復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料制造領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)電子產(chǎn)品及可穿戴電子產(chǎn)品提出了更高的要求，電子產(chǎn)品正以飛快的速度向智能化、微型化、便攜化、柔性、彈性等方向發(fā)展，與之相關(guān)的產(chǎn)品開發(fā)也受到業(yè)界廣泛關(guān)注，同時(shí)，作為電子產(chǎn)品和智能產(chǎn)品內(nèi)部不可或缺的傳輸通道的導(dǎo)電纖維也急需向功能化、智能化、彈性、柔性等方面發(fā)展。
[0003]目前市場(chǎng)上使用的導(dǎo)電纖維主要是各類金屬絲，但是金屬絲的柔性和彈性較差，在功能智能應(yīng)用方面體現(xiàn)出了越來越多的不適應(yīng)性，另一類具有導(dǎo)電性的碳纖維也存在同樣的問題，并且有著導(dǎo)電性較差，脆性明顯等缺點(diǎn)。針對(duì)這些問題，近年來，許多研究人員采用各種方法制備了形式多樣的彈性導(dǎo)電纖維，例如采用彈性纖維作為芯層，導(dǎo)電粒子作為皮層制成皮芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維;或?qū)?dǎo)電粉與彈性聚合物均勻混合，得到混合均勻的復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維，但是上述纖維導(dǎo)電性偏低，只能用于抗靜電；也有研究人員通過將金屬納米線吸附在彈性纖維表面，然后經(jīng)過等離子體或熱處理使兩者結(jié)合制備彈性導(dǎo)電纖維，但金屬粒子的添加量一般會(huì)受到限制，所制備的彈性導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電性比較有限。
[0004]綜上所述，目前的彈性導(dǎo)電纖維制備方法都具有一些問題，有必要提出一種新型的復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種解決上述問題的復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維及其制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維，其包括彈性纖維、碳納米管纖維及彈性聚合物，所述碳納米管纖維繞包于所述彈性纖維的表面形成碳納米管纖維包纏紗，所述彈性聚合物包覆于所述碳納米管纖維包纏紗的表面。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述碳納米管纖維在所述彈性纖維上的螺旋節(jié)距為
0.1mm?2cm，所述彈性纖維為聚氨酯彈性纖維或聚酯類彈性纖維或復(fù)合聚酯彈性纖維或聚烯烴彈性纖維或聚醚酯彈性纖維或變形紗類彈性纖維。
[0008]相應(yīng)地，一種復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維的制備方法，所述方法包括以下步驟:
51、從繞包機(jī)的輸出軸引出彈性纖維，并將其一端固定在繞包機(jī)的收集軸上；
52、從繞包機(jī)的繞包頭上引出碳納米管纖維，并將碳納米管纖維的一端與彈性纖維位于收集軸的一端固定；
53、開啟繞包機(jī)，碳納米管纖維繞包于彈性纖維的表面，形成碳納米管纖維包纏紗，其中，通過設(shè)置彈性纖維的拉伸率、收集軸和輸出軸的收放卷速度及繞包頭的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)碳納米管纖維在彈性纖維上的螺旋節(jié)距；
54、將所述碳納米管纖維包纏紗熱處理得到初級(jí)彈性導(dǎo)電纖維；
55、將初級(jí)彈性導(dǎo)電纖維采用彈性聚合物進(jìn)行封裝得到復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述繞包頭設(shè)置在所述輸出軸和所述收集軸之間，所述繞包頭包括第一旋轉(zhuǎn)部和設(shè)在所述第一旋轉(zhuǎn)部上的第二旋轉(zhuǎn)部，所述第一旋轉(zhuǎn)部和所述第二旋轉(zhuǎn)部分別繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，所述碳納米管纖維纏繞在所述第二旋轉(zhuǎn)部上。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一旋轉(zhuǎn)部為圓盤狀，其上設(shè)有一供所述彈性纖維穿設(shè)的通孔，所述通孔的內(nèi)徑大于所述彈性纖維的直徑。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述彈性纖維的拉伸率為0-500%，所述收集軸和輸出軸的收放卷速度相同，均大于或等于10 r/min，所述第一旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)速度大于或等于10r/min0
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述S2步驟中“開啟繞包機(jī)，碳納米管纖維繞包于彈性纖維的表面，形成碳納米管纖維包纏紗”具體為:
開啟繞包機(jī)，收集軸的收卷速度同步于輸出軸的放卷速度以使得彈性纖維始終保持設(shè)定的拉伸率不變，通過第一旋轉(zhuǎn)部和第二旋轉(zhuǎn)部的配合旋轉(zhuǎn)將碳納米管纖維繞包于彈性纖維的表面，形成碳納米管纖維包纏紗。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述熱處理的溫度為50°0700°C，時(shí)間為Imin?5h。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述“將初級(jí)彈性導(dǎo)電纖維采用彈性聚合物進(jìn)行封裝”步驟具體為:將彈性聚合物浸漬或浸潤或噴涂或旋涂在所述初級(jí)彈性導(dǎo)電纖維的表面進(jìn)行封裝。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述彈性聚合物為聚二甲基硅氧烷或高彈性聚氨酯，所述碳納米管纖維在所述彈性纖維上的螺旋節(jié)距為0.1mm?2cm。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用繞包的方法，將碳納米管纖維均勻繞包在彈性纖維的表面，然后進(jìn)行熱處理使碳納米管纖維與彈性纖維進(jìn)行良好結(jié)合，最后在初級(jí)彈性導(dǎo)電纖維外面用彈性聚合物進(jìn)行封裝，可有效解決現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維普遍存在的彈性偏低、易剝離或脫離、循環(huán)使用性差、不易進(jìn)行二次加工等缺點(diǎn)。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式中碳納米管纖維包纏紗的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式中復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維制備方法的流程圖；
