃，280℃，282℃，275℃，纺丝箱体内的温度为285℃，经纺丝复合组件制成如上述结构的导电纤维。
46.对比例对比例1本对比例提供一种导电纤维，本对比例与实施例1的不同之处仅在于，导电纤维的横截面为圆形。
47.对比例2本对比例提供一种导电纤维，本对比例与实施例1的不同之处在于，导电纤维包括如下质量百分比的组分：7.5kg石墨烯，22.5kg炭黑，66kg的pa6材料，2.5kg钛白粉，1.5kg霍尼韦尔聚乙烯蜡。导电纤维包括短纤主体1和三个凸棱2，三个凸棱1沿短纤主体2的周向依次连接在短纤主体1的周壁上，三个凸棱2沿短纤主体1的周向均匀分布。
48.本实施例还提供一种导电纤维的制备工艺，包括如下步骤：混合：按配比，将石墨烯、炭黑和钛白粉在145℃下，真空干燥17h，与霍尼韦尔聚乙烯蜡混合，搅拌至均匀，然后得到混合组分；熔融纺丝：将混合组分和pa6材料加入双螺杆挤出机中，在285℃下进行熔融混合，得到熔融原料，然后将熔融原料挤出至纺丝箱体内，双螺杆挤出机具有6个加热区，其中6个加热区的温度依次为265℃，272℃，278℃，280℃，282℃，275℃，纺丝箱体内的温度为285℃，经纺丝复合组件制成如上述结构的导电纤维。
49.对比例3本对比例提供一种导电纤维，本对比例与实施例1的不同之处在于，导电纤维包括如下质量百分比的组分：7.5kg石墨烯，22.5kg炭黑，66kg的pet材料，2.5kg钛白粉，1.5kg霍尼韦尔聚乙烯蜡。导电纤维包括短纤主体1和三个凸棱2，三个凸棱2沿短纤主体1的周向依次连接在短纤主体1的周壁上，三个凸棱2沿短纤主体1的周向均匀分布。
50.本实施例还提供一种导电纤维的制备工艺，包括如下步骤：混合：按配比，将石墨烯、炭黑和钛白粉在145℃下，真空干燥17h，与霍尼韦尔聚乙烯蜡混合，搅拌至均匀，然后得到混合组分；熔融纺丝：将混合组分和pet材料加入双螺杆挤出机中，在285℃下进行熔融混合，得到熔融原料，然后将熔融原料挤出至纺丝箱体内，双螺杆挤出机具有6个加热区，其中6个加热区的温度依次为265℃，272℃，278℃，280℃，282℃，275℃，纺丝箱体内的温度为285℃，经纺丝复合组件制成如上述结构的导电纤维。
51.对比例4本对比例提供一种导电纤维，本对比例与实施例1的不同之处仅在于，导电纤维包括如下质量百分比的组分：4kg石墨烯，26kg炭黑，64kg的制备例1的pet/pa6材料，1kg钛白粉，5kg霍尼韦尔聚乙烯蜡。导电纤维包括短纤主体1和三个凸棱2，三个凸棱2沿短纤主体1的周向依次连接在短纤主体1的周壁上，三个凸棱2沿短纤主体1的周向均匀分布。
52.对比例5本对比例提供一种导电纤维，本对比例与实施例1的不同之处仅在于，导电纤维包括如下质量百分比的组分：11kg石墨烯，16.5kg炭黑，71kg的制备例1的pet/pa6材料，1kg钛白粉，0.5kg霍尼韦尔聚乙烯蜡。导电纤维包括短纤主体1和三个凸棱2，三个凸棱2沿短纤主体1的周向依次连接在短纤主体1的周壁上，三个凸棱2沿短纤主体1的周向均匀分布。
53.对比例6本对比例提供一种导电纤维，本对比例与实施例1的不同之处仅在于，导电纤维包括如下质量百分比的组分：7.5kg石墨烯，22.5kg炭黑，67.5kg的pet材料，2.5kg钛白粉。
54.性能检测试验针对实施例1-9和对比例1-6提供的导电纤维，根据gb/t 12703.6-2010《纺织品静电性能评定第6部分:短纤泄漏电阻》，测试各导电纤维的防静电参数，结果如表1所示。
55.表1
结合实施例1和对比例1-6并结合表1可以看出，相比于实施例1，对比例1-6的防静电参数均明显变大，且对比例1-5的防静电参数达到1
×
104ω
·
cm以上，对比例6的防静电参数也接近1
××
104ω
·
cm。这说明，采用实施例1的原料配比和制备工艺，有助于制备得到抗静电参数达到10
2-104ω
·
cm之间的导电纤维，提高了短纤的导电效果。
