多层传导性纤维以及通过共挤出生产该纤维的方法技术

本发明专利技术涉及具有核/壳结构的多层传导性纤维，其中，所述核包含纳米管、特别是碳纳米管。本发明专利技术还涉及通过共挤出生产所述纤维的方法以及所述纤维的用途。最后，本发明专利技术涉及复合材料，其包括通过编织或使用聚合物基体而结合在一起的前述多层复合纤维。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及核/壳结构的多层传导性纤维，其中，所述核包含纳米管、特别是碳纳米管。本专利技术还涉及通过共挤出生产所述纤维的方法以及所述纤维的用途。最后，本专利技术涉及复合材料，其包括通过编织或使用聚合物基体相互结合的这样的多层复合纤维。碳纳米管(或CNT)是已知的并且具有中空且闭合的管状的特殊结晶结构，其由以五边形、六边形和/或七边形规整排列的原子组成，其得自碳。CNT通常由一个或多个同轴卷起的石墨片组成。由此，在单壁纳米管(SWNT)和多壁纳米管(MWNT)之间产生差别。CNT可由商购获得、或可通过已知方法制备。存在若干种用于合成CNT的方法，特别是放电、激光烧蚀和化学气相沉积(CVD)，这使得能够保证制造大量的碳纳米管，并从而使CNT以与其大规模应用相适应的成本生产。所述工艺具体在于将碳源在相对高的温度下注入到负载于无机固体如氧化铝、二氧化硅或氧化镁上的催化剂上，所述催化剂可本身由金属如铁、钴、镍或钼构成。所述碳源可包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、甲醇，实际上甚至可包括一氧化碳与氢气的混合物(HIPC0法)。CNT具有很多优异的性能，即电、热、化学和机械性能。在其应用中，可特别提及尤其是用于如下应用的复合材料机动车、航海和航空工业，机电致动器，电缆，阻抗线 (resisting wire)，化学探测器，能量的存储和转换，电子发射显示器，电子组件和功能织物。在机动车、航空和电子工业中，传导性填料如CNT使得在摩擦作用期间累积的热和电消散成为可能。通常地，当合成时，CNT为由缠结的长丝组成的无序粉末的形式，这使得其难以使用。特别地，为了在宏观尺度上利用其机械和/或电学性能，CNT必须以大的量存在并且以有利的方向取向。克服该问题的解决方案之一在于制备复合纤维。为此，可将纳米管结合于基体如有机聚合物中。然后，可根据例如具体描述在EP-1181331中的常规技术实施纺丝，通过牵引和/或剪切操作，这使得CNT在纤维的轴向上取向并从而得到期望的机械和/或电学性能成为可能。然而，该技术要求CNT非常纯，并要求除去聚集体(CNT由于其整体结构而自然地具有形成聚集体的趋势)。这是因为，这些聚集体对纺丝工艺有害，并常常导致得到的复合纤维破坏。此外，根据上述技术得到的复合纤维的传导性并不总是令人满意。这是因为CNT 的电学性能随着CNT均勻且无规地分散而成比例地改善，而相反地，纺丝工艺导致CNT的高的取向。为克服该缺陷，已经设想了通过溶剂途径将CNT沉积在预先形成的纤维上。然而， 举例来说，当使用这些复合纤维制造其自身堆叠成若干层以形成用于航空领域或机动车领域的结构组件或致动盘的织物时，这些组件在空气中或在地面上的摩擦作用导致纤维磨损。这导致CNT在大气中的损耗(其环境影响可以证明是有问题的)和组件的机械性能的可能劣化。另一个制造基于CNT的复合纤维的途径在于使CNT分散体在聚合物(如聚(乙烯醇))的流中凝结(FR2805179)。然而，该凝结过程不可能实现当前常规采用的高纺丝速率。这是因为，由于在高的速度下从层流条件向湍流条件的改变以及新凝结的纤维在粘稠介质中的脆性，难以使CNT分散体与凝结溶液的同向流动稳定。因此，仍然需要获得表现出如下性能的复合纤维良好的机械性能(特别是在负载下的高拉伸模量、和高韧性)以及任选的良好的耐热性和/或耐化学性，同时即使在低的纳米管含量下也具有足够的传导性以使其能够消散静电荷。此外，还需要获得用于高速制造所述纤维的稳定且经济的方法，该方法不会因存在纳米管聚集体而受到显著影响。