技术摘要：
本发明公开了一种石墨烯型导电皮芯纤维，其特征在于，所述石墨烯型导电皮芯纤维的芯层为聚酯，皮层为石墨烯以及可选的碳纳米管与低熔点聚酯的复合材料。其制备方法包括：将石墨烯分散液连续涂覆于皮芯纤维表面，并采用热压法将石墨烯粘附于皮芯纤维表面，得到石墨烯型 全部
背景技术：
随着智能化的发展和普及，柔性智能可穿戴产品备受关注。导电纤维作为智能可 穿戴织物的基础材料，在智能传感方面表现出良好的应用前景，是国内外学术界和产业界 的竞争焦点。通过导电纤维制备的导电织物可探测人体微弱的电信号，并快速传输至终端 芯片，完成人体心血管状态的实时检测，其可应用于医疗领域、社会保障领域的智能检测设 备。同时，导电纤维在抗静电、电磁屏蔽领域应用广泛，具体可应用于石化系统、医疗系统、 电子加工系统等的抗静电工作服，通过导电性能的优化，还可应用于IT系统、电力系统、军 工系统的电磁屏蔽织物。因此，导电纤维的研究和开发具有广阔的应用需求。 目前，国内关于导电纤维表面涂覆技术的研究并不多，且大多直接用导电材料复 合纺丝或使用粘结剂粘附导电材料制备导电纤维。专利ZL201610344381.4以活化石墨烯和 羧化碳纳米管作为导电填料，以聚丙烯/高密度聚乙烯切片作为基体材料，经共混造粒、熔 融纺丝制得复合导电纤维，此种方法，石墨烯和羧化碳纳米管的分散性难以控制，纳米粒子 的团聚现象易降低纤维的导电性和可纺性，纤维的制成率低，且高含量的石墨烯和羧化碳 纳米管价格昂贵，产品成本高；专利ZL201710424844.2采用化学镀方法在玻璃纤维织物和 碳纤维织物表面分别镀金属(镍、铜、银、钴等等)得到导电复合纤维，导电性能及电磁屏蔽 性能较好，但此种制备工艺存在改性困难、制作成本高、环境友好性差等问题，且镀金属纤 维密度一般较大，不适合编织成穿戴织物；近年来用石墨烯、碳管、炭黑制备导电剂及导电 纤维越来越热门，将石墨烯或碳管配置成分散液涂敷于纤维表面，纤维表现出了良好的导 电性能，Bunshi fugetsu在他实验中用聚氨酯作为石墨烯与基体之间的粘接剂，一定程度 上提高了石墨烯和纤维之间的结合能力，但聚氨酯与聚酯之间的结合力不强，导电纤维的 耐洗牢度仍有待提高。 专利ZL201711042354.2将石墨烯分散于环氧树脂、乙醇胺、四氢呋喃等混合分散 剂中制备石墨烯型导电剂，导电性能优异，分散效果较好；专利ZL201610474260.1将羧基化 氧化石墨烯分散于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中得到纺丝原液，最后通过湿法纺丝制得石墨烯 纤维，乙醇胺、四氢呋喃、DMF等分散剂石墨烯分散效果较好，但这类试剂的残留对眼、皮肤 和黏膜有一定的刺激性，而DMF本身更是具有一定的毒性，且此类溶剂后处理工艺繁琐，污 染大，环境友好性差。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种石墨烯型导电皮芯纤维及其制备方法。 为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯型导电皮芯纤维，其特征在于，所述 石墨烯型导电皮芯纤维的芯层为聚酯，皮层为石墨烯以及可选的碳纳米管与低熔点聚酯复 3 CN 111593558 A 说 明 书 2/3 页 合材料。 优选地，所述皮芯纤维皮层为低熔点聚酯，芯层为常规聚酯，皮芯比为2:8-4:6。 更优选地，所述低熔点聚酯熔点为150～180℃，聚酯熔点为255～265℃。 本发明提供了一种石墨烯型导电皮芯纤维的制备方法，其特征在于，将石墨烯分 散液连续涂覆于皮芯纤维表面，并采用热压法将石墨烯粘附于皮芯纤维表面，得到石墨烯 型导电皮芯纤维；所述的石墨烯分散液含有石墨烯以及可选的碳纳米管。 优选地，所述石墨烯分散液中，以乙醇为分散剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散介 质，按质量百分比，碳纳米管0-0.05％，石墨烯0.25-0.5％，PVP 0.5-1.0％；石墨烯与PVP质 量比为1:2-4。 