硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法，將玻璃纖維采用真空等離子體進行表面處理；將經過等離子處理的玻璃纖維浸入聚乙烯亞胺水溶液中，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；將聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于五水硫酸銅水溶液中，浸泡后加入硫代硫酸鈉水溶液，反應后取出纖維用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復合導電纖維。采用本發(fā)明的工藝制備導電玻璃纖維，所用設備投資費用低、操作簡單、反應條件溫和、適用性強、處理效果好、纖維性能損失少，質量可靠，并且可以減少環(huán)境污染，適用于工業(yè)化生產。
【專利說明】
硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于玻璃纖維的后處理領域，特別涉及一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著計算機、電信、微波爐等的迅速發(fā)展和普及，人類生活工作環(huán)境中的電磁輻射日漸嚴重，因而產生的電磁波干擾對電子儀器設備的正常工作及人類的生理健康帶來了很多負面影響。為防止靜電干擾和電磁波干擾，從20世紀中期至今，已開發(fā)出各種抗靜電和電磁屏蔽的材料。近幾十年，研究的重點更多地轉向了導電纖維，導電纖維的抗靜電效果更加顯著持久，且不受環(huán)境濕度的影響，導電層達一定厚度或導電成份達一定比例后，具有優(yōu)良的電磁屏蔽功能，因此導電纖維的研制和應用越來越受到重視。
[0003]玻璃纖維是無機非金屬材料中的一種新型功能材料和結構材料。由于它具有不燃性、耐高溫、抗腐蝕、強度高、密度小、吸濕低及延伸小等一系列優(yōu)異特性，已廣泛應用于傳統(tǒng)工業(yè)、農業(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業(yè)，成為21世紀人類不可缺少的可持續(xù)發(fā)展的高新技術材料。近年來，許多研究者嘗試通過現代化學、物理等方法改性玻璃纖維，制備導電玻璃纖維作為高分子復合材料的導電填料的材料，用于解決電磁波污染問題。化學鍍作為材料表面金屬化處理技術，已經成為制備導電玻璃纖維常用的技術之一，但是傳統(tǒng)的玻璃纖維化學鍍因其施鍍過程中需要對基體進行粗花、敏化、活化處理，不僅工藝復雜，而且活化過程中需要的重金屬鈀價格昂貴，這些都限制了化學鍍法制備導電玻璃纖維的進一步發(fā)展。因此，開發(fā)新的、有效的制備導電玻璃纖維的方法具有重要的意義。
[0004]金屬硫化物在光學、光電化學、催化、環(huán)保等方面都具有特殊的性能。它們具有良好的化學和熱穩(wěn)定性，是一種良好的光電材料。利用金屬硫化物的特性來生產導電纖維的方法在目前應用最多的是纖維表面化學反應法，這種方法主要通過化學處理，即通過反應液的浸漬，在纖維表面產生吸附，然后通過化學反應使金屬硫化物覆蓋在纖維表面。此方法優(yōu)點在于工藝簡單、成本較低，而且對纖維的強度、柔軟性、滑爽性等損傷較少。在20世紀80年代，日本就研制成這類導電纖維。有人還專門對導電成分及導電機理進行了研究，如日本研制的表面覆蓋銅的硫化物的導電腈綸，是先將腈綸在含銅離子溶液中處理，然后在還原劑中處理，纖維上的Cu2+變成Cu+與-CN絡合，進一步形成銅的硫化物的導電性物質。由于這些導電物質在纖維結構上形成了網絡，故導電性能很好。國內專利87104625.3、201510188325.1,200810084225.4等都是采用這種方法生產導電纖維的。由于聚丙烯腈纖維上的氰基能與銅離子產生絡合，使纖維具有導電性;普通的玻璃纖維表面缺乏與銅離子絡合的基團，導電物質就無法與纖維發(fā)生絡合，因此影響了纖維對金屬硫合物的吸附和吸附牢度，故無法制得導電性能優(yōu)良的導電纖維。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法，解決了現有技術中纖維對金屬硫合物的吸附牢度低，無法制得導電性能優(yōu)良的導電纖維的問題。
[0006]針對以上不足，本發(fā)明提出了一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法，其步驟為:
[0007](I)將玻璃纖維采用真空等離子體進行表面處理，處理條件為:工作氣體為氧氣或者空氣，背底真空度為I?5Pa，工作壓力為50?lOOPa，放電功率為100?200W，處理時間為2?6分鐘；
[0008](2)將步驟(I)得到的經過等離子處理的玻璃纖維浸入到質量濃度為0.5%?2%的聚乙烯亞胺水溶液中，在60 0C?900C浸泡2?6小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0009](3)將步驟(2)得到的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于質量濃度為2.5%?10%的五水硫酸銅水溶液中，在200C?60°C浸泡5?30分鐘后，加入質量濃度為2.50Z0?50Z0的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至75°C?900C反應0.3?1.5小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復合導電纖維。