申请人:公司已经发现，可通过核/壳结构的多层纤维满足该需要，所述多层纤维的核包含CNT分散体。具体地说，这些纤维通过基于热塑性聚合物的两种聚合物基体的共挤出而制造，所述聚合物基体之一包含CNT。无可否认地，已经提出了通过共挤出聚合物基体来制造传导性复合纤维，所述聚合物基体中的一种形成纤维的核且包含传导性填料，而且，所述聚合物基体中的另一种形成纤维的壳且包含赋予纤维拉伸性能的热塑性聚合物。然而，就本专利技术人所知，该方法仅应用于炭黑(具体参见US-3803453和US-5^0013)。事实上，具体描述于文献EP1183331中的有利地用于增强传导性复合纤维的机械性能的牵引处理不适用于这类纤维。这是因为， 在这些牵引操作期间，破坏了炭黑颗粒的网络，换言之，显著减少了炭黑颗粒的接触点，这不利地影响了纤维的传导性。本专利技术人已经观察到，在纳米管、特别是CNT的情况下，未发生该现象。此外，已经提供了任选地通过共挤出得到的具有核/壳结构并包含碳纳米管的传导性纤维的描述。在文献EP1559815中，这些纤维包含形成核的第一组分以及形成壳的第二组分。仅第二组分包含CNT。在文献US2006/019079中，传导性纤维由包含CNT第一分散体的核和包含CNT第二分散体的壳构成。在文献W02009/053470中，传导性材料如CNT或炭黑仅在传导性纤维的壳中存在。现已发现，多层传导性纤维的壳中不含纳米管使其能够避免这些纳米管在导致纤维表面磨损的操作期间(特别是在编织或针织期间)发生脱离，而不会不利地影响纤维间的传导性，所述纤维间的传导性通过在纤维成型期间加热至高于玻璃化转变温度而提供。因此，本专利技术的主题为多层传导性纤维，包括-由第一聚合物基体构成的核，所述第一聚合物基体包含至少一种热塑性聚合物、 以及选自周期表第Ilia、IVa和Va族中至少一种化学元素的纳米管的分散体，其中所述纳米管能够提供导热性和/或导电性，-由第二聚合物基体构成的壳，所述第二聚合物基体包含至少一种不同于聚(乙烯醇)的热塑性聚合物、且不含选自周期表第Ilia、IVa和Va族中至少一种化学元素的纳米管的分散体。预先特别说明在整个本说明书中，表述“在……之间”应解释为包括所提及的端点ο在本专利技术的含义中，术语“纤维”理解为指代直径在IOOnm和IOmm之间、有利地在 IOOnm和3mm之间、优选在1 μ m和3mm之间、且更特别地在1 μ m和100 μ m之间的长丝。根据本专利技术的一个实施方案，纤维的核形成实心结构。然而，在可选形式中，其可限定中空结构。此外，该结构可以是多孔的或者可以不是多孔的。关于其用途，纤维意在用于确保机械组件的稳定性、并对其进行增强，从而区别于用于输送流体的管或管道。5本专利技术的纤维由至少两种聚合物基体制造，其中一种(第一聚合物基体)形成核， 且另一种(第二聚合物基体)形成壳。也可将其它聚合物基体用于制造本专利技术的纤维。从而，可获得仅包含两个层(核和壳)的多层纤维，或者，包含多于两个层的多层纤维(在核与壳之间插入一个或多个其它层和/或一个或多个其它层覆盖壳的情况下)。第一和/或第二聚合物基体包含至少一种热塑性聚合物，其可以是均聚物或嵌段、交替、无规或梯度共聚物。所述热塑性聚合物可特别地选自-聚酰胺，如聚酰胺6(PA-6)、聚酰胺11 (PA_11)、聚酰胺12 (PA-12)、聚酰胺 6. 6(PA-6. 6)、聚酰胺 4. 6(PA-4. 6)、聚酰胺 6. 10 (PA-6. 10)和聚酰胺 6. 12(ΡΑ_6· 12)，这些聚合物中的一些特别地由Arkema以名称Rilsan 销售，且优选的为流体级的那些，例如Rilsan AMN0 TLD ；以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P盖拉德，A科曾科，P鲍林，NE埃尔伯尼亚，
申请(专利权)人：阿克马法国公司，国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：