一種延展性好的石墨烯導電紗線的製作方法與流程

2023-08-09 21:33:41 2

本發明涉及紗線領域，特別是一種延展性好的石墨烯導電紗線的製作方法。

背景技術：

隨著石墨烯（g）被成功地開發製備，其獨特的二維結構使其具有優異的電學、力學和熱學性能，是製備高性能聚合物基納米複合材料的理想填料之一。目前，在生產生活中人們對導電高分子材料的使用日趨廣泛，所以以石墨烯為導電填料，製備具有良好導電性能的聚合物基納米複合材料已成為當下的研究熱點。

隨著科技的發展，未來的電子產品將通過可印刷方法實現柔性、便攜和可穿戴，對紡織品提出了智能化的要求，即智能紡織品。智能紡織品將是未來的電子信息工業的一個著陸點，也是紡織服裝行業未來的發展方向和重要的經濟增長點。其中導電紗線在是智能紡織品與互動式布料的基本原料，可用於傳感器連接線，電源電極與連接線、射頻電路、電磁屏蔽等，在工業、民用和軍事等領域有著重要的用途。優秀的導電紗線需要具有良好的導電性和耐久性，特別是在低溼度下，還應具有良好的耐摩擦、耐屈曲、耐氧化及耐腐性。傳統的導電紗線通常是將不鏽鋼金屬纖維或者碳纖維等導電纖維與棉線、滌綸等不導電纖維纏繞製成。例如：2007年保定依棉集團有限公司通過混合滌綸、薴麻、竹纖維、碳纖維等製備出了具有導電、抗皺、殺菌等作用的導電纖維(公開號：cn101182662）；2009年學校法人立命館；岡本株式會社通過將具有導電功能的纏繞紗線卷繞在有彈性紗線製成的芯紗線上，該紗線製成的衣服可以用於測量生物學信息（公開號：cn101728005a）；2013年浙江春江輕紡集團有限責任公司通過在把不鏽鋼纖維和棉纖維捻合在一起製備出高導電的紗線，這種紗線在抗靜電服方面有著廣泛應用(公開號：cn203096285u)；這些紗線雖然在技術上攻克了不鏽鋼金屬纖維「接頭」容易刺傷皮膚的難題，但是金屬纖維相對於棉線、滌綸這些柔軟的紗線來說還是比較剛硬，此外，衣服在長期的摺疊過程中難免會導致金屬絲的斷裂，從而對人體造成不必要的傷害，這些紗線若是用做導線也存在接觸上的問題。

目前，大量的科研人員通過在棉線、滌綸等紗線上沉積金屬納米材料、聚合物、碳納米管、石墨烯等，製備出較好導電性的紗線，而且這些紗線在洗衣液中洗滌之後仍保持較好的性能，除此之外這些紗線具有良好的摩擦、耐屈伸的性能。

但上述的導電紗線均通過簡單的浸泡和乾燥，將導電材料或納米材料包裹在紗線上製成導線紗線，在生產使用過程中容易刮傷，掉落表層的導電材料或納米材料，影響導線性和延展性。

技術實現要素：

為了克服現有技術的上述缺點，本發明的目的是提供溶體式的，具有良好的導電性能和延展性能的一種延展性好的石墨烯導電紗線的製作方法。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種延展性好的石墨烯導電紗線的製作方法，包括以下步驟：

1）將濃度3-5mg/ml的石墨烯分散液與紗線的造線顆粒加入雙螺杆擠出機進行混溶得到混溶物，使石墨烯分散液在加熱的過程中，混溶均質至混溶物中，其中，石墨烯分散液與造線顆粒的重量份數比為1:50；

2）通過雙螺杆擠出機進行混溶擠出紗線原料，紗線原料再通過拉紗機抽絲製作成導電紗線。

作為本發明的進一步改進：所述1）步驟中還包括至少一次的石墨烯分散液再添步驟，所述石墨烯分散液再添步驟為在所述1）步驟所得的混溶物中再加入1份石墨烯分散液進行混溶，得到更高石墨烯含量的混溶物。

作為本發明的進一步改進：所述紗線原料中石墨烯佔總重量的0.1%~1%。

作為本發明的進一步改進：所述造線顆粒為尼龍6塑料顆粒或尼龍66塑料顆粒或其他製造紗線的造線顆粒。

作為本發明的進一步改進：所述石墨烯分散液的濃度為1-10mg/ml，所述石墨烯分散液的石墨烯為20納米以下的石墨烯。石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，同時也是已知的世上電阻率最小的材料，常溫下，石墨烯的電子遷移率(2×105cm2·v-1·s-1)，比矽半導體高100倍。

作為本發明的進一步改進：所述導電紗線經過抽絲後還經過鍍銀工序，增加導電紗線的抗菌性。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明生產出來的導電紗線，具有良好的導電性、延展性及更強的韌性。導線紗線為溶體式導電紗線，與傳統技術中通過導電材料附著於線體表層的導電線不同，其在任何生產過程中不會出現刮傷或表層導電材料脫離等影響導電性能的現象，將石墨烯與紗線融為一體，除了提供的更好的延展性外還提供更強的導電性，適用範圍廣，可適用於智能服裝和智能紡織物等領域。

