一种导电聚酯纤维及其制备方法
阅读说明：本技术 一种导电聚酯纤维及其制备方法 (Conductive polyester fiber and preparation method thereof ) 是由 范云涛 于 2020-12-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种导电聚酯纤维,所述聚酯纤维包括聚酯纤维本体和附着与纤维本体外侧的导电层,以及纤维内部孔隙中的导电层,所述聚酯纤维本体为微孔纤维。本发明提供导电聚酯纤维,通过制备含有微孔的聚酯纤维,再碱减量处理克服聚酯纤维的表面极性,最后在表面聚合聚吡咯,得到一种耐久性的导电聚酯纤维。(The invention provides a conductive polyester fiber, which comprises a polyester fiber body, a conductive layer attached to the outer side of the fiber body and a conductive layer in pores inside the fiber, wherein the polyester fiber body is a microporous fiber. The invention provides a conductive polyester fiber, which is prepared by preparing a polyester fiber containing micropores, then overcoming the surface polarity of the polyester fiber through alkali decrement treatment, and finally polymerizing polypyrrole on the surface to obtain the durable conductive polyester fiber.)
技术领域
本发明涉及功能型纤维，具体涉及一种聚酯纤维及其制备方法。
背景技术
功能性纤维是通过纺丝及后加工等方法赋予普通纤维各种附加功能，如抗菌、抗紫外线、抗静电、抗电磁福射、阻燃、吸湿等功能。如今将殊作业场所与日常生活中对服装及纺织品抗静电的要求越来越高，导电纤维作为消除静电、减少静电危害，实现静电防护的重要材料之一，目前已成为世界功能纤维材料的研究热点。人类从20世纪60年代起就开始了对导电纤维的开发工作。
导电纤维是通过电子传导和电晕放电达到消除静电目的的功能性纤维。通常是指在标准化态下(20℃、65％相对湿度)比电阻在108Ω·cm下的纤维。导电纤维具有优昆的导电性，其纺织产品主要具有抗静电功能和防福射功能，因此导电纤维在电子业、电力、广电、IT、电信、民航、医药及精密仪器等领域应用广泛。
自上世纪工业革命来，科技的发展使人类的生活品质不断提高，生活更加便利，然而在科技带来福音的同时，也为人类生活带来了隐患。随着计算机、电子通讯的迅速发展和普及，人类生活和工作环境中的电磁福射日趋严重，由此产生的电磁波干扰对电子电力系统的正常运转和人类的生理健康都带来了许多负面影响。
日本帝人公司、德国BASF公司纷纷开发出了使用碳黑作为导电物质的有机导电纤维，这类型的导电纤维采用导电碳黑混合于纤维的皮层，使得碳黑涂覆于纤维表面。此后普通合成纤维为基体，通过物理、化学等方法在纤维表面涂敷金属、碳、导电高分子等导电物质的方法相继出现。
在关注碳黑作为导电物质的同时，关于导电聚合物的研究也在进行，1977年美国科学家A.F.Heeger发现聚乙诀经惨杂后具有明显的导电能力，之后关于聚乙块、聚苯胺、聚化咯、聚噻吩等导电聚合物的研究也有了迅速的发展。这一类型导电纤维越来越受到人们的关注，但由于导电聚合物主链为共扼结构，这导致了纤维加工成型困难，并且热稳定性差，此外聚合单体存在毒性，合成工艺复杂，目前仍未得到广泛应用。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供导电聚酯纤维，通过制备含有微孔的聚酯纤维，再碱减量处理克服聚酯纤维的表面极性，最后在表面聚合聚吡咯，得到一种耐久性的导电聚酯纤维。
