本發(fā)明涉及防靜電功能紡織品，尤其是涉及一種導(dǎo)電纖維復(fù)合防靜電鞋套及制備工藝。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有防靜電鞋套普遍采用導(dǎo)電纖維或防靜電添加劑局部填充的方式構(gòu)建導(dǎo)電路徑，其導(dǎo)電結(jié)構(gòu)往往局限于鞋面或鞋底的某一層面，缺乏對鞋套整體電性通路的系統(tǒng)化設(shè)計。這種單一或分散的導(dǎo)電布局無法形成從人體接觸區(qū)域至接地面的完整導(dǎo)通路徑，在使用過程中極易因步態(tài)變化、結(jié)構(gòu)彎折或局部磨損而導(dǎo)致導(dǎo)電中斷，嚴重影響其靜電釋放效果。此外，為滿足柔性穿戴需求，現(xiàn)有鞋套材料多采用彈性基體或纖維織物，但這類材料之間在力學(xué)性能、界面粘附性及導(dǎo)電能力上存在顯著差異，直接制約了多層結(jié)構(gòu)間的協(xié)調(diào)融合，進而影響整體功能輸出的穩(wěn)定性與連續(xù)性。

2、另一方面，傳統(tǒng)制備工藝多采用簡單疊合或點狀粘結(jié)方式將功能材料組合在一起，缺乏有效的界面設(shè)計與過渡層構(gòu)建手段，容易出現(xiàn)層間剝離、電性斷觸及表面結(jié)構(gòu)破壞等問題，尤其在高頻動態(tài)載荷或潮濕環(huán)境下更易加劇功能失效。而在保護性能方面，現(xiàn)有鞋套多采用物理噴涂涂層作為耐磨增強手段，但受限于固化程度不足或表面附著力不高，常出現(xiàn)防護層龜裂、脫落或快速磨耗，導(dǎo)致其長期使用可靠性難以保障。

3、因此，本發(fā)明提出一種導(dǎo)電纖維復(fù)合防靜電鞋套及制備工藝，來解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)電纖維復(fù)合防靜電鞋套及制備工藝，解決了防靜電鞋套導(dǎo)電路徑不連續(xù)、界面結(jié)合不穩(wěn)定及耐磨性能差的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種導(dǎo)電纖維復(fù)合防靜電鞋套，包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：

3、聚酰胺：95–98份；

4、多壁碳納米管：0.5–2.5份；

5、導(dǎo)電前體微膠囊：0.5–2.0份；

6、聚氨酯防護涂層：2–5份；

7、石墨烯：10–15份；

8、天然橡膠：85–90份；

9、彈性導(dǎo)電膠體：2–5份。

10、優(yōu)選的，所述聚酰胺為粒徑為50–100μm的尼龍6切片；所述多壁碳納米管為直徑為10–20nm、長度為1–10μm的粉體材料。

11、聚酰胺作為主要基體材料，選用粒徑為50–100μm的尼龍6切片，其在加工過程中具備良好的熔融流動性及成纖性能，為構(gòu)建功能性導(dǎo)電復(fù)合纖維提供基礎(chǔ)。通過對聚酰胺基體的物理尺寸設(shè)定，有助于保證纖維在后續(xù)熔融紡絲中的連續(xù)性與穩(wěn)定性，同時在成纖后具備均勻的界面結(jié)構(gòu)；

12、導(dǎo)電增強組分多壁碳納米管選用粒徑為10–20nm、長度1–10μm的納米尺度粉體。碳納米管能夠在高剪切共混條件下較好地分散于聚酰胺基體中，形成面向三維網(wǎng)絡(luò)方向的導(dǎo)電路徑布局。納米管的高長徑比不僅為微尺度載流網(wǎng)絡(luò)提供構(gòu)型支撐，也利于纖維拉伸過程中的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向分布，使其既能嵌入基體，又能與表面形成半穿透導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

13、優(yōu)選的，所述導(dǎo)電前體微膠囊的芯材由pedot與三氯化鐵按摩爾比1：2混合構(gòu)成，壁材為由聚脲與聚氨酯形成的雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)；所述聚氨酯防護涂層由異氰酸酯預(yù)聚體與端羥基聚醚通過加成聚合反應(yīng)形成。

