本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維的制備方法，屬于玻璃纖維技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

玻璃纖維是無(wú)機(jī)非金屬材料中的一種新型功能材料和結(jié)構(gòu)材料。由于它具有不燃性、耐高溫、抗腐蝕、強(qiáng)度高、密度小、吸濕低及延伸小等一系列優(yōu)異特性，已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)以及電子、通訊、核能、航空、航天、兵器、艦艇及海洋開發(fā)、遺傳工程等高新科技產(chǎn)業(yè)，成為21世紀(jì)人類不可缺少的可持續(xù)發(fā)展的高新技術(shù)材料。近年來(lái)，許多研究者嘗試通過(guò)現(xiàn)代化學(xué)、物理等方法改性玻璃纖維，制備導(dǎo)電玻璃纖維作為高分子復(fù)合材料的導(dǎo)電填料的材料，用于解決電磁波污染問(wèn)題。化學(xué)鍍作為材料表面金屬化處理技術(shù)，已經(jīng)成為制備導(dǎo)電玻璃纖維常用的技術(shù)之一，但是傳統(tǒng)的玻璃纖維化學(xué)鍍因其施鍍過(guò)程中需要對(duì)基體進(jìn)行粗花、敏化、活化處理，不僅工藝復(fù)雜，而且活化過(guò)程中需要的重金屬鈀價(jià)格昂貴，這些都限制了化學(xué)鍍法制備導(dǎo)電玻璃纖維的進(jìn)一步發(fā)展。

鍍金屬導(dǎo)電層的情況下，金屬中導(dǎo)電率較高的有Ag、Cu、Al、Ni，但由于銀將導(dǎo)致鍍膜成本過(guò)高所以限制了其應(yīng)用；鍍銅、鋁玻璃纖維具有較好的導(dǎo)電性能，但放置一段時(shí)間或經(jīng)熱處理后其導(dǎo)電性急劇下降；這是由于新制備的銅、鋁鍍層具有較高的表面靜電吸塵性能和氧化性能，容易從周圍環(huán)境中吸收雜質(zhì)或被氧化形成氧化層影響導(dǎo)電性；鍍鎳層不像鍍銅、鋁層容易氧化，但是鎳的電導(dǎo)率較低；總之，鍍金屬的工藝過(guò)程很復(fù)雜，并且價(jià)格昂貴；同時(shí)，玻璃纖維表面鍍上金屬后，經(jīng)摩擦和洗滌后導(dǎo)電物質(zhì)易剝落，耐磨性和耐洗滌性差，導(dǎo)致玻璃纖維的力學(xué)性能降低，影響了玻璃纖維的使用性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)傳統(tǒng)制備導(dǎo)電纖維通常采用化學(xué)鍍，在玻璃纖維表面鍍上金屬后，經(jīng)摩擦和洗滌后導(dǎo)電物質(zhì)易剝落，耐磨性和耐洗滌性差，導(dǎo)致纖維的力學(xué)性能降低，影響玻璃纖維使用性能的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用石英砂和鈣長(zhǎng)石作為基料，通過(guò)高溫熔融混合后，使用硫酸溶液溶解，形成介孔二氧化硅，隨后通過(guò)添加表面活性導(dǎo)向劑及氯化銅結(jié)晶助劑，在高溫高壓下形成的硫酸鈣晶須結(jié)合銅離子負(fù)載于介孔二氧化硅內(nèi)部，提高力學(xué)性能及導(dǎo)電性，最后與氧化鋁等原料及助劑混合，制備得高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維，本發(fā)明制備的高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維力學(xué)性能高，耐磨性和耐洗滌性高，導(dǎo)電性能好。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案是：

（1）按質(zhì)量比2:3～2:5，取石英砂和鈣長(zhǎng)石混合均勻，放入感應(yīng)爐中，設(shè)定溫度為1750～1780℃，保溫熔融40～50min，自然冷卻至室溫，收集感應(yīng)爐中的熔融混合物，放入球磨機(jī)中，向球磨機(jī)中加入熔融混合物質(zhì)量4～6倍的直徑為50mm的鋼球，以300r/min球磨2～3h，再對(duì)球磨混合物過(guò)200目篩，收集過(guò)篩顆粒；

（2）按質(zhì)量比1:3，將上述過(guò)篩顆粒與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75％的硫酸溶液放入容器中，并將容器置于超聲波震蕩器中，設(shè)定頻率為2.0～2.2MHz，震蕩30～40min，再分別向容器中加入上述過(guò)篩顆粒質(zhì)量5～8％的十八烷基三甲基溴化銨及上述過(guò)篩顆粒質(zhì)量4～6％的氯化銅，繼續(xù)震蕩1～2h；

（3）在上述震蕩結(jié)束后，將容器中的混合物與混合物質(zhì)量1～2倍的水放入反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度為145～150℃，壓力為1.1～1.3MPa，以100r/min攪拌9～10h，隨后降壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，趁熱出料，收集出料物并趁熱過(guò)濾，將濾渣放入300℃干燥箱中干燥2～3h，收集干燥物；