优选地，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径为5～10nm，长度为0.5～1.5μm；石墨 烯的片层厚度为1～10nm，片层直径为0.5～1.5μm。 优选地，所述石墨烯型导电皮芯纤维的制备方法具体包括以下步骤： 步骤1：制备皮芯纤维：将低熔点聚酯切片和常规聚酯切片进行纺丝卷绕拉伸，得 到初生丝，牵伸，得到皮芯热熔丝纤维，其皮层为低熔点聚酯，芯层为常规聚酯； 步骤2：配制石墨烯分散液：先按比例配置好PVP/乙醇溶液，向其中加入石墨烯，可 选的碳纳米管，超声分散，得到石墨烯分散液； 步骤3：将步骤1制备的皮芯热熔丝纤维在NaOH溶液中浸泡除油，用去离子水清洗 后，在涂覆设备上用步骤2配制的石墨烯分散液进行涂覆，干燥、热压，得到表面连续涂覆导 电纤维，即石墨烯型导电皮芯纤维。 优选地，所述步骤3中NaOH的作用是水解纤维表面酯基，生成羟基和羧基，可与表 面活性剂PVP结合，形成稳定结构。 优选地，所述步骤3中热压温度为150-180℃，保证表面石墨烯更好附着在纤维上。 热压后，表面皮层熔化，石墨烯与皮层充分复合，使涂层具有较好的牢固程度，织成的导电 布料具有较好的耐洗牢度。 与现有技术相比，本发明的有益效果在于： (1)本发明采用皮芯纤维取代粘结剂，皮芯表面为低熔点聚酯，使得导电材料更直 接均匀地覆盖在纤维表面，耐洗牢度高。 (2)本发明采用乙醇为分散剂，以具有优良生理惰性和生物相容性的PVP为分散介 质，通过连续涂覆方式将石墨烯均匀涂覆于聚酯纤维表面，采用热压法将石墨烯嵌入和粘 附于低熔点聚酯中，提高导电纤维的耐洗牢度，保持原有纤维的性能，并赋予其导电性能。 (3)本发明制备得到的石墨烯型导电皮芯纤维，导电纤维的电阻率为10-3-10-1 Ω·m(20℃)，且针织物电导率最佳能达到101S/m(20℃)，且涂层具有较好的牢固程度，织 成的导电织物具有较好的耐久性能。
本发明公开了一种石墨烯型导电皮芯纤维，其特征在于，所述石墨烯型导电皮芯纤维的芯层为聚酯，皮层为石墨烯以及可选的碳纳米管与低熔点聚酯的复合材料。其制备方法包括：将石墨烯分散液连续涂覆于皮芯纤维表面，并采用热压法将石墨烯粘附于皮芯纤维表面，得到石墨烯型 全部
背景技术：
随着智能化的发展和普及，柔性智能可穿戴产品备受关注。导电纤维作为智能可 穿戴织物的基础材料，在智能传感方面表现出良好的应用前景，是国内外学术界和产业界 的竞争焦点。通过导电纤维制备的导电织物可探测人体微弱的电信号，并快速传输至终端 芯片，完成人体心血管状态的实时检测，其可应用于医疗领域、社会保障领域的智能检测设 备。同时，导电纤维在抗静电、电磁屏蔽领域应用广泛，具体可应用于石化系统、医疗系统、 电子加工系统等的抗静电工作服，通过导电性能的优化，还可应用于IT系统、电力系统、军 工系统的电磁屏蔽织物。因此，导电纤维的研究和开发具有广阔的应用需求。 目前，国内关于导电纤维表面涂覆技术的研究并不多，且大多直接用导电材料复 合纺丝或使用粘结剂粘附导电材料制备导电纤维。专利ZL201610344381.4以活化石墨烯和 羧化碳纳米管作为导电填料，以聚丙烯/高密度聚乙烯切片作为基体材料，经共混造粒、熔 融纺丝制得复合导电纤维，此种方法，石墨烯和羧化碳纳米管的分散性难以控制，纳米粒子 的团聚现象易降低纤维的导电性和可纺性，纤维的制成率低，且高含量的石墨烯和羧化碳 纳米管价格昂贵，产品成本高；专利ZL201710424844.2采用化学镀方法在玻璃纤维织物和 碳纤维织物表面分别镀金属(镍、铜、银、钴等等)得到导电复合纤维，导电性能及电磁屏蔽 性能较好，但此种制备工艺存在改性困难、制作成本高、环境友好性差等问题，且镀金属纤 维密度一般较大，不适合编织成穿戴织物；近年来用石墨烯、碳管、炭黑制备导电剂及导电 纤维越来越热门，将石墨烯或碳管配置成分散液涂敷于纤维表面，纤维表现出了良好的导 电性能，Bunshi fugetsu在他实验中用聚氨酯作为石墨烯与基体之间的粘接剂，一定程度 上提高了石墨烯和纤维之间的结合能力，但聚氨酯与聚酯之间的结合力不强，导电纤维的 耐洗牢度仍有待提高。 