14、導(dǎo)電前體微膠囊其芯材由pedot單體與三氯化鐵按摩爾比1：2配置而成。有利于保證氧化劑的量滿足后續(xù)在破裂條件下完成氧化聚合反應(yīng)所需，同時具備相對穩(wěn)定的包覆環(huán)境，便于長期儲存。

15、壁材采用聚脲與聚氨酯構(gòu)成雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，內(nèi)層聚脲具備較高的成膜致密性與熱力學(xué)穩(wěn)定性，外層聚氨酯提供柔韌與延展性，使微膠囊在紡織基材中受力時具備應(yīng)力觸發(fā)響應(yīng)能力。該雙層包覆策略不但保證了芯材在環(huán)境中的封裝安全性，也賦予微膠囊“延遲破裂—局部釋放”的功能邏輯，是構(gòu)建自修復(fù)能力的核心單元。

16、在整體結(jié)構(gòu)中，這些微膠囊分布于中層導(dǎo)電織物的應(yīng)力集中區(qū)，在行走或壓迫過程中受載局部破裂，釋放出芯材pedot與fe3+，借助空氣或水分中氧氣介導(dǎo)的氧化過程實現(xiàn)聚合反應(yīng)，局部生成具有導(dǎo)電性的pedot網(wǎng)絡(luò)層，進而在物理斷裂或電阻突變區(qū)域完成電導(dǎo)路徑的自組裝重建。

17、優(yōu)選的，所述石墨烯為單層或少層的片狀結(jié)構(gòu)，粒徑為1–5μm，厚度為1–10nm；所述天然橡膠為干膠狀態(tài)的煙膠片；所述彈性導(dǎo)電膠體由硅基彈性體與碳粉按質(zhì)量比80：20混合形成，所述碳粉的粒徑為20–100nm。

18、鞋套的底層結(jié)構(gòu)采用石墨烯與天然橡膠共混成型，以構(gòu)建整體的導(dǎo)電彈性基底。所選石墨烯為單層或少層的二維片狀結(jié)構(gòu)，粒徑控制在微米級別，厚度控制在納米尺度，可在橡膠基體中形成面向二維方向展開的電荷遷移路徑，并提高整體界面間電荷耦合密度。片狀石墨烯具有優(yōu)異的界面兼容性，可通過機械混煉在天然橡膠分子鏈間形成穩(wěn)定分布態(tài)，提升橡膠底層的電荷攜帶能力。

19、天然橡膠部分選用干膠狀態(tài)的煙膠片，具備良好的彈性與模壓成型性能，保證鞋底在使用過程中的韌性與回彈性能，同時作為石墨烯的載體，維持其在壓縮、回彈等形變過程中的導(dǎo)電連續(xù)性。在鞋底與中層之間設(shè)置彈性導(dǎo)電膠體，采用硅基彈性體與碳粉按質(zhì)量比80：20混合形成，碳粉粒徑控制在20–100nm，使其既具備一定的填充體積，又能在壓合界面間構(gòu)建可重復(fù)形變的電子通路。

20、本發(fā)明還提供一種導(dǎo)電纖維復(fù)合防靜電鞋套的制備工藝，所述制備工藝包括以下步驟：

21、s1、制備導(dǎo)電前體微膠囊，包括將pedot單體與氧化劑組成的核心液經(jīng)乳液聚合法包覆形成聚脲與聚氨酯的雙層殼結(jié)構(gòu)，干燥后備用；

22、s2、制備導(dǎo)電復(fù)合纖維，包括將經(jīng)表面改性的多壁碳納米管與聚酰胺共混，采用熔融紡絲方式制得復(fù)合纖維，經(jīng)牽伸與熱定型處理得到導(dǎo)電纖維材料；

23、s3、構(gòu)建中層導(dǎo)電織物結(jié)構(gòu)，包括將微膠囊分散液噴涂于導(dǎo)電復(fù)合纖維布表面，定位于足底區(qū)域，經(jīng)熱壓處理形成中層復(fù)合導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，同時在中層與鞋底之間構(gòu)建導(dǎo)電膠體界面層；