（4）按重量份數(shù)計(jì)，取50～60份上述干燥物、20～25份氧化鋁、12～15份硼砂、7～9份水、4～7份氧化鋯、3～5份氧化鋰及1～4份硫酸鋇，放入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，收集混合料，將混合料放入模具中，并將模具置于熔煉爐，設(shè)定溫度為1300～1350℃，熔融3～6h，隨后將坩堝取出，再將坩堝中的熔融物放入拉絲機(jī)中，設(shè)定拉絲機(jī)溫度為1200～1250℃，以1200r/min進(jìn)行拉絲，收集拉絲物，即可得高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維。

經(jīng)檢測(cè)本發(fā)明制備的高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維得：電阻率為0.69～1.23×10^-4Ω·cm，150℃處理本發(fā)明制備的高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維15min，電阻率為1.19～2.16×10^-4Ω·cm，拉伸強(qiáng)度為6000～6800MPa，耐磨性提高2～4倍，且導(dǎo)電物不會(huì)析出或被剝奪。

本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：

（1）本發(fā)明制備的高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維力學(xué)性能高，耐磨性和耐洗滌性高，導(dǎo)電性能好；

（2）本發(fā)明制備的高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維操作簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，纖維性能損失少，質(zhì)量可靠，并且可以減少環(huán)境污染，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

按質(zhì)量比2:3～2:5，取石英砂和鈣長(zhǎng)石混合均勻，放入感應(yīng)爐中，設(shè)定溫度為1750～1780℃，保溫熔融40～50min，自然冷卻至室溫，收集感應(yīng)爐中的熔融混合物，放入球磨機(jī)中，向球磨機(jī)中加入熔融混合物質(zhì)量4～6倍的直徑為50mm的鋼球，以300r/min球磨2～3h，再對(duì)球磨混合物過(guò)200目篩，收集過(guò)篩顆粒；

按質(zhì)量比1:3，將上述過(guò)篩顆粒與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75％的硫酸溶液放入容器中，并將容器置于超聲波震蕩器中，設(shè)定頻率為2.0～2.2MHz，震蕩30～40min，再分別向容器中加入上述過(guò)篩顆粒質(zhì)量5～8％的十八烷基三甲基溴化銨及上述過(guò)篩顆粒質(zhì)量4～6％的氯化銅，繼續(xù)震蕩1～2h；在上述震蕩結(jié)束后，將容器中的混合物與混合物質(zhì)量1～2倍的水放入反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度為145～150℃，壓力為1.1～1.3MPa，以100r/min攪拌9～10h，隨后降壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，趁熱出料，收集出料物并趁熱過(guò)濾，將濾渣放入300℃干燥箱中干燥2～3h，收集干燥物；按重量份數(shù)計(jì)，取50～60份上述干燥物、20～25份氧化鋁、12～15份硼砂、7～9份水、4～7份氧化鋯、3～5份氧化鋰及1～4份硫酸鋇，放入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，收集混合料，將混合料放入模具中，并將模具置于熔煉爐，設(shè)定溫度為1300～1350℃，熔融3～6h，隨后將坩堝取出，再將坩堝中的熔融物放入拉絲機(jī)中，設(shè)定拉絲機(jī)溫度為1200～1250℃，以1200r/min進(jìn)行拉絲，收集拉絲物，即可得高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維。

實(shí)例1

按質(zhì)量比2:3，取石英砂和鈣長(zhǎng)石混合均勻，放入感應(yīng)爐中，設(shè)定溫度為1750℃，保溫熔融40min，自然冷卻至室溫，收集感應(yīng)爐中的熔融混合物，放入球磨機(jī)中，向球磨機(jī)中加入熔融混合物質(zhì)量4倍的直徑為50mm的鋼球，以300r/min球磨2h，再對(duì)球磨混合物過(guò)200目篩，收集過(guò)篩顆粒；按質(zhì)量比1:3，將上述過(guò)篩顆粒與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75％的硫酸溶液放入容器中，并將容器置于超聲波震蕩器中，設(shè)定頻率為2.0MHz，震蕩30min，再分別向容器中加入上述過(guò)篩顆粒質(zhì)量5％的十八烷基三甲基溴化銨及上述過(guò)篩顆粒質(zhì)量4％的氯化銅，繼續(xù)震蕩1h；在上述震蕩結(jié)束后，將容器中的混合物與混合物質(zhì)量1倍的水放入反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度為145℃，壓力為1.1MPa，以100r/min攪拌9h，隨后降壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，趁熱出料，收集出料物并趁熱過(guò)濾，將濾渣放入300℃干燥箱中干燥2h，收集干燥物；按重量份數(shù)計(jì)，取50份上述干燥物、20份氧化鋁、12份硼砂、7份水、4份氧化鋯、3份氧化鋰及1份硫酸鋇，放入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，收集混合料，將混合料放入模具中，并將模具置于熔煉爐，設(shè)定溫度為1300℃，熔融3h，隨后將坩堝取出，再將坩堝中的熔融物放入拉絲機(jī)中，設(shè)定拉絲機(jī)溫度為1200℃，以1200r/min進(jìn)行拉絲，收集拉絲物，即可得高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維。