[0010]所述步驟(3)五水硫酸銅水溶液與硫代硫酸鈉水溶液的質量比為1:1?1:2。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012](I)本發(fā)明首先采用真空等離子對玻璃纖維進行處理，然后在纖維表面形成聚乙烯亞胺層，在此基礎上采用化學反應法在纖維表面生成硫化亞銅得到復合導電玻璃纖維。真空等離子處理不僅使玻璃纖維表面產生裂紋和坑洼，而且將纖維表面引入羰基;聚乙烯亞胺是較強的氫鍵給體，與羰基之間形成強的氫鍵相互作用，這種強烈的相互作用使聚乙烯亞胺牢固地附著于玻璃纖維表面；另外，聚乙烯亞胺是一種典型的陽離子水溶性聚合物電解質，大分子鏈上擁有大量的胺基N原子使其具有很強的受電子性，它對銅離子能產生很強的絡合作用，提高銅的硫化物在纖維表面上的吸附。本發(fā)明中金屬硫化物與玻璃纖維基體之間通過聚乙烯亞胺層的“架橋”作用形成很強的結合力，提高了硫化亞銅在玻璃纖維上的含量，真正解決了玻璃纖維對金屬硫化物的有效吸附問題，纖維具有穩(wěn)定、持久的導電效果O
[0013](2)采用本發(fā)明的工藝制備導電玻璃纖維，所用設備投資費用低、操作簡單、反應條件溫和、適用性強、處理效果好、纖維性能損失少，質量可靠，并且可以減少環(huán)境污染，適用于工業(yè)化生產。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
[0015]本發(fā)明提出了一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法，其步驟為:
[0016](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為空氣，背底真空度為5Pa，工作壓力為lOOPa，放電功率為200W，處理時間為2分鐘；
[0017](2)將步驟(I)制備的經過等離子處理的玻璃纖維浸入到質量濃度為0.5%的聚乙烯亞胺水溶液中，在60°C浸泡4小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0018](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于150克質量濃度為2.5%的五水硫酸銅水溶液中，在60°C浸泡5分鐘后，加入150克質量濃度為2.5%硫代硫酸鈉水溶液，升溫至75°C反應1.5小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復合導電纖維，纖維的電導率為3.4 X 10—2S/cm。
[0019]實施例2
[0020]本發(fā)明提出了一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法，其步驟為:
[0021](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為氧氣，背底真空度為5Pa，工作壓力為80Pa，放電功率為150W，處理時間為6分鐘；
[0022](2)將步驟(I)制備的經過等離子處理的玻璃纖維浸入到質量濃度為0.5%的聚乙烯亞胺水溶液中，在90°C浸泡6小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0023](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于150克質量濃度為5%的五水硫酸銅水溶液中，在60°C浸泡5分鐘后，加入150克質量濃度為5%硫代硫酸鈉水溶液，升溫至90°C反應0.3小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復合導電纖維，纖維的電導率為9.2 X 10—b/cm。
[0024]實施例3
[0025]本發(fā)明提出了一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法，其步驟為:
[0026](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為氧氣，背底真空度為IPa，工作壓力為50Pa，放電功率為100W，處理時間為5分；
[0027](2)將步驟(I)制備的經過等離子處理的玻璃纖維浸入到質量濃度為1.5%的聚乙烯亞胺水溶液中，在80°C浸泡5小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0028](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于150克質量濃度為10%的五水硫酸銅水溶液中，在20°C浸泡30分鐘后，加入300克質量濃度為5%硫代硫酸鈉水溶液，升溫至80°C反應1.0小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復合導電纖維，纖維的電導率為1.6 X lOS/cm。
[0029]實施例4
[0030]本發(fā)明提出一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法，其步驟為:
[0031](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為氧氣，背底真空度為3Pa，工作壓力為70Pa，放電功率為150W，處理時間為3分鐘；
[0032](2)將步驟(I)制備的經過等離子處理的玻璃纖維浸入到質量濃度為1.0%的聚乙烯亞胺水溶液中，在90°C浸泡2小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0033](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于150克質量濃度為8%的五水硫酸銅水溶液中，在30°C浸泡20分鐘后，加入300克質量濃度為4%硫代硫酸鈉水溶液，升溫至75°C反應1.0小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復合導電纖維，纖維的電導率為9.8X10—b/cm。
