CN102720066A

CN102720066A - 超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纤维的制备方法

Info

Publication number: CN102720066A
Application number: CN2012102313603A
Authority: CN
Inventors: 潘志娟; 洪剑寒; 李敏; 姚穆
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纤维的制备方法，包括：对去除了纤维表面杂质的超高分子量聚乙烯纤维进行低温氧气等离子体处理，处理时间0.5～1.5min，反应功率50～80W，氧气压强30～50Pa；将纤维置于苯胺单体中0.5～2h，取出后均匀挤压，控制纤维与苯胺单体质量比为1∶1～1∶1.3；将纤维置于反应液中，反应液温度为10～35℃，反应0.5h～3h，制备得到表面含有均匀连续的聚苯胺导电层的纤维。本发明获得了导电性能良好的复合纤维，可以制成具有抗静电、导电及电磁屏蔽功能的纺织品或纤维增强复合材料，应用于个体防护、军工、电子电器、石油化工、机械等领域。

Description

超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种导电纤维的制备方法，特别是一种超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纤维的制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维（Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber，简称UHMWPE纤维）又称高强高模聚乙烯纤维，是以相对分子质量大于100万的超高相对分子量聚乙烯为原料，采用凝胶纺丝法——超倍拉伸技术制得。超高分子量聚乙烯纤维不仅具有高模、高强的特性，其他机械性能亦比较突出，如良好的韧性和疲劳性能，当因剪切或压缩受到破坏时仍能保持其强伸性能，特别是具有好的耐高速冲击性能，经摩擦、塑性变形后具有良好的延迟恢复性能等，已广泛应用于国防军需装备、航空航天以及民用等领域。超高分子量聚乙烯纤维性能优异，具有巨大的应用潜力，因此近年来超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料受到了国内外的普遍关注，然而由于其为绝缘体，使之在防静电、电磁屏蔽、电器工程以及其他一些领域的应用受到很大的限制。

上世纪八十年代科学家发现聚苯胺（Polyaniline，简称PANI）在掺杂态下呈现良好的导电性能，且具有原料价格低廉、合成简单、电导率较高、在空气中稳定性好，以及具有独特的掺杂现象等特点，被认为是最有前途的导电高聚物。随着导电聚苯胺制备技术的不断成熟，越来越多的研究人员将关注的目光投向聚苯胺导电纤维的研究上。如张清华采用湿法纺丝技术制备聚苯胺/聚酰胺导电纤维（CN 1316554A），李光采用湿法纺丝技术制备聚苯胺/聚丙烯腈纤维（CN 1450210A）。然而，聚苯胺与成纤高聚物的共混对纤维成形后的物理机械性能有所影响。

因此，需要寻求一种方法，对超高分子量聚乙烯纤维进行处理，以获得复合导电纤维材料，同时不影响其机械性能。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纤维的制备方法以获得导电性能良好的复合纤维。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纤维的制备方法，包括下列步骤：

(1) 对去除了纤维表面杂质的超高分子量聚乙烯纤维进行低温氧气等离子体处理，处理时间0.5～1.5min，反应功率50～80W，氧气压强30～50Pa；

(2) 将经步骤(1)处理后的纤维置于苯胺单体中0.5～2h，使其表面充分吸附苯胺单体，取出后均匀挤压，控制纤维与苯胺单体质量比为1∶1～1∶1.3；

(3) 将吸附了苯胺单体的纤维置于反应液中，用恒温水浴保持反应液温度为10～35℃，反应0.5h～3h，制备得到表面含有均匀连续的聚苯胺导电层的纤维；所述反应液包括氧化剂和掺杂酸，所述氧化剂选自过硫酸铵或五氧化二钒，所述掺杂酸选自硫酸、盐酸、硝酸、高氯酸、对甲苯磺酸中的一种；每克苯胺单体加入80～120毫升反应液。

上述技术方案中，步骤(1)中，去除纤维表面杂质的方法是，将超高分子量聚乙烯纤维浸渍于10%的丙酮溶液中，并超声处理10～20min。

优选的技术方案，步骤(3)中，反应液中，所述氧化剂的浓度为20～40g/L，掺杂酸的浓度为0.4～1.0mol/L。

进一步的技术方案，步骤(3)中，反应浴槽进行振动，使纤维表面吸附的苯胺单体与反应液充分接触。以保证反应程度的均匀一致，从而可制备得到表面含有均匀连续的聚苯胺导电层的超高分子量聚乙烯纤维。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明通过原位聚合的方法，在超高分子量聚乙烯纤维表面接枝聚苯胺，获得了导电性能良好的复合纤维，聚苯胺的引入不影响纤维原有的机械特性，可以制成具有抗静电、导电及电磁屏蔽功能的纺织品或纤维增强复合材料，应用于个体防护、军工、电子电器、石油化工、机械等领域。

