一种高性能导电聚乙烯醇纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开的一种高性能导电聚乙烯醇纤维是将多维度导电粉体和聚乙烯醇预混后于固相力化学反应器中碾磨分散后用复合改性剂进行溶胀改性，然后通过常规的挤出‑纺丝设备进行熔融纺丝、拉伸以及热定型即得其中均匀分散有相互搭接的多维度导电粉体，且其体积电阻率≤10

【技术实现步骤摘要】
一种高性能导电聚乙烯醇纤维及其制备方法
本专利技术属于聚乙烯醇纤维及其制备
，具体涉及一种高性能导电聚乙烯醇纤维及其制备方法,特别是一种采用固相力化学分散多维度导电填料并熔融纺丝制备的高性能导电聚乙烯醇纤维及其方法。
技术介绍
近年来，合成纤维广泛应用于各行业，已成为国民经济发展不可或缺的一部分。但是常规纤维材料的电阻率多在1012Ω·cm以上，在使用过程中因摩擦和感应会产生静电电荷，易形成电荷积累。静电电荷积聚不仅会危害人体健康，还会造成电子元件破坏，干扰电子设备与信息系统，引起火灾、爆炸等事故，严重危害公共安全，带来巨大的经济损失。随着高科技的发展,静电所造成的后果已不仅仅限于安全问题，其放电所造成的频谱干扰危害,已成为电子、通信、航空、航天以及一切应用现代电子设备、仪器的场合导致设备运转故障、信号丢失、误码的直接原因之一。另外，在石油、化工、精密机械、煤矿、食品、医药等行业也均对静电的防护有特殊的要求。因此，提高合成纤维的电导率，制备在标准状态下(20℃,65％的相对湿度)体积电阻率低于108Ω.cm的高性能导电纤维是关系到国计民生的重要问题。为了消除合成纤维及其织物的静电,防止危害发生,人类自20世纪60年代起就开始了开发导电纤维的研究工作，至今制备导电合成纤维的方法已主要有表面涂覆法、化学反应后处理法、导电填料填充法等，其中填充型复合导电合成纤维因其物理机械性能稳定，加工方便，导电性长效持久等优点而受到广泛重视，同时碳系填料因价廉易得，导电性优异，成纤性好而被广泛应用为导电填料。聚乙烯醇是一种性能优良、用途广泛的聚合物，由其制备的高性能合成纤维具有良好的耐腐蚀性、抗冲击性、与基体良好的粘结性以及加工中易于分散等性能,在建筑、工业等领域有着广泛的发展前景，同时还可做成水溶性纤维、阻燃纤维等功能性纤维，普遍应用在服装和室内装饰中，因此这就对聚乙烯醇纤维的作业安全和防静电干扰提出了更高的要求。但是纯聚乙烯醇纤维的电阻率高达1011Ω.cm，在生产纺织中易产生静电，导致纤维缠绕或堵塞机件、半制品或纱线发毛断头，织物折叠不齐等现象,影响生产的顺利进行；在纺织品使用中,静电电荷的积聚易引起灰尘附着,服装纠缠肢体产生粘附不适感；静电放电还可引起火炸药和电火工品的意外爆炸；静电放电产生的电磁辐射会对各种电子设备、信息系统造成电磁干扰。因此，研究和生产聚乙烯醇导电纤维,加快静电的泄漏和分散,有效地防制静电的局部蓄集，减少因静电导致的灾害，对扩大聚乙烯醇纤维应用领域具有重要意义。为制备高性能碳系填充聚乙烯醇基导电纤维，国内外均投入大量人力物力竞相研究。Miaudet等(P.Miaudet,etal,Polymer，2007，48：4068—4074)通过湿法纺丝制备了PVA/CNTs(碳纳米管)导电纤维，虽然在添加11％CNTs时，其所得的未水洗纤维的电阻率可达到10-1Ω·cm,水洗后的纤维,CNTS含量达到23％电阻率能达到10-1Ω·cm,但是水洗过程损失了大量的PVA基体,不能严格稳定地控制纤维中PVA与CNTs的比例,不能进行连续化稳定生产,同时该纤维未进行拉伸,使得纤维的结晶度和取向度不高,对纤维的力学性能有很大的损失；P.Xue等(XueP,ParkKH,TaoXM,etal，CompositeStructures,2007,78(2)：271-277.)分别用湿法纺丝和涂层工艺制备了PVA/CNTs导电纤维，添加10wt％CNTs的直径为0.5mm的PVA/CNTs纤维的体积电阻率约106Ω.cm，添加40wt％CNTs的纤维的体积电阻率为104Ω.cm；但是在CNTs浓度相同的条件下，通过在天然纤维和其他合成纤维上涂布PVA/CNTs混合液，可以得到线性电阻率为250Ω.cm的PVA/CNTs涂层复合纤维,但是该法生产出的导电复合纤维,由于导电网络基于表面涂层,在生产使用中涂层易脱落,同时表面涂层会影响纤维的表面均匀性和光滑性。MinHoJee等(MinHJ,JinUC,ParkSH,etal，MacromolecularResearch,2012,20(6)：650-657.)用湿法纺丝制备了PVA/MWCNTs(多壁碳纳米管)复合纤维，添加量为60％MWCNTs初纺未拉伸PVA/MWCNTs复合纤维的电阻率为0.2Ω.cm，拉伸比为30％的复合纤维的电阻率为0.02Ω.cm。可以看出,该导电纤维,由于采用单一维度填料,要实现优良的导电性能,需要添加大量的导电填料,这造成在制备过程中,导电填料的分散以及纺丝的稳定性成难题。李磊等(李磊，四川大学硕士学位论文，2007)采用湿法纺丝制备了PVA/石墨导电纤维，发现石墨粒子向表皮迁移，较为集中的分布于纤维表面，并且纤维的断裂强度由于应力集中随着石墨含量的增加显著降低，尤其是当石墨含量为24.5％时，约为1.15cN/dtex，并且电导率也没有实质性的提升，约为1010Ω·cm。