耐用的高电导率合成织物构造物.pdf

本发明提供一种包含功能性纤维丝的织物，其中各纤维丝都包含导电性聚合物材料。以此种方式使所制造的织物具有导电性，并具有与以金属为主的织物相当的耗散静电性能。同时，该织物还具有所需的与非导电性合成织物相当的物理性能。

1.  一种导电织物，其包含多根定位的聚合物纤维丝，其中各纤维丝包括结合导电性聚合物材料作为掺入物或涂层，所述导电织物具有对凹痕与折痕的抗性，同时具有与以金属为主的织物相当的静电耗散性能。

2.  根据权利要求1所述的织物，其中该功能性纤维丝构成该织物的5％至100％。

3.  根据权利要求1所述的织物，其中该织物具有的物理性能与非导电合成织物相当，同时具有的静电耗散性能与以金属为主的织物相当。

4.  根据权利要求3所述的织物，其中所述物理性能包括模量、韧性、强度、粘附性、磨损抗性及耐用性之一。

5.  根据权利要求1所述的织物，其中该纤维丝包括与可定位聚合物材料相混合的导电聚合物材料。

6.  根据权利要求1所述的织物，其中该纤维丝是包括导电聚合物材料并通过熔融挤出制成的双组份纤维。

7.  根据权利要求1所述的织物，其中该纤维丝包括涂有导电聚合物材料的定位结构。

8.  根据权利要求7所述的织物，其中通过蘸涂、溶液喷涂、在单丝上分散、热喷涂之一，施加该导电聚合物。

9.  根据权利要求1所述的织物，其中该纤维丝包含100％的选自于聚苯胺群组的导电聚合物材料。

10.  根据权利要求9所述的织物，其中所述聚苯胺纤维丝具有与聚酰胺纤维丝相当的物理性能。

11.  根据权利要求1所述的织物，其中该纤维丝是涂有导电聚合物材料的瓣状单丝。

12.  根据权利要求11所述的织物，其中该涂层具有的电导率最低大于10^-3S/cm，优选大于10³S/cm，同时保持单丝芯体的物理及摩擦性能。

13.  根据权利要求11所述的织物，其中该单丝表面具有一个或数个沿其长度延伸的C型凹槽，藉此在该单丝与填充该凹槽的导电聚合物之间形成机械互锁。

14.  根据权利要求13所述的织物，其中所述互锁降低导电聚合物对所述单丝粘附性的需求。

15.  根据权利要求13所述的织物，其中所述构造在单丝被磨损时，能够使该导电聚合物继续在纤维丝表面露出，藉此保持该纤维丝的电导率。

16.  根据权利要求13所述的织物，其中将该导电聚合物置于所述凹槽内，此种布置遮蔽该聚合物，并降低对于减小磨损抗性及物理性能的影响。

17.  根据权利要求11所述的织物，其中该导电材料的重量组成小于等于经涂覆单丝总重量的10％。

18.  根据权利要求17所述的织物，其中所述组成物比例可以保持织物制造低成本，同时容许织物有效耗散静电。

19.  根据权利要求1所述的织物，其中该织物是单层、多层、或叠层。

20.  根据权利要求1所述的织物，其中该织物是织造、非织造、螺旋连接、MD或CD纱线阵列、针织物、挤出网眼、以及由织造或非织造材料所构成的螺旋缠绕条之一，包含单丝、捻合单丝、复丝、捻合复丝、以及短纤维。

21.  根据权利要求1所述的织物，其中该织物是工程织物，用于在流体成网、熔喷、及/或纺粘中的一种或多种加工过程中制造非织造织物。

22.  根据权利要求1所述的织物，其中该织物用于干式应用中，该干式应用中，需要通过传送介质耗散静电。

23.  根据权利要求1所述的织物，其中该导电聚合物是聚乙炔(PA)、聚噻吩(PT)、聚(3-烷基噻吩)(P3AT)、聚吡咯(Ppy)、聚异硫茚(PITN)、聚(乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、烷氧基取代的聚(对苯撑乙烯)(PPV)、聚(对苯撑乙烯)(PPV)、聚(2，5-二烷氧基-对-亚苯基)、聚(对-亚苯基)(PPP)、阶梯型聚(对-亚苯基)(LPPP)、聚(对-亚苯基)硫化物(PPS)、聚庚二炔(PHT)、以及聚(3-己基噻吩)(P3HT)之一。