24、s4、制備導(dǎo)電橡膠鞋底，包括將石墨烯與天然橡膠共混、混煉、硫化，形成具有導(dǎo)電性能的彈性鞋底結(jié)構(gòu)；

25、s5、構(gòu)建鞋套整體結(jié)構(gòu)，包括在中層織物表面形成聚氨酯防護涂層，并將中層與鞋底通過熱壓方式貼合，完成導(dǎo)電纖維復(fù)合防靜電鞋套的整體組裝。

26、聚氨酯防護涂層作為上層織物的功能外殼結(jié)構(gòu)，是多功能復(fù)合特性的重要體現(xiàn)，聚氨酯防護涂層由異氰酸酯預(yù)聚體與端羥基聚醚通過加成聚合反應(yīng)形成，具備良好的成膜性與界面附著性能。

27、彈性導(dǎo)電膠體設(shè)置于中層與鞋底之間，其功能不僅限于導(dǎo)電，也承擔(dān)起不同層次之間的緩沖耦合任務(wù)。硅基彈性體部分提供界面柔順貼合力學(xué)性能，碳粉為電子遷移介質(zhì)，兩者結(jié)合后構(gòu)建起中底與下底之間的導(dǎo)電通路，有效降低中層微膠囊與鞋底石墨烯層之間因?qū)娱g接觸不良造成的電阻突變。

28、在材料協(xié)同機制中，聚酰胺/碳納米管導(dǎo)電纖維構(gòu)成主導(dǎo)電通道，導(dǎo)電前體微膠囊為修復(fù)冗余電路提供預(yù)置結(jié)構(gòu)，石墨烯橡膠底層與導(dǎo)電膠體界面層完成接觸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，外層聚氨酯涂層則實現(xiàn)物理保護。各組分之間構(gòu)建了一套材料–結(jié)構(gòu)–功能遞進式集成框架，成為實現(xiàn)柔性電導(dǎo)–響應(yīng)修復(fù)–物理保護協(xié)同設(shè)計目標(biāo)的核心。

29、優(yōu)選的，所述步驟s1制備導(dǎo)電前體微膠囊的步驟包括：

30、將pedot單體與三氯化鐵按摩爾比1∶2混合，配置為質(zhì)量分數(shù)為10-15的水相溶液作為核心液；

31、將核心液在環(huán)己烷中分散形成油包水乳液體系，所述環(huán)己烷中含有span-80和聚氨酯預(yù)聚體，乳化條件為溫度35-45℃、剪切速度10000-12000rpm、時間5-10min；

32、在乳化體系中滴加聚脲前驅(qū)體，控制反應(yīng)時間為60-90min，使核心液被包覆形成聚脲與聚氨酯雙層殼結(jié)構(gòu)的微膠囊；

33、所制得微膠囊粒徑為10-50μm，經(jīng)真空干燥處理24小時后備用。

34、優(yōu)選的，所述步驟s2制備導(dǎo)電復(fù)合纖維的步驟包括：

35、將多壁碳納米管以1wt％的十二烷基苯磺酸鈉溶液進行超聲分散，獲得分散液后進行干燥；將干燥后的多壁碳納米管與聚酰胺按照質(zhì)量比0.5-2.5：95-98進行共混，所述共混溫度為150-170℃，進行熔融共混；

36、在230-240℃的溫度下進行熔融紡絲，紡絲所得復(fù)合纖維的直徑為10-30μm，纖維牽伸比為3-5倍；

37、進行120-150℃的熱定型處理，定型時間為1-2min。

38、優(yōu)選的，所述步驟s3構(gòu)建中層導(dǎo)電織物結(jié)構(gòu)的步驟包括：

39、所得的導(dǎo)電前體微膠囊配置為質(zhì)量分數(shù)為5-10的乙醇水混合分散液，所述分散液按間距1-2厘米的網(wǎng)格方式噴涂在所制得的導(dǎo)電復(fù)合纖維布表面，噴涂區(qū)域位于足底受壓部位；