技术方案：一种导电聚酯纤维，所述聚酯纤维包括聚酯纤维本体和附着与纤维本体外侧的导电层，以及纤维内部孔隙中的导电层，所述聚酯纤维本体为微孔纤维。
一种导电聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1.聚酯切片的制备：首先用改性剂对碳酸钙进行改性，将改性碳酸钙加入至聚酯单体中，在反应釜中反应，造粒形成聚酯切片；
S2.聚酯纤维的制备：将聚酯切片充分干燥后熔融纺丝制得POY纤维，经加弹制得DTY纤维；
S3.微孔聚酯纤维的制备：将步骤S2中制备的聚酯纤维取出表面的杂质和油剂，然后浸泡于乙醚盐酸溶液中，通过酸处理溶解部分表面以及浅表面的碳酸钙，得到微孔聚酯纤维；
S4.聚酯纤维前处理：将微孔聚酯纤维进行碱减量处理，得到碱减量处理的聚酯纤维；
S5.导电型聚酯纤维的制备：将碱减量处理的聚酯纤维浸渍于一定浓度的FeCl3溶液中，恒温恒湿平衡后，将聚酯纤维置于吡咯蒸汽中进行聚合反应，得到导电聚酯纤维。
优选的，所述步骤S1中改进剂为硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂或铝钛复合偶联剂中的任意一种。优选的，所述步骤S1中改性碳酸钙的含量为3-8.6wt％。
优选的，所述步骤S2中纺丝挤出工艺参数为一区为260-265℃，二区为270-275℃，三区为275-280℃，四区为275-280℃，五区为275-280℃，箱体温度为275-280℃，箱体压力为10-13Mpa，纺丝速度为1500-2000m/min。
优选的，所述步骤S3中盐酸溶液的浓度为2-4mol/L，酸处理温度60-80℃，酸处理时间为5-30min。
优选的，所述步骤S4中碱减量处理时间为30-60min，处理温度为70-90℃，浴比为1：50-100，浓度为0.5-1.5mol/L。
优选的，所述步骤S5中FeCl3溶液的浓度为0.5-1.2mol/L，吡咯蒸汽的温度为-5-5℃，聚合时间为0.5-5h。
有益效果：本发明具有以下优点：
1、聚酯纤维具有断裂强度高、悬垂感好、弹性模量高、挺括、耐磨、尺寸稳定性好、价格便宜等优良性能，因而广泛地应用于服用、产业用及装饰用纺织品，但涤纶纤维缺乏亲水性极性基团，疏水性差，属不良导体，易产生静电，难以逸散，给纺织品加工和服用带来诸多不便，甚至引起火灾爆炸。作为服用面料，影响它的穿着舒适性，严重制约了它的高品质、高档次、高性能的发展方向。本发明赋予聚酯织物抗静电的性能，提高其穿着舒适性，给聚酯工业带来新的生机；
2、采用将无机颗粒加入至聚酯切片中，在通过熔融纺丝，制备得到含有无机颗粒的聚酯切片，再通过盐酸溶解聚酯纤维表面以及浅表面的无机颗粒，得到一种微孔纤维，微孔纤维经过碱减量处理以后得到表面含有活性基团的聚酯纤维，然后通过整理聚合接枝得到具备导电性能的聚酯纤维；
3、因为本发明具备微孔，在聚合聚吡咯的过程中，在微孔中也聚合了聚吡咯，在微孔中形成的聚吡咯在多次水洗时不容易掉，因此本发明的导电纤维耐多次水洗。
具体实施方式
实施例1
一种导电聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1.聚酯切片的制备：首先用硅烷偶联剂对碳酸钙进行改性，将改性碳酸钙加入至聚酯单体中，改性碳酸钙的含量为3wt％，在反应釜中反应，造粒形成聚酯切片；
S2.聚酯纤维的制备：将聚酯切片充分干燥后熔融纺丝制得POY纤维，纺丝挤出工艺参数为一区为260℃，二区为270℃，三区为275℃，四区为275℃，五区为275℃，箱体温度为275℃，箱体压力为10Mpa，纺丝速度为1500m/min，经加弹制得DTY纤维；
