一種鍍鎳芳香族聚酰胺纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種鍍鎳芳香族聚酰胺纖維的制備方法。該工藝通過(guò)化學(xué)鍍方法在芳香族聚酰胺纖維表面鍍覆金屬導(dǎo)電薄層，從而賦予纖維抗靜電及導(dǎo)電功能，同時(shí)保留了纖維的輕質(zhì)高強(qiáng)、耐熱阻燃，手感柔軟等固有特性，是一種新型復(fù)合材料。可廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海、軍工、醫(yī)療等特種領(lǐng)域，用作個(gè)體防護(hù)的電磁屏蔽材料和輕質(zhì)導(dǎo)電材料。
【背景技術(shù)】
[0002]芳香族聚酰胺纖維簡(jiǎn)稱芳纟侖纖維，英文為Aramid fiber，最先由美國(guó)杜邦公司研制，是一種新型高科技合成纖維，具有超高強(qiáng)度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優(yōu)良性能，其強(qiáng)度是鋼絲的5?6倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的2?3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量?jī)H為鋼絲的1/5左右，在560度的溫度下，不分解，不熔化。它具有良好的絕緣性和抗老化性能，具有很長(zhǎng)的生命周期。芳綸及其復(fù)合材料已廣泛用于航空航天和軍事用途，如波音757、767等飛機(jī)的殼體、防彈衣、防彈背心、頭盔、航天加壓服裝、高強(qiáng)度降落傘、導(dǎo)彈殼體材料、特種纜線、火箭殼體、航天飛機(jī)貯能罐和其他高壓容器等。芳綸的發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為是材料界一個(gè)非常重要的歷史進(jìn)程，因此被稱為“夢(mèng)的纖維”。
[0003]但芳綸纖維同其它高分子材料一樣，其良好的電絕緣性和介電性能，限制了芳綸纖維在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，賦予芳綸纖維導(dǎo)電性的方法主要有磁控濺射、共混紡絲、化學(xué)鍍等方法。專利CN 103668944 A講述了一種芳綸鍍銀導(dǎo)電纖維的制備方法，但其制備過(guò)程中采用粗化方法破壞了纖維的表皮結(jié)構(gòu)，損壞了纖維的力學(xué)性能，且沉積的鍍層與纖維的結(jié)合力較差，容易脫落，且鍍層的穩(wěn)定性很差，易氧化，導(dǎo)電性會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。
[0004]目前國(guó)內(nèi)導(dǎo)電纖維多以滌給，尼龍，棉纖維等為基底。以芳綸纖維為基底的導(dǎo)電纖維鮮有報(bào)道，且存在很多缺陷，鍍層與纖維基體的結(jié)合力很差，尚未有性能優(yōu)異的工業(yè)化產(chǎn)品面世。國(guó)外僅有美國(guó)杜邦公司掌握生產(chǎn)該類產(chǎn)品的核心技術(shù)。
[0005]本專利采用化學(xué)鍍方法制備鍍鎳導(dǎo)電芳綸纖維，鍍鎳導(dǎo)電芳綸纖維如圖1所示。與國(guó)內(nèi)已有的關(guān)于導(dǎo)電芳綸纖維的報(bào)道相比，本專利所采用的方法不僅在工藝上操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，且獲得的鍍層與纖維基體的結(jié)合力強(qiáng)，鍍層的性質(zhì)穩(wěn)定，耐磨性、耐蝕性好。所制備的鍍鎳導(dǎo)電芳綸纖維導(dǎo)電性能優(yōu)異，在電磁屏蔽領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的之一是提供一種鍍鎳芳香族聚酰胺纖維。
[0007]本發(fā)明目的之二是提供一種鍍鎳芳香族聚酰胺纖維的制備方法。
[0008]本發(fā)明通過(guò)對(duì)基體纖維(芳香族聚酰胺纖維)先進(jìn)行清洗除油處理，除去纖維在加工過(guò)程中所吸附的油劑和表面污垢；除油后，對(duì)纖維表面進(jìn)行預(yù)處理，使纖維溶脹，增大纖維表面積和潤(rùn)濕性，并在表面吸附一層還原后具有催化活性的金屬離子，改善纖維基體和后續(xù)鍍層的結(jié)合牢度；將預(yù)處理后的纖維放入還原劑的溶液中浸漬，使吸附在纖維表面的金屬離子被還原成金屬顆粒，該金屬顆粒層可以作為纖維和后續(xù)鍍層間的錨接點(diǎn)，同時(shí)也具有催化的功能；然后在纖維的表面化學(xué)鍍鎳，最終得到一種鍍鎳芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維。
[0009]本發(fā)明一種鍍鎳芳香族聚酰胺纖維的制備方法，其特征在于具有如下的過(guò)程和步驟:
a.洗滌及除油:將芳香族聚酰胺纖維放入丙酮中，超聲波清洗40?80min后取出，用去離子水漂洗干凈；
b.預(yù)處理，將除油后的纖維放入預(yù)處理液，預(yù)處理液中鹽的濃度為5?50g/L處理溫度為30?100 °(:下，浸漬I?4 h后取出，用去離子水漂洗干凈；