40、噴涂后在溫度70-90℃、壓力0.2-0.4mpa的條件下熱壓處理，熱壓時間為1-3min，使微膠囊穩(wěn)定嵌附于中層織物中；

41、在中層織物與鞋底之間設(shè)置導(dǎo)電界面層，所述界面層由質(zhì)量分數(shù)為10-20的碳粉加入硅基彈性體形成，采用刮涂方式施加于接觸界面，涂層厚度為50-200μm，并于室溫或在70℃下固化30min。

42、優(yōu)選的，所述步驟s4制備導(dǎo)電橡膠鞋底的步驟包括：

43、將石墨烯粉體與天然橡膠按照質(zhì)量比10-15比85-90進行預(yù)混合，采用開煉或密煉方式在60-80℃下進行混煉，混煉時間為20-30min，直至石墨烯均勻分散于橡膠基體中；

44、將混煉后的導(dǎo)電橡膠膠料置于模具中，采用溫度160-180℃、時間8-15min的模壓硫化工藝進行成型，所得鞋底厚度為2-5毫米。

45、優(yōu)選的，所述步驟s5構(gòu)建鞋套整體結(jié)構(gòu)的步驟包括：

46、所構(gòu)建的中層導(dǎo)電復(fù)合織物表面噴涂質(zhì)量分數(shù)為5-15的聚氨酯水性預(yù)聚體，噴涂后于室溫條件下干燥10-30min，再于溫度80℃下進行熱處理10min，形成均勻連續(xù)的聚氨酯防護涂層；

47、將經(jīng)制得的導(dǎo)電橡膠鞋底與所述中層結(jié)構(gòu)進行貼合，貼合工藝為在130-150℃的溫度下、0.3-0.5mpa的壓力條件下熱壓，熱壓時間為3-5min。

48、綜上所述，本發(fā)明包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

49、1.本發(fā)明通過構(gòu)建由導(dǎo)電織物、中間導(dǎo)電膠體層與底層石墨烯橡膠層組成的多層柔性復(fù)合結(jié)構(gòu)，有效實現(xiàn)了從鞋面至鞋底的縱向?qū)щ娡愤B續(xù)性，解決了傳統(tǒng)鞋套結(jié)構(gòu)中導(dǎo)電路徑不完整、接地不良的問題，為實現(xiàn)快速靜電釋放提供了可靠物理通道。

50、2.本發(fā)明采用具有二維片層結(jié)構(gòu)的石墨烯作為底層導(dǎo)電填料，結(jié)合彈性橡膠基體，實現(xiàn)底面區(qū)域?qū)щ娋W(wǎng)絡(luò)的面狀分布，顯著提升了鞋底的整體導(dǎo)電均勻性。該結(jié)構(gòu)突破了常規(guī)顆粒填料導(dǎo)通路徑離散、分布不連續(xù)的限制，體現(xiàn)出導(dǎo)電組合物在結(jié)構(gòu)構(gòu)建上的協(xié)同優(yōu)化。

51、3.本發(fā)明通過在中層導(dǎo)電織物與底層之間引入柔性導(dǎo)電膠體，本發(fā)明建立了兼具柔性緩沖與電性連接功能的橋接層，有效解決多層材料因壓彎形變造成的斷觸問題。該構(gòu)造不僅保障了動態(tài)環(huán)境下的導(dǎo)電連續(xù)性，也體現(xiàn)出材料間耦合設(shè)計的系統(tǒng)性創(chuàng)新。

52、4.本發(fā)明通過在表面保護方面，本發(fā)明利用熱固化聚氨酯涂層增強鞋套的耐磨性能和使用壽命。該涂層在熱處理下形成致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不僅起到有效的防護作用，還強化了與底層復(fù)合基材的粘附強度，是制備工藝中對結(jié)構(gòu)耐久性與功能完整性兼顧的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

53、5.本發(fā)明的制備工藝采用多段次集成噴涂與熱處理結(jié)合的工藝路徑，實現(xiàn)了不同功能材料間的有序構(gòu)筑與界面協(xié)同粘結(jié)，避免傳統(tǒng)濕法或簡單疊合方式中存在的分層、脫落和電性不連續(xù)問題，體現(xiàn)了工藝流程在適應(yīng)柔性結(jié)構(gòu)復(fù)雜需求方面的高度匹配性與工程可實施性。