24.  一种可供用于凹槽形横截面工业织物中的聚合物纤维丝，所述纤维丝具有基本填充有机械式锁接固定的导电性聚合物材料的凹槽。

25.  根据权利要求24所述的纤维丝，其中该纤维丝包含与可定位聚合物材料混合的导电聚合物材料。

26.  根据权利要求24所述的纤维丝，其中该纤维丝是包含导电聚合物材料并以熔融挤出制成的双组份纤维。

27.  根据权利要求24所述的纤维丝，其中该纤维丝包含涂有导电聚合物材料的定位结构。

28.  根据权利要求27所述的纤维丝，其中通过蘸涂、溶液喷涂、在单丝上分散、热喷涂之一，施加该导电聚合物。

29.  根据权利要求24所述的纤维丝，其中该纤维丝包含100％选自于聚苯胺群组的导电聚合物材料。

30.  根据权利要求29所述的纤维丝，其中所述聚苯胺纤维丝具有的物理性能与聚酰胺纤维丝相当。

31.  根据权利要求24所述的纤维丝，其中该纤维丝是涂有导电聚合物材料的瓣状单丝。

32.  根据权利要求31所述的纤维丝，其中该涂层具有的电导率最低大于10^-3S/cm，优选是大于10³S/cm，同时保持单丝芯体的物理及摩擦性能。

33.  根据权利要求31所述的纤维丝，其中该单丝表面具有一个或多个沿其长度延伸的C型凹槽，藉此在该单丝与填充该凹槽的导电聚合物之间形成机械互锁。

34.  根据权利要求33所述的纤维丝，其中所述互锁降低导电聚合物对单丝粘附性的需求。

35.  根据权利要求33所述的纤维丝，其中所述构造在单丝被磨损时，能够使该导电聚合物继续在纤维丝表面露出，藉此保持该纤维丝的导电性。

36.  根据权利要求33所述的纤维丝，其中将该导电聚合物置于凹槽内，此种布置遮蔽该聚合物，并降低其减小磨损抗性及物理性能的影响。

37.  根据权利要求31所述的纤维丝，其中该导电材料的重量组成小于等于经涂覆单丝总重量的10％。

38.  根据权利要求24所述的纤维丝，其中该导电聚合物是聚乙炔(PA)、聚噻吩(PT)、聚(3-烷基噻吩)(P3AT)、聚吡咯(PPy)、聚异硫茚(PITN)、聚(乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、烷氧基取代的聚(对苯撑乙烯)(PPV)、聚(对苯撑乙烯)(PPV)、聚(2，5-二烷氧基-对-亚苯基)、聚(对-亚苯基)(PPP)、阶梯型聚(对-亚苯基)(LPPP)、聚(对-亚苯基)硫化物(PPS)、聚庚二炔(PHT)、聚(3-己基噻吩)(P3HT)之一。