具體實施方式

現結合實施例對本發明進一步說明：

實施案例1：

一種延展性好的石墨烯導電紗線的製作方法，包括以下步驟：

1）將1kg的濃度5mg/ml的石墨烯分散液與50kg尼龍66塑料顆粒加入雙螺杆擠出機進行混溶得到混溶物，使石墨烯分散液在加熱的過程中，混溶均質至混溶物中；

在混溶的過程中，為增強導電紗線的導電性，通過石墨烯分散液再添步驟，在混溶物中再添1kg石墨烯分散液繼續進行混溶，得到含有2kg的濃度5mg/ml濃度石墨烯分散液的混溶物，即石墨烯在混溶物中佔總的重量比為0.2%。（計算這個最後混溶後的重量百分比，因為是添加了兩次分散液，其總量應該是2+50kg，那2kg裡只有10g石墨烯，是按10g/50kg進行計算，還是10g/52kg進行計算，並不清楚分散液中除了石墨烯之外的液體會不會揮發掉。）

2）通過雙螺杆擠出機進行混溶擠出紗線原料，紗線原料再通過拉紗機抽絲製作成導電紗線。

3）所述導電紗線經過抽絲後還經過鍍銀工序，增加導電紗線的抗菌性。

在1）步驟中，所述雙螺杆擠出機石墨烯分散液與尼龍66塑料顆粒通過入料口加料，進行加熱混溶，攪拌均勻擠出形成原料，原料再通過拉紗機抽絲製作成所述導電紗線。

由於石墨烯分散液的濃度只有5mg/ml，可以通過多次石墨烯分散液再添步驟進行控制原料中石墨烯的含量，使得石墨烯在原料中的含量滿足生產需求。

所述石墨烯分散液由於自身稠度高，且與尼龍塑膠顆粒進行混溶，採用單螺杆擠出機進行攪拌會出現不均勻或攪不動現象，必須採用雙螺杆擠出機。

本實施例採用嚙合型同向雙螺杆擠出機，有常規螺紋元件、反向螺紋元件、捏合塊、齒形盤、s型元件、六稜柱元件；嚙合同向雙螺杆的螺槽為非封閉結構，本身有利於物料流通混合，物料從加料口到一根螺杆後，在摩擦拖拽下，沿著這根螺杆的螺槽前進至下方窄間隙，受到一定壓縮後而另一根螺杆託起，並在料筒表面的摩擦拖曳下沿另一根螺槽向前輸送，當物料前進到上方窄間隙時，又重複此過程，只是在軸線方向上移動了一定距離，因此，物料是繞兩根螺杆是螺旋「∞」形流動。另外，在嚙合區物料將受到強力的局部剪切作用，再加上螺杆間和螺杆與機筒內壁間存在的間隙所產生的漏流，使同向嚙合型雙螺杆產生很好的混合效果。另外，由於嚙合同向雙螺杆擠出機的兩根螺杆在嚙合區間隙處的速度方向相反，它使得在嚙合區間隙處有更優的混合效果。在嚙合同向雙螺杆擠出機加工過程中，其一根螺杆相對於另一螺杆的運動是繞對方做平動，因此在其嚙合區內任意處兩螺杆的相對速度都相同，故物料在嚙合區承受基本均勻恆定的剪切速率，使得產生的混合更趨均勻。

通過雙螺杆擠出機擠出的紗線原料，依傳統抽絲工藝製得導電紗線，該導電紗線再經過常規的鍍銀工序增加其抗菌性。

本實施案例製得的導線紗線為溶體式導電紗線，與傳統技術中通過導電材料附著於線體表層的導電線不同，本實施案例的導電紗線在任何生產過程中不會出現刮傷或表層導電材料脫離等影響導電性能的現象，將石墨烯與紗線融為一體，除了提供的更好的延展性外還提供更強的導電性，適用範圍廣，可適用於智能服裝和智能紡織物等領域。

實施案例2：

在實施案例1中的基礎上，採用將1kg的濃度3mg/ml的石墨烯分散液與50kg尼龍66塑料顆粒加入雙螺杆擠出機進行混溶得到混溶物，使石墨烯分散液在加熱的過程中，混溶均質至混溶物中；

在混溶的過程中，為增強導電紗線的導電性，通過石墨烯分散液再添步驟，在混溶物中再添1kg石墨烯分散液繼續進行混溶，重複石墨烯分散液再添步驟四次，得到含有5kg的濃度3mg/ml濃度石墨烯分散液的混溶物，即石墨烯在混溶物中佔總的重量比為0.3%。

實施案例3：

在實施案例1中的基礎上，採用將1kg的濃度1mg/ml的石墨烯分散液與50kg尼龍66塑料顆粒加入雙螺杆擠出機進行混溶得到混溶物，使石墨烯分散液在加熱的過程中，混溶均質至混溶物中；

在混溶的過程中，為增強導電紗線的導電性，通過石墨烯分散液再添步驟，在混溶物中再添1kg石墨烯分散液繼續進行混溶，重複石墨烯分散液再添步驟四次，得到含有5kg的濃度1mg/ml濃度石墨烯分散液的混溶物，即石墨烯在混溶物中佔總的重量比為0.1%。

實施案例4：

在實施案例1中的基礎上，採用將1kg的濃度10mg/ml的石墨烯分散液與50kg尼龍66塑料顆粒加入雙螺杆擠出機進行混溶得到混溶物，使石墨烯分散液在加熱的過程中，混溶均質至混溶物中；

在混溶的過程中，為增強導電紗線的導電性，通過石墨烯分散液再添步驟，在混溶物中再添1kg石墨烯分散液繼續進行混溶，重複石墨烯分散液再添步驟四次，得到含有5kg的濃度10mg/ml濃度石墨烯分散液的混溶物，即石墨烯在混溶物中佔總的重量比為1%。

綜上所述，本領域的普通技術人員閱讀本發明文件後，根據本發明的技術方案和技術構思無需創造性腦力勞動而作出其他各種相應的變換方案，均屬於本發明所保護的範圍。