經(jīng)檢測(cè)本發(fā)明制備的高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維得：電阻率為0.69×10^-4Ω·cm，150℃處理本發(fā)明制備的高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維15min，電阻率為1.19×10^-4Ω·cm，拉伸強(qiáng)度為6000MPa，耐磨性提高2倍，且導(dǎo)電物不會(huì)析出或被剝奪。

實(shí)例2

按質(zhì)量比2:5，取石英砂和鈣長(zhǎng)石混合均勻，放入感應(yīng)爐中，設(shè)定溫度為1780℃，保溫熔融50min，自然冷卻至室溫，收集感應(yīng)爐中的熔融混合物，放入球磨機(jī)中，向球磨機(jī)中加入熔融混合物質(zhì)量6倍的直徑為50mm的鋼球，以300r/min球磨3h，再對(duì)球磨混合物過(guò)200目篩，收集過(guò)篩顆粒；按質(zhì)量比1:3，將上述過(guò)篩顆粒與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75％的硫酸溶液放入容器中，并將容器置于超聲波震蕩器中，設(shè)定頻率為2.2MHz，震蕩40min，再分別向容器中加入上述過(guò)篩顆粒質(zhì)量8％的十八烷基三甲基溴化銨及上述過(guò)篩顆粒質(zhì)量6％的氯化銅，繼續(xù)震蕩2h；在上述震蕩結(jié)束后，將容器中的混合物與混合物質(zhì)量2倍的水放入反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度為150℃，壓力為1.3MPa，以100r/min攪拌10h，隨后降壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，趁熱出料，收集出料物并趁熱過(guò)濾，將濾渣放入300℃干燥箱中干燥3h，收集干燥物；按重量份數(shù)計(jì)，取60份上述干燥物、25份氧化鋁、15份硼砂、9份水、7份氧化鋯、5份氧化鋰及4份硫酸鋇，放入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，收集混合料，將混合料放入模具中，并將模具置于熔煉爐，設(shè)定溫度為1350℃，熔融6h，隨后將坩堝取出，再將坩堝中的熔融物放入拉絲機(jī)中，設(shè)定拉絲機(jī)溫度為1250℃，以1200r/min進(jìn)行拉絲，收集拉絲物，即可得高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維。

經(jīng)檢測(cè)本發(fā)明制備的高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維得：電阻率為1.23×10^-4Ω·cm，150℃處理本發(fā)明制備的高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維15min，電阻率為2.16×10^-4Ω·cm，拉伸強(qiáng)度為6800MPa，耐磨性提高4倍，且導(dǎo)電物不會(huì)析出或被剝奪。

實(shí)例3

按質(zhì)量比2:4，取石英砂和鈣長(zhǎng)石混合均勻，放入感應(yīng)爐中，設(shè)定溫度為1770℃，保溫熔融45min，自然冷卻至室溫，收集感應(yīng)爐中的熔融混合物，放入球磨機(jī)中，向球磨機(jī)中加入熔融混合物質(zhì)量5倍的直徑為50mm的鋼球，以300r/min球磨3h，再對(duì)球磨混合物過(guò)200目篩，收集過(guò)篩顆粒；按質(zhì)量比1:3，將上述過(guò)篩顆粒與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75％的硫酸溶液放入容器中，并將容器置于超聲波震蕩器中，設(shè)定頻率為2.1MHz，震蕩35min，再分別向容器中加入上述過(guò)篩顆粒質(zhì)量7％的十八烷基三甲基溴化銨及上述過(guò)篩顆粒質(zhì)量5％的氯化銅，繼續(xù)震蕩2h；在上述震蕩結(jié)束后，將容器中的混合物與混合物質(zhì)量2倍的水放入反應(yīng)釜中，設(shè)定溫度為148℃，壓力為1.2MPa，以100r/min攪拌10h，隨后降壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，趁熱出料，收集出料物并趁熱過(guò)濾，將濾渣放入300℃干燥箱中干燥3h，收集干燥物；按重量份數(shù)計(jì)，取55份上述干燥物、23份氧化鋁、13份硼砂、8份水、6份氧化鋯、4份氧化鋰及3份硫酸鋇，放入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，收集混合料，將混合料放入模具中，并將模具置于熔煉爐，設(shè)定溫度為1330℃，熔融5h，隨后將坩堝取出，再將坩堝中的熔融物放入拉絲機(jī)中，設(shè)定拉絲機(jī)溫度為1230℃，以1200r/min進(jìn)行拉絲，收集拉絲物，即可得高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維。

經(jīng)檢測(cè)本發(fā)明制備的高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維得：電阻率為1.05×10^-4Ω·cm，150℃處理本發(fā)明制備的高強(qiáng)度導(dǎo)電玻璃纖維15min，電阻率為1.68×10^-4Ω·cm，拉伸強(qiáng)度為6630MPa，耐磨性提高3倍，且導(dǎo)電物不會(huì)析出或被剝奪。