耐用的高电导率合成织物构造物
技术领域
本发明涉及一种电导织物构造物，特别是一种同时具有所要求的物理性能并可有效耗散静电荷的导电织物构造物。
背景技术
目前，可供用以例如耗散静电的导电织物，掺有填载大量高电导率材料(例如碳黑或金属颗粒)的单丝。通常，这些导电材料分散于基质聚合物(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚酰胺)之中，或者掺于涂覆在定位单丝上的聚合物涂层中。
这些现有技术方法存在很多局限。第一，添加填充料制成单丝的电导率只在10^-4-10^-7S/cm范围内，这是有效耗散静电荷的最低要求。不利之处在于，此缺点会限制织物的设计选择，且同时降低织物性能。第二个缺点是，在制品采用经充分添加填充料的情形中，会损害单丝物理性能(例如：模量、韧性及伸展性)。这是由于具有超过20％的导电填充料混入造成较高掺杂而导致的。这种物理性能缺陷会进一步限制织物设计的选择，并且负面影响织物性能。导电织物现有技术方法的进一步缺点是，因较大量带有碳基涂层而造成耐磨性不良及粘附性较差。其结果是织物的耐用性以及耗散性能都受到影响。
其它现有技术导电织物包括结合导电涂层、金属线构造物、或在合成结构中掺有金属添加物纤维的组合设计。然而，这些织物也具有相关的缺点。例如：虽然这些现有设计能够耗散静电荷，但注意到很难制造这种具有金属线的构造物。另一缺点是此种以金属为主的织物很容易受损，且特别是在使用期间会产生不期望的凹痕及折痕。另一方面，现有技术的涂层设计耐用性不足，并会影响开放网眼结构的渗透性。
将导电性聚合物与织物结合可提供一种有潜力的解决上述问题的方法。就此而言，可使用的导电聚合物可以是聚合物本身或者复合聚合物的掺杂型式。此外，使用这些聚合物可得到高达到30-35×10³S/cm的电导率，此电导率只比铜的电导率低一个数量级。然而，除了足够的导电性之外，在使用温度下，该种聚合物在空气中必须是稳定的，从而在经过一段时间后，仍可保持其导电性。此外，导电性聚合物材料必须具有可加工性，并且对具体应用具有足够的机械性能。
发明内容
因此，本发明的主要目的是以这样的方式结合导电性聚合物，以制成耐用织物构造物。
本发明提供此目的以及其它目的。基于此，本发明涉及一种耐用的高电导率合成织物构造物。有利地，本发明涉及使用包含导电性聚合物材料的功能性单丝。其结果是：包含此种导电性单丝的合成织物具有与非导电性织物相当的物理性能，同时具有此前仅可由以金属为主的织物提供的静电耗散性能。继而，本发明织物构造物克服了金属织物设计相关的凹痕及折痕。
附图说明
因此，通过本发明可实现其目的及优点，结合附图，对本发明内容进行说明，其中：
图1是根据本发明教示的涂有导电性聚合物的瓣状单丝的剖面图。
具体实施方式
本发明较佳实施例将以工业织物(例如：可供用于以流体成网、熔喷、及/或纺粘加工制造的非织造织物)为对象进行描述。然而，必须注意的是，本发明也可应用于其它用于任一种要求耗散静电的“干式”加工(例如：通过传送介质)的工业织物。织物构造物包含：织造、非织造、螺旋连接、MD或CD纱线阵列、针织物、挤出网眼，以及由织造、非织造材料所构成的螺旋缠绕条带。这些织物可包含：单丝、捻合单丝、复丝或捻合复丝合成纱、以及可以是单层或多层或叠层。
现在更具体地参照附图，图1为剖面图，示出本发明提供的织物，其包括包含有导电性聚合物材料14的功能性纤维丝10。如此，将导电聚合物制成由纤维丝10承载的形式，虽然该导电聚合物本身通常不具有强度，但由于本发明采用以混合方式或涂层形式，与聚合物材料共同作用而结合该导电材料14，以获得制造耐用织物构造物所需的物理性能。有利地，掺入至少5％此种导电纤维丝10的织物会具有与非导电性织物相当的物理性能，同时具有此前仅可由以金属为主的织物提供的静电耗散性能。因此，具有此种纤维丝10的织物不易出现该等金属织物易产生的凹痕及折痕。
特别地，本发明在具有足够热稳定性的单丝12中掺有导电聚合物14作为掺入物。可选择地，本发明涵盖包含导电聚合物14并使用熔融挤出制成的双组份纤维。另一种选择是：如图1所例示的较佳实施例，其中导电聚合物14作为涂层施加于单丝12。这些技术包括(例如)：蘸涂、溶液喷涂、在定位单丝上分散、热喷涂或其它适合于该目的的方法。值得注意的是，至少有一类导电聚合物，聚苯胺，可供用以制造物理性能相当于聚酰胺的高导电纤维丝。因此，本发明提出直接在织物中使用此种导电纤维丝。
在剖面图图1所示的实施例中，提出以导电聚合物材料14涂覆瓣状单丝12。有利地，这会使该单丝在保持该单丝的物理及摩擦性能的同时，电导率增加至超过10^-3S/cm(较佳是超过10³S/cm)。另一优点是：该单丝12的表面16具有多个沿其长度延伸地C型凹槽18，这些凹槽18可以在单丝12挤出期间产生。因此，在单丝12与填充该凹槽18的聚合物材料14之间形成机械互锁。从而，此种构造可降低聚合物14对单丝12粘附性的要求。另一优点是：此种配置可容许即使在单丝12被磨损时，也可遮蔽并保护聚合物材料14，并同时使高导电聚合物14持续在表面16露出。此外，导电聚合物14的保护性配置可降低因聚合物的较低抗磨损性及物理性能所造成的影响。再者，除了如图1所示的圆形之外，单丝12亦可明显地具有一种非圆形横截面形状，例如：矩形、方形、梯形、椭圆形、卵形、锥形、星形、或其它适合供用于该目的的非圆形形状。
本发明尚有另一个优点是：导电聚合物14的组成重量百分比可以仅为该纤维丝10的10％或更低。从而在有效耗散静电的同时，保持较低的织物制造成本。基于此，可使用的导电聚合物14群组包含：聚乙炔(PA)、聚噻吩(PT)、聚(3-烷基噻吩)(P3AT)、聚吡咯(Ppy)、聚异硫茚(PITN)、聚(乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、烷氧基取代的聚(对苯撑乙烯)(PPV)、聚(对苯撑乙烯)(PPV)、聚(2，5-二烷氧基-对-亚苯基)、聚(对-亚苯基)(PPP)、阶梯型聚(对-亚苯基)(LPPP)、聚(对-亚苯基)硫化物(PPS)、聚庚二炔(PHT)、聚(3-己基噻吩)(P3HT)、聚苯胺(PANI)。
因此，通过本发明可实现其目的及优点，虽然本文详细披露描述了较佳实施例，但本发明的范围和目的并不受限于此；本发明范围应由所附权利要求限定。