专利ZL201711042354.2将石墨烯分散于环氧树脂、乙醇胺、四氢呋喃等混合分散 剂中制备石墨烯型导电剂，导电性能优异，分散效果较好；专利ZL201610474260.1将羧基化 氧化石墨烯分散于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中得到纺丝原液，最后通过湿法纺丝制得石墨烯 纤维，乙醇胺、四氢呋喃、DMF等分散剂石墨烯分散效果较好，但这类试剂的残留对眼、皮肤 和黏膜有一定的刺激性，而DMF本身更是具有一定的毒性，且此类溶剂后处理工艺繁琐，污 染大，环境友好性差。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种石墨烯型导电皮芯纤维及其制备方法。 为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯型导电皮芯纤维，其特征在于，所述 石墨烯型导电皮芯纤维的芯层为聚酯，皮层为石墨烯以及可选的碳纳米管与低熔点聚酯复 3 CN 111593558 A 说 明 书 2/3 页 合材料。 优选地，所述皮芯纤维皮层为低熔点聚酯，芯层为常规聚酯，皮芯比为2:8-4:6。 更优选地，所述低熔点聚酯熔点为150～180℃，聚酯熔点为255～265℃。 本发明提供了一种石墨烯型导电皮芯纤维的制备方法，其特征在于，将石墨烯分 散液连续涂覆于皮芯纤维表面，并采用热压法将石墨烯粘附于皮芯纤维表面，得到石墨烯 型导电皮芯纤维；所述的石墨烯分散液含有石墨烯以及可选的碳纳米管。 优选地，所述石墨烯分散液中，以乙醇为分散剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散介 质，按质量百分比，碳纳米管0-0.05％，石墨烯0.25-0.5％，PVP 0.5-1.0％；石墨烯与PVP质 量比为1:2-4。 优选地，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径为5～10nm，长度为0.5～1.5μm；石墨 烯的片层厚度为1～10nm，片层直径为0.5～1.5μm。 优选地，所述石墨烯型导电皮芯纤维的制备方法具体包括以下步骤： 步骤1：制备皮芯纤维：将低熔点聚酯切片和常规聚酯切片进行纺丝卷绕拉伸，得 到初生丝，牵伸，得到皮芯热熔丝纤维，其皮层为低熔点聚酯，芯层为常规聚酯； 步骤2：配制石墨烯分散液：先按比例配置好PVP/乙醇溶液，向其中加入石墨烯，可 选的碳纳米管，超声分散，得到石墨烯分散液； 步骤3：将步骤1制备的皮芯热熔丝纤维在NaOH溶液中浸泡除油，用去离子水清洗 后，在涂覆设备上用步骤2配制的石墨烯分散液进行涂覆，干燥、热压，得到表面连续涂覆导 电纤维，即石墨烯型导电皮芯纤维。 优选地，所述步骤3中NaOH的作用是水解纤维表面酯基，生成羟基和羧基，可与表 面活性剂PVP结合，形成稳定结构。 优选地，所述步骤3中热压温度为150-180℃，保证表面石墨烯更好附着在纤维上。 热压后，表面皮层熔化，石墨烯与皮层充分复合，使涂层具有较好的牢固程度，织成的导电 布料具有较好的耐洗牢度。 与现有技术相比，本发明的有益效果在于： (1)本发明采用皮芯纤维取代粘结剂，皮芯表面为低熔点聚酯，使得导电材料更直 接均匀地覆盖在纤维表面，耐洗牢度高。 (2)本发明采用乙醇为分散剂，以具有优良生理惰性和生物相容性的PVP为分散介 质，通过连续涂覆方式将石墨烯均匀涂覆于聚酯纤维表面，采用热压法将石墨烯嵌入和粘 附于低熔点聚酯中，提高导电纤维的耐洗牢度，保持原有纤维的性能，并赋予其导电性能。 (3)本发明制备得到的石墨烯型导电皮芯纤维，导电纤维的电阻率为10-3-10-1 Ω·m(20℃)，且针织物电导率最佳能达到101S/m(20℃)，且涂层具有较好的牢固程度，织 成的导电织物具有较好的耐久性能。