S3.微孔聚酯纤维的制备：将步骤S2中制备的聚酯纤维取出表面的杂质和油剂，然后浸泡于乙醚盐酸溶液中，通过酸处理溶解部分表面以及浅表面的碳酸钙，盐酸溶液的浓度为2mol/L，酸处理温度60℃，酸处理时间为30min，得到微孔聚酯纤维；
S4.聚酯纤维前处理：将微孔聚酯纤维进行碱减量处理，碱减量处理时间为30min，处理温度为70℃，浴比为1：50，浓度为0.5mol/L，得到碱减量处理的聚酯纤维；
S5.导电型聚酯纤维的制备：将碱减量处理的聚酯纤维浸渍于1.2mol/L的FeCl3溶液中，恒温恒湿平衡后，将聚酯纤维置于吡咯蒸汽中进行聚合反应，吡咯蒸汽的温度为-5℃，聚合时间为0.5h，得到导电聚酯纤维。
实施例2
一种导电聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1.聚酯切片的制备：首先用钛酸酯偶联剂对碳酸钙进行改性，将改性碳酸钙加入至聚酯单体中，改性碳酸钙的含量为8.6wt％，在反应釜中反应，造粒形成聚酯切片；
S2.聚酯纤维的制备：将聚酯切片充分干燥后熔融纺丝制得POY纤维，纺丝挤出工艺参数为一区为265℃，二区为275℃，三区为280℃，四区为280℃，五区为280℃，箱体温度为280℃，箱体压力为13Mpa，纺丝速度为2000m/min，经加弹制得DTY纤维；
S3.微孔聚酯纤维的制备：将步骤S2中制备的聚酯纤维取出表面的杂质和油剂，然后浸泡于乙醚盐酸溶液中，通过酸处理溶解部分表面以及浅表面的碳酸钙，盐酸溶液的浓度为4mol/L，酸处理温度80℃，酸处理时间为5min，得到微孔聚酯纤维；
S4.聚酯纤维前处理：将微孔聚酯纤维进行碱减量处理，碱减量处理时间为60min，处理温度为90℃，浴比为1：100，浓度为1.5mol/L，得到碱减量处理的聚酯纤维；
S5.导电型聚酯纤维的制备：将碱减量处理的聚酯纤维浸渍于0.5mol/L的FeCl3溶液中，恒温恒湿平衡后，将聚酯纤维置于吡咯蒸汽中进行聚合反应，吡咯蒸汽的温度为5℃，聚合时间为5h，得到导电聚酯纤维。
实施例3
一种导电聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1.聚酯切片的制备：首先用硅烷偶联剂对碳酸钙进行改性，将改性碳酸钙加入至聚酯单体中，改性碳酸钙的含量为4.6wt％，在反应釜中反应，造粒形成聚酯切片；
S2.聚酯纤维的制备：将聚酯切片充分干燥后熔融纺丝制得POY纤维，纺丝挤出工艺参数为一区为260℃，二区为275℃，三区为275℃，四区为280℃，五区为280℃，箱体温度为275℃，箱体压力为13Mpa，纺丝速度为1650m/min，经加弹制得DTY纤维；
S3.微孔聚酯纤维的制备：将步骤S2中制备的聚酯纤维取出表面的杂质和油剂，然后浸泡于乙醚盐酸溶液中，通过酸处理溶解部分表面以及浅表面的碳酸钙，盐酸溶液的浓度为2.6mol/L，酸处理温度65℃，酸处理时间为8min，得到微孔聚酯纤维；
S4.聚酯纤维前处理：将微孔聚酯纤维进行碱减量处理，碱减量处理时间为30min，处理温度为75℃，浴比为1：50，浓度为0.8mol/L，得到碱减量处理的聚酯纤维；
S5.导电型聚酯纤维的制备：将碱减量处理的聚酯纤维浸渍于0.7mol/L的FeCl3溶液中，恒温恒湿平衡后，将聚酯纤维置于吡咯蒸汽中进行聚合反应，吡咯蒸汽的温度为0℃，聚合时间为0.5h，得到导电聚酯纤维。
实施例4
一种导电聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1.聚酯切片的制备：首先用钛酸酯偶联剂对碳酸钙进行改性，将改性碳酸钙加入至聚酯单体中，改性碳酸钙的含量为7wt％，在反应釜中反应，造粒形成聚酯切片；