JP200409196A、CN101586259等也采用溶液纺丝方法制备了碳系填充聚乙烯醇基导电纤维,但是纤维的电导率提升不大,同时碳系填料的分散亦成问题,纺丝稳定性低。现有的聚乙烯醇导电纤维的研究都基于溶液法，且均采用单一导电填料，存在填料添加量大，成本高，且易团聚，分散均匀性差，纤维内部易出现应力集中导致强度大大下降，力学性能差的问题，难以满足制备高强高模导电聚乙烯醇纤维的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，首先提供一种采用固相力学方法分散多维度导电填料并熔融纺丝制备高性能导电聚乙烯醇纤维的方法。本专利技术的另一目的是提供一种由上述方法制备的高性能导电聚乙烯醇纤维。本专利技术提供的高性能导电聚乙烯醇纤维的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下：(1)将多维度导电粉体5～12份和聚乙烯醇88～95份预混后，放入固相力化学反应器进行碾磨分散，碾磨次数为15-25次得聚乙烯醇基复合导电粉体，所述多维度导电粉体是由三维结构的导电填料、二维结构的导电填料和一维结构的导电填料复配而成；(2)先将50～70份聚乙烯醇基复合导电粉体和30～50份复合改性剂进行溶胀改性，然后通过常规的挤出-纺丝设备进行熔融纺丝、拉伸以及热定型即得，所述复合改性剂是由含氮化合物和小分子多元醇中的至少一种与亲水性辅助添加剂中的至少一种和水组成，其中所述物料的份数均为重量份。以上方法所述多维度导电粉体中的三维结构的导电填料为2～6份，二维结构的导电填料为2～4份，一维结构的导电填料为1～2份。以上方法中所述三维结构的导电填料为金属粉末、金属氧化物或导电炭黑(CB)中的任一种，金属粉末优选银粉、铜粉、锌粉，金属氧化物优选导电云母、二氧化钛；二维结构的导电填料为膨胀石墨(EG)或石墨烯(GR)；一维结构的导电填料为碳纤维(CF)或碳纳米管(CNTs或MWCNTs)。以上方法中所述含氮化合物或小分子多元醇5～10份；亲水性辅助添加剂为0～2份；水为25～38份。以上方法中所述含氮化合物为己内酰胺或乙酰胺；小分子多元醇为甘油或乙二醇；亲水性辅助添加剂为分子量低于20000的聚乙二醇、粘均分子量低于100万的聚氧化乙烯、聚丙烯酸及其盐类、海藻酸钠和聚丙烯酰胺。以上方法中所述聚乙烯醇的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能导电聚乙烯醇纤维的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下：(1)将多维度导电粉体5～12份和聚乙烯醇88～95份预混后，放入固相力化学反应器进行碾磨分散，碾磨次数为15‑25次得聚乙烯醇基复合导电粉体，所述多维度导电粉体是由三维结构的导电填料、二维结构的导电填料和一维结构的导电填料复配而成；(2)先将50～70份聚乙烯醇基复合导电粉体和30～50份复合改性剂进行溶胀改性，然后通过常规的挤出‑纺丝设备进行熔融纺丝、拉伸以及热定型即得，所述复合改性剂是由含氮化合物和小分子多元醇中的至少一种与亲水性辅助添加剂中的至少一种和水组成，其中所述物料的份数均为重量份。

【技术特征摘要】
1.一种高性能导电聚乙烯醇纤维的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤和条件如下：(1)将多维度导电粉体5～12份和聚乙烯醇88～95份预混后，放入固相力化学反应器进行碾磨分散，碾磨次数为15-25次得聚乙烯醇基复合导电粉体，所述多维度导电粉体是由三维结构的导电填料、二维结构的导电填料和一维结构的导电填料复配而成；(2)先将50～70份聚乙烯醇基复合导电粉体和30～50份复合改性剂进行溶胀改性，然后通过常规的挤出-纺丝设备进行熔融纺丝、拉伸以及热定型即得，所述复合改性剂是由含氮化合物和小分子多元醇中的至少一种与亲水性辅助添加剂中的至少一种和水组成，其中所述物料的份数均为重量份。2.根据权利要求1所述的高性能导电聚乙烯醇纤维的制备方法，其特征在于该方法所述多维度导电粉体中的三维结构的导电填料为2～6份，二维结构的导电填料为2～4份，一维结构的导电填料为1～2份。3.根据权利要求1或2所述的高性能导电聚乙烯醇纤维的制备方法，其特征在于该方法中所述三维结构的导电填料为金属粉末、金属氧化物或导电炭黑(CB)中的任一种；二维结构的导电填料为膨胀石墨(EG)或石墨烯(GR)；一维结构的导电填料为碳纤维(CF)或碳纳米管(CNTs或MWCNTs)。4.根据权利要求1或2所述的高性能导电聚乙烯醇纤维的制备方法，其特征在于该方法中所述含氮化合物或小分子多元醇为5～10份；亲水性辅助添加剂为0～2份；水为25～38份。5.根据权利要求3所述的高性能导电聚乙烯醇纤维的制备方法，其特征在于该方法中所述含氮化合物或小分子多元醇为5～10份；亲水性辅助添加剂为0～2份；水为25～38份。6.根据权利要求1或2所述的高性能导电聚乙烯醇纤维的制备方法，其特征在于该方法中所述含氮化合物为己内酰胺或乙酰胺；小分子多元醇为甘油或...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宁，王萌，李莉，王琪，华正坤，刘庆，
申请(专利权)人：成都普美怡科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51