[0034]實施例5
[0035]本發(fā)明提出一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法，其步驟為:
[0036](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為氧氣，背底真空度為2Pa，工作壓力為90Pa，放電功率為150W，處理時間為4分鐘；
[0037](2)將步驟(I)制備的經過等離子處理玻璃纖維浸入到200克質量濃度為2.5%的聚乙烯亞胺水溶液中，在70°C浸泡5小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0038](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于150克質量濃度為4.5%的五水硫酸銅水溶液中，在40°C浸泡15分鐘后，加入150克質量濃度為4.5%硫代硫酸鈉水溶液，升溫至80°C反應1.0小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復合導電纖維，纖維的電導率為5.2 X 10—b/cm。
[0039]實施例6
[0040]本發(fā)明提出一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法，其步驟為:
[0041](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為氧氣，背底真空度為4Pa，工作壓力為60Pa，放電功率為120W，處理時間為5分鐘；
[0042](2)將步驟(I)制備的經過等離子處理玻璃纖維浸入到質量濃度為0.8%的聚乙烯亞胺水溶液中，在80°C浸泡5小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0043](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于250克質量濃度為9%的五水硫酸銅水溶液中，在40 0C浸泡15分鐘后，加入400克質量濃度為5 %硫代硫酸鈉水溶液，升溫至80°C反應1.5小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復合導電纖維，纖維的電導率為1.8 X lOS/cm。
[0044]實施例7
[0045]本發(fā)明提出一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法，其步驟為:
[0046](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為氧氣，背底真空度為3?&，工作壓力為70?&，放電功率為140胃，處理時間為5.5分鐘；
[0047](2)將步驟(I)制備的經過等離子處理的化玻璃纖維浸入到400克質量濃度為2.8%的聚乙烯亞胺水溶液中，在85°C浸泡5小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0048](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于250克質量濃度為3%的五水硫酸銅水溶液中，在40°C浸泡15分鐘后，加入250克質量濃度為3%硫代硫酸鈉水溶液，升溫至80°C反應1.5小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復合導電纖維，纖維的電導率為7.6X10—b/cm。
[0049]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法，其特征在于，其步驟為: (1)將玻璃纖維采用真空等離子體進行表面處理，處理條件為:工作氣體為氧氣或者空氣，背底真空度為I?5Pa，工作壓力為50?lOOPa，放電功率為100?200W，處理時間為2?6分鐘； (2)將步驟(I)得到的經過等離子處理的玻璃纖維浸入到質量濃度為0.5%?2%的聚乙烯亞胺水溶液中，在60°C?90°C浸泡2?6小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維； (3)將步驟(2)得到的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于質量濃度為2.5%?10%的五水硫酸銅水溶液中，在200C?60°C浸泡5?30分鐘后，加入質量濃度為2.5%?5%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至75°C?90°C反應0.3?1.5小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復合導電纖維。2.根據權利要求1所述的硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復合導電纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中五水硫酸銅水溶液與硫代硫酸鈉水溶液的質量比是1:1?1: 2。
【文檔編號】C03C25/28GK105884213SQ201610211174
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月7日
【發(fā)明人】潘瑋, 陳燕, 宋夢, 刁泉
【申請人】中原工學院