圖3a、圖3b是本發(fā)明一實(shí)施方式中碳納米管纖維以不同的螺旋節(jié)距繞包在彈性纖維表面上的復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維中的光學(xué)照片；
圖4是本發(fā)明一實(shí)施方式中復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維隨拉伸率增加電阻變化情況圖；
圖5是本發(fā)明一實(shí)施方式中復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維隨水洗時(shí)間和次數(shù)增加電阻的變化情況圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下將結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0019]參圖1和圖2，介紹本發(fā)明復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維制備方法的一【具體實(shí)施方式】。在本實(shí)施方式中，該方法具體包括: S1、從繞包機(jī)的輸出軸引出彈性纖維，并將其一端固定在繞包機(jī)的收集軸上。繞包機(jī)10包括輸出軸(圖未示)、收集軸(圖未示)和繞包頭11，其中，繞包頭11設(shè)于輸出軸與收集軸之間。彈性纖維20預(yù)先纏繞在輸出軸上，并伸出一自由端，將該自由端固定在收集軸上，收集軸轉(zhuǎn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)彈性纖維20在收集軸上的纏繞，彈性纖維的拉伸率為0-500%。
[0020]S2、從繞包機(jī)的繞包頭上引出碳納米管纖維，并將碳納米管纖維的一端與彈性纖維位于收集軸的一端固定。繞包頭11包括第一旋轉(zhuǎn)部111和設(shè)在第一旋轉(zhuǎn)部111上的第二旋轉(zhuǎn)部112，第一旋轉(zhuǎn)部111和第二旋轉(zhuǎn)部112可分別繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)。預(yù)先將碳納米管纖維30纏繞在第二旋轉(zhuǎn)部112上，并伸出一自由端，將該自由端與彈性纖維20位于收集軸的一端固定。
[0021]S3、開啟繞包機(jī)，碳納米管纖維繞包于彈性纖維的表面，形成碳納米管纖維包纏紗，其中，通過設(shè)置彈性纖維的拉伸率、收集軸和輸出軸的收放卷速度及繞包頭的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)碳納米管纖維在彈性纖維上的螺旋節(jié)距。
[0022]具體地，繞包頭11的第一旋轉(zhuǎn)部111為圓盤狀，其上設(shè)有一通孔1111，彈性纖維20穿設(shè)于通孔1111中，通孔1111的內(nèi)徑大于彈性纖維20的直徑，彈性纖維20并不觸碰通孔1111的內(nèi)壁，第二旋轉(zhuǎn)部112設(shè)置在靠近圓盤的邊緣處。開啟繞包機(jī)10，收集軸的收卷速度同步于輸出軸的放卷速度以使得彈性纖維20始終保持設(shè)定的拉伸率不變，彈性纖維20不斷地從輸出軸向收集軸移動(dòng)，通過第一旋轉(zhuǎn)部111和第二旋轉(zhuǎn)部112的配合旋轉(zhuǎn)將碳納米管纖維30繞包于彈性纖維20的表面，形成碳納米管纖維包纏紗40，碳納米管纖維包纏紗40被收集軸卷繞收集。這里需要說明的是，第二旋轉(zhuǎn)部112不僅跟隨第一旋轉(zhuǎn)部111旋轉(zhuǎn)，還繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，通過第二旋轉(zhuǎn)部112和第一旋轉(zhuǎn)部111的配合旋轉(zhuǎn)將碳納米管纖維30繞包于彈性纖維20的表面。收集軸和輸出軸的收放卷動(dòng)作及繞包頭的轉(zhuǎn)動(dòng)均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。
[0023]優(yōu)選地，彈性纖維20的拉伸率為0-500%，收集軸和輸出軸的收放卷速度相同，均大于或等于10 r/min，不設(shè)速度上限，第一旋轉(zhuǎn)部111的旋轉(zhuǎn)速度最低速度為10 r/min，不設(shè)速度上限，第二旋轉(zhuǎn)部112的旋轉(zhuǎn)速度隨第一旋轉(zhuǎn)部111的旋轉(zhuǎn)速度的變化而變化。通過設(shè)置彈性纖維的拉伸率、收集軸和輸出軸的收放卷速度及繞包頭的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)碳納米管纖維在彈性纖維上的螺旋節(jié)距在0.1mm?2cm之間(參圖3a-3b)，通過控制碳納米管纖維30在彈性纖維20上的螺旋節(jié)距可以控制復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維的整體彈性和導(dǎo)電性。
[0024]S4、將碳納米管纖維包纏紗40熱處理得到初級(jí)彈性導(dǎo)電纖維。熱處理的溫度為50°0700°C，時(shí)間為Imin -5h0
[0025]S5、將初級(jí)彈性導(dǎo)電纖維采用彈性聚合物進(jìn)行封裝得到復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維。在初級(jí)彈性導(dǎo)電纖維的表面浸漬或浸潤或噴涂或旋涂一層彈性聚合物，尺寸在微米或亞微米級(jí)，對(duì)初級(jí)彈性導(dǎo)電纖維進(jìn)行保護(hù)，從而增加其電學(xué)及使用性能。優(yōu)選地，彈性聚合物為聚二甲基硅氧烷或高彈性聚氨酯。彈性聚合物封裝的厚度一般在微米或亞微米級(jí)數(shù)量級(jí)，優(yōu)選地，彈性聚合物封裝的厚度小于10微米。對(duì)復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維進(jìn)行保護(hù)，從而增加其電學(xué)及使用性能。
[0026]通過上述方法制備的復(fù)合彈性導(dǎo)電纖維，具有更高的彈性(300%以上)，更好的電學(xué)穩(wěn)定性(電阻