S2.聚酯纤维的制备：将聚酯切片充分干燥后熔融纺丝制得POY纤维，纺丝挤出工艺参数为一区为265℃，二区为270℃，三区为280℃，四区为275℃，五区为275℃，箱体温度为280℃，箱体压力为10Mpa，纺丝速度为1800m/min，经加弹制得DTY纤维；
S3.微孔聚酯纤维的制备：将步骤S2中制备的聚酯纤维取出表面的杂质和油剂，然后浸泡于乙醚盐酸溶液中，通过酸处理溶解部分表面以及浅表面的碳酸钙，盐酸溶液的浓度为3.5mol/L，酸处理温度75℃，酸处理时间为20min，得到微孔聚酯纤维；
S4.聚酯纤维前处理：将微孔聚酯纤维进行碱减量处理，碱减量处理时间为60min，处理温度为85℃，浴比为1：100，浓度为1.2mol/L，得到碱减量处理的聚酯纤维；
S5.导电型聚酯纤维的制备：将碱减量处理的聚酯纤维浸渍于1.0mol/L的FeCl3溶液中，恒温恒湿平衡后，将聚酯纤维置于吡咯蒸汽中进行聚合反应，吡咯蒸汽的温度为5℃，聚合时间为5h，得到导电聚酯纤维。
对比例1
一种导电聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1.聚酯纤维的制备：将聚酯切片充分干燥后熔融纺丝制得POY纤维，纺丝挤出工艺参数为一区为260℃，二区为275℃，三区为275℃，四区为280℃，五区为280℃，箱体温度为275℃，箱体压力为13Mpa，纺丝速度为1650m/min，经加弹制得DTY纤维；
S3.聚酯纤维前处理：将聚酯纤维进行碱减量处理，碱减量处理时间为30min，处理温度为75℃，浴比为1：50，浓度为0.8mol/L，得到碱减量处理的聚酯纤维；
S5.导电型聚酯纤维的制备：将碱减量处理的聚酯纤维浸渍于0.7mol/L的FeCl3溶液中，恒温恒湿平衡后，将聚酯纤维置于吡咯蒸汽中进行聚合反应，吡咯蒸汽的温度为0℃，聚合时间为0.5h，得到导电聚酯纤维。
对比例2
一种导电聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1.聚酯切片的制备：首先用钛酸酯偶联剂对碳酸钙进行改性，将改性碳酸钙加入至聚酯单体中，改性碳酸钙的含量为10wt％，在反应釜中反应，造粒形成聚酯切片；
S2.聚酯纤维的制备：将聚酯切片充分干燥后熔融纺丝制得POY纤维，纺丝挤出工艺参数为一区为265℃，二区为270℃，三区为280℃，四区为275℃，五区为275℃，箱体温度为280℃，箱体压力为10Mpa，纺丝速度为1800m/min，经加弹制得DTY纤维；
S3.微孔聚酯纤维的制备：将步骤S2中制备的聚酯纤维取出表面的杂质和油剂，然后浸泡于乙醚盐酸溶液中，通过酸处理溶解部分表面以及浅表面的碳酸钙，盐酸溶液的浓度为2mol/L，酸处理温度75℃，酸处理时间为20min，得到微孔聚酯纤维；
S4.聚酯纤维前处理：将微孔聚酯纤维进行碱减量处理，碱减量处理时间为60min，处理温度为85℃，浴比为1：100，浓度为1.2mol/L，得到碱减量处理的聚酯纤维；
S5.导电型聚酯纤维的制备：将碱减量处理的聚酯纤维浸渍于1.0mol/L的FeCl3溶液中，恒温恒湿平衡后，将聚酯纤维置于吡咯蒸汽中进行聚合反应，吡咯蒸汽的温度为5℃，聚合时间为5h，得到导电聚酯纤维。
通过电阻测试仪测量，最终计算得到导电纤维的电导率见下表：
从上表中可以看出来，经过上述工艺制备而得的纤维具有良好的导电性，虽然对比例2有更优的导电效果，但是由于加入的碳酸钙的含量较高，纤维可纺性很差，容易断头。
参照国家标准GB/T3921-2008《纺织色牢度试验耐皂洗色牢度》中皂洗的方法，皂洗次数：1-30次，皂洗工艺条件：浴比50:1，皂液(标准皂片)5g/L，温度(40±2)℃，通过皂洗纤维来测定导电纤维在洗涤以后的导电效果。
从上表中可以看出，仅仅通过简单的表面接枝，其导电效果是不耐洗涤的，在洗涤过后，容易洗涤掉纤维表面的聚吡咯颗粒，导致纤维的导电性能下降。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种净化型涤纶短纤维的制备方法