c.還原:將預(yù)處理后的纖維放入5~25g/L還原劑硼氫化鈉水溶液或硼氫化鉀水溶液中浸漬，在20?50 °(:下，浸漬20?60 min后取出；
d.化學(xué)鍍鎳:
鍍鎳液用下列物質(zhì)和水配制而成，反應(yīng)液中各物質(zhì)的含量為:
硫酸鎳15?40g/L
次亞磷酸鈉(還原劑)10?20 g/L
二甲氨基硼烷(還原劑)3?10g/L
檸檬酸鈉(絡(luò)合劑)20?30 g/L
氨水(PH調(diào)節(jié)劑)5?15ml/L
將還原后的芳纟侖纖維浸入鍍鎳液中，40?80 °0下，反應(yīng)0.5?I h后取出，用去離子水漂洗干凈，置于干燥箱中干燥30 min,得到表面均勻鍍覆有鎳的芳香族聚酰胺纖維，SP導(dǎo)電芳綸纖維。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明的鍍鎳芳香族聚酰胺纖維的SM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ] 現(xiàn)將本發(fā)明的實(shí)施例敘述于后。
[0012]實(shí)施例1
本實(shí)施例的具體過(guò)程和步驟如下所述:
(I)除油:將聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維(PPTA)放入丙酮溶液中，超聲波清洗60 min后取出，用去離子水漂洗干凈。
[0013](2)預(yù)處理:將纖維浸入含5 g/L硫酸鈷的二甲亞砜的水溶液中，其中二甲亞砜的體積濃度為30%，50 °C下浸泡Ih后取出。
[0014](3)還原:將預(yù)處理后的纖維放入15g/L硼氫化鈉溶液中進(jìn)行還原處理，溫度為20°C,60 min后取出。
[0015](4)化學(xué)鍍鎳:將還原后的纖維放入鍍鎳溶液中，化學(xué)鍍鎳液組成為:硫酸鎳40g/L，次亞磷酸鈉10 g/L，二甲氨基硼烷10g/L，檸檬酸鈉30 g/L，氨水15ml/L，鍍液溫度為40°C，施鍍時(shí)間0.5h0
[0016]實(shí)施例2
本實(shí)施例的具體過(guò)程和步驟如下所述:
(I)除油:將聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維(PPTA)放入丙酮溶液中，超聲波清洗40 min后取出，用去離子水漂洗干凈。
[0017](2)預(yù)處理:將纖維浸入含30 g/L硝酸鈷的二甲亞砜和N-甲基吡咯烷酮的水溶液中，其中二甲亞砜體積濃度為20%，N-甲基吡咯燒酮的體積濃度為10%，100°C下浸泡4h后取出。
[0018](3)還原:將預(yù)處理后的纖維放入5g/L硼氫化鉀溶液中進(jìn)行還原處理，溫度為50°C, 30 min后取出。
[0019](4)化學(xué)鍍鎳:將還原后的纖維放入鍍鎳溶液中，化學(xué)鍍鎳液組成為:硫酸鎳15g/L，次亞磷酸鈉20 g/L, 二甲氨基硼烷3g/L，檸檬酸鈉20 g/L,氨水5ml/L，鍍液溫度為60°C，施鍍時(shí)間Ih。
[0020]實(shí)施例3
本實(shí)施例的具體過(guò)程和步驟如下所述:
(I)除油:將聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維(PPTA)放入丙酮溶液中，超聲波清洗SOmin后取出，用去離子水漂洗干凈。
[0021](2)預(yù)處理:將纖維浸入含50g/L氯化鈷的二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺的水溶液中，其中二甲基甲酰胺的體積濃度為15%，二甲基乙酰胺的體積濃度為15%，30 °C下浸泡2h后取出。
[0022](3)還原:將預(yù)處理后的纖維放入25g/L硼氫化鈉溶液中進(jìn)行還原處理，溫度為35°C, 20 min后取出。
[0023](4)化學(xué)鍍鎳:將還原后的纖維放入鍍鎳溶液中，化學(xué)鍍鎳液組成為:硫酸鎳25g/L，次亞磷酸鈉15 g/L，二甲氨基硼烷6g/L，檸檬酸鈉25 g/L,氨水10ml/L，鍍液溫度為80°C，施鍍時(shí)間Ih。
[0024]實(shí)施例4
本實(shí)施例的具體過(guò)程和步驟如下所述:
(I)除油:將聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維(PPTA)放入丙酮溶液中，超聲波清洗60min后取出，用去離子水漂洗干凈。
[0025](2)預(yù)處理:將纖維浸入含30g/L硝酸銀的二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲亞砜三者混合物的水溶液中，其中二甲基甲酰胺的體積濃度為10%，N-甲基吡咯烷酮的體積濃度為10%，二甲亞砜的體積濃度為10%，50 °C下浸泡2h后取出。
[0026](3)還原:將預(yù)處理后的纖維放入25g/L硼氫化鈉溶液中進(jìn)行還原處理，溫度為35°C, 20 min后取出。
[0027](4)化學(xué)鍍鎳:將還原后的纖維放入鍍鎳溶液中，化學(xué)鍍鎳液組成為:硫酸鎳25g/L，次亞磷酸鈉15 g/L，二甲氨基硼烷8g/L，檸檬酸鈉25 g/L,氨水10ml/L，鍍液溫度為80°C，施鍍時(shí)間Ih。