56.结合实施例1-9并结合表1可以看出，实施例1-9的防静电参数均在10
2-104ω
·
cm之间，这说明，在实施例1-9的原料配比和工艺条件范围内，均能够制备得到抗静电参数达到10
2-104ω
·
cm之间的导电纤维。
57.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种导电纤维，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：5%-10%石墨烯，20%-25%炭黑，65%-70%pet/pa6材料，2%-3%钛白粉，1%-2%辅助添加剂，所述导电纤维包括短纤主体(1)和凸棱(2)，若干个所述凸棱(2)沿短纤主体(1)的周向依次连接在短纤主体(1)的周壁上。2.根据权利要求1所述的一种导电纤维，其特征在于，所述短纤主体(1)的截面为圆形，所述凸棱(2)有三个，三个所述凸棱(2)均匀分布在短纤主体(1)的周壁上。3.根据权利要求1所述的一种导电纤维，其特征在于，所述pet/pa6材料包括体积比为(80-90):(10-20):2:(1-2)的pa6、pet、环氧大豆油和1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基三氟硼酸盐。4.根据权利要求3所述的一种导电纤维，其特征在于，所述pet/pa6材料的制备工艺如下：将pa6和pet干燥后，与环氧大豆油和1-己基-3-甲基咪唑三氟甲基三氟硼酸盐进行熔融共混，得到熔融混合料；将熔融混合料挤出切粒，得到pet/pa6材料。5.根据权利要求1所述的一种导电纤维，其特征在于，所述辅助添加剂包括聚苯胺和霍尼韦尔聚乙烯蜡。6.根据权利要求1所述的一种导电纤维，其特征在于，所述辅助添加剂包括马来酸酐接枝聚乙烯。7.一种如权利要求1所述的一种导电纤维的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：混合：按配比，将石墨烯、炭黑和钛白粉干燥后，与辅助添加剂混合均匀，得到混合组分；熔融纺丝：将混合组分和pet/pa6材料进行熔融混合，得到熔融原料，将熔融原料在285-295℃下经纺丝复合组件制成导电纤维。8.根据权利要求8所述的一种导电纤维的制备工艺，其特征在于，当辅助添加剂包括聚苯胺时，在熔融纺丝步骤中，将混合组分先进行熔融混合，得到熔融态混合组分，再将pet/pa6材料与熔融态混合组分进行熔融混合，得到熔融原料。9.根据权利要求8所述的一种导电纤维的制备工艺，其特征在于，所述熔融纺丝步骤中，将混合组分和pet/pa6材料加入双螺杆挤出机中，进行熔融混合，得到熔融原料，双螺杆挤出机具有6个加热区，其中6个加热区的温度依次为265℃，272℃，278℃，280℃，282℃，275℃。10.一种导电短纤，其特征在于，采用权利要求1-6所述的任意一种导电纤维制成。

技术总结
本发明公开了一种多组分混合的导电纤维及其制备工艺和导电短纤，涉及导电纤维的技术领域。导电纤维包括如下组分：5%-10%石墨烯，20%-25%炭黑，65%-70%PET/PA6材料，2%-3%钛白粉，1%-2%辅助添加剂，所述导电纤维包括短纤主体和凸棱，若干个所述凸棱沿短纤主体的周向依次连接在短纤主体的周壁上。其制备工艺如下：将石墨烯、炭黑和钛白粉干燥后，与辅助添加剂混合均匀，得到混合组分；将混合组分和PET/PA6材料进行熔融混合，得到熔融原料，将熔融原料在285-295℃下经纺丝复合组件制成导电纤维。本申请通过优选组分及组分配比，并制成短纤主体的周壁上具有若干个凸棱的导电纤维，可以提高短纤的导电性能，其防静电参数可以达到10


技术研发人员：赵海荣 揭后国
受保护的技术使用者：张家港市荣昌涤纶毛条有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/6