[0028]實(shí)施例5
本實(shí)施例的具體過(guò)程和步驟如下所述:
(I)除油:將聚間苯二甲酰間苯二胺纖維(PMIA)放入丙酮溶液中，超聲波清洗30min后取出，用去離子水漂洗干凈。
[0029](2)預(yù)處理:將除油后纖維浸入含20g/L醋酸銀的N-甲基吡咯烷酮和二甲亞砜混合物的水溶液中，其中N-甲基吡咯烷酮的體積濃度為15%，二甲亞砜的體積濃度為15%，50°C下浸泡Ih后取出。
[0030](3)還原:將預(yù)處理后的纖維放入10g/L硼氫化鉀溶液中進(jìn)行還原處理，溫度為30°C, 20 min后取出。
[0031](4)化學(xué)鍍鎳:將還原后的纖維放入鍍鎳溶液中，化學(xué)鍍鎳液組成為:硫酸鎳25g/L，次亞磷酸鈉15 g/L，二甲氨基硼烷8g/L，檸檬酸鈉25 g/L,氨水10ml/L，鍍液溫度為80°C，施鍍時(shí)間Ih。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鍍鎳芳香族聚酰胺纖維的制備方法，其特征在于具有如下的過(guò)程和步驟: a.洗滌及除油:將芳香族聚酰胺纖維放入丙酮中，超聲波清洗40?80min后取出，用去離子水漂洗干凈； b.預(yù)處理，使纖維溶脹，增大纖維表面積和潤(rùn)濕性，并在表面吸附一層還原后具有催化活性的金屬離子，以改善纖維基體和后續(xù)鍍層的結(jié)合牢度； c.還原:將預(yù)處理后的纖維放入5~25g/L還原劑硼氫化鈉水溶液或硼氫化鉀水溶液中浸漬，在20?50 °(:下，浸漬20?60 min后取出； d.化學(xué)鍍鎳: 鍍鎳液用下列物質(zhì)和水配制而成，反應(yīng)液中各物質(zhì)的含量為: 硫酸鎳15?40g/L 次亞磷酸鈉(還原劑)10?20 g/L 二甲氨基硼烷(還原劑)3?10g/L 檸檬酸鈉(絡(luò)合劑)20?30 g/L 氨水(PH調(diào)節(jié)劑)5?15ml/L 將還原后的芳纟侖纖維浸入鍍鎳液中，40?80 °0下，反應(yīng)0.5?I h后取出，用去離子水漂洗干凈，置于干燥箱中干燥30 min,得到表面均勻鍍覆有鎳的芳香族聚酰胺纖維，SP導(dǎo)電芳綸纖維。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍍鎳芳香族聚酰胺纖維的制備方法，其特征在于所述芳香族聚酰胺纖維為聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維(PPTA)和聚間苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維(PMIA)03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍍鎳芳香族聚酰胺纖維的制備方法，其特征在于步驟b預(yù)處理過(guò)程為:將除油后的纖維放入預(yù)處理液中，其中預(yù)處理液中鹽的濃度為5?50g/L，在30?100 °(:下，浸漬I?4 h后取出，用去離子水漂洗干凈。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)處理液，其特征在于預(yù)處理液中鹽的成分為氟化鈷、氯化鈷、溴化鈷、硫酸鈷、硝酸鈷等鈷鹽，以及硝酸銀、醋酸銀等銀鹽。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)處理液，其特征在于預(yù)處理液中溶劑的成分為N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲亞砜和二甲基甲酰胺等一種或幾種混合物的水溶液。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鍍鎳芳香族聚酰胺纖維的制備方法，具體包括如下步驟：(a)洗滌及除油；(b)采用預(yù)處理試劑對(duì)纖維表面進(jìn)行預(yù)處理，使纖維溶脹，表面吸附一層還原后具有催化活性的金屬離子，增大纖維表面積和潤(rùn)濕性；(c)還原；(d)化學(xué)鍍鎳。本發(fā)明制備的鍍鎳芳香族聚酰胺纖維，兼具優(yōu)異的導(dǎo)電性能和耐熱、阻燃、輕質(zhì)、高強(qiáng)等特性，且鎳鍍層的耐磨性、抗腐蝕性能優(yōu)良。該鍍鎳?yán)w維可用于制備抗靜電和電磁屏蔽織物，以及特種電纜的屏蔽層及導(dǎo)體材料。因此，可廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍工、通訊等特殊部門；也可以滿足從事雷達(dá)、醫(yī)療和電視轉(zhuǎn)播等工作人員的個(gè)體防護(hù)需求。
【IPC分類】C23C18/36, D06M101/36, C23C18/20, D06M11/83
【公開號(hào)】CN105133301
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510568766
【發(fā)明人】白瑞成, 龐宏偉, 唐志勇, 邵勤思, 張濤, 李愛軍
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月9日