2.本发明对超高分子量聚乙烯纤维进行低温氧气等离子体处理，提高其表面能，从而提高了苯胺单体在纤维表面的吸附量并改善了其吸附的均匀程度，从而提高了聚苯胺导电层的厚度及连续性，增加了纤维的电导率，增强了超高分子量聚乙烯纤维对聚苯胺导电层的机械锁结作用，使之不易从纤维表面脱落，提高了导电纤维的可加工性和耐用性。

3.本发明可以将反应液中的悬浊聚苯胺颗粒过滤回收，脱水烘干研磨后制得具有良好导电性能的聚苯胺粉末。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

取超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维（400D/406f），使用丙酮经超声波清洗20min，洗净烘干后用氧气等离子体处理，处理参数：时间1min，功率70W，压强40Pa。处理结束后立即浸入苯胺内，浸渍时间为2h。浸渍结束后取出均匀挤压，并使纤维与苯胺单体质量比为1:1.15。以20g/L过硫酸铵为氧化剂，0.5mol/L盐酸为掺杂酸制备反应液。将吸附有苯胺单体的超高分子量聚乙烯置于反应液中，苯胺单体与反应液的质量体积比为1g∶100ml，反应温度，20℃，反应时间为2h。经过测定，本例制得的UHMWPE/PANI复合导电纤维的电导率为0.14S/cm。

耐洗性：将UHMWPE/PANI纤维放入去离子水中，震荡洗涤一分钟，取出晾干。从测试结果看，初次洗涤时电导率下降幅度较大，此后，电导率的下降的速度缓慢。

水洗次数	电导率 S/cm
		0	1.4×10 ^-1
1	3.61×10 ^-3
		2	2.87×10 ^-4
3	6.54×10 ^-5
		4	3.01×10 ^-5
5	2×10 ^-5

机械性能：

	断裂强度/cN·dtex ^-1	断裂伸长率/%
			未处理UHMWPE	30.67	4.1
UHMWPE/PANI	29.52	3.77

经导电处理后，超高分子量聚乙烯纤维强度下降3.74%，断裂伸长率下降8.0%，纤维的机械性能没有显著变化。

以下各实例的工艺过程与本实例相似，主要是改变工艺参数，以获得具有不同导电率的纤维。

实施例二：

原料：超高分子量聚乙烯纤维（400D/406f）。

氧气等离子体处理条件：时间1min，功率90W，压强60Pa。

反应液：氧化剂过硫酸铵20g/L，掺杂酸盐酸0.5mol/L。

反应工艺条件：反应时间2h，温度20℃，苯胺单体与反应液的质量体积比为1g∶100ml。

纤维电导率：0.07 S/cm。

实施例三：

原料：超高分子量聚乙烯纤维（400D/406f）。

氧气等离子体处理条件：时间1min，功率70W，压强40Pa。

反应液：氧化剂五氧化二钒20g/L，掺杂酸盐酸0.5mol/L。

纤维电导率：1.48×10^-2S/cm。

实施例四：

原料：超高分子量聚乙烯纤维（400D/406f）。

氧气等离子体处理条件：时间1min，功率70W，压强40Pa。

反应液：氧化剂过硫酸铵30g/L，掺杂酸硫酸0.5mol/L。

纤维电导率：0.213S/cm。

实施例五：

原料：超高分子量聚乙烯纤维（400D/406f）。

氧气等离子体处理条件：时间1min，功率70W，压强40Pa。

反应液：氧化剂过硫酸铵30g/L，掺杂酸盐酸0.5mol/L。

反应工艺条件：反应时间80min，温度30℃，苯胺单体与反应液的质量体积比为1g∶100ml。

纤维电导率：3.5×10^-2S/cm。

Claims

1. 一种超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纤维的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

2. 根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，去除纤维表面杂质的方法是，将超高分子量聚乙烯纤维浸渍于10%的丙酮溶液中，并超声处理10～20min。

3. 根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纤维的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，反应液中，所述氧化剂的浓度为20～40g/L，掺杂酸的浓度为0.4～1.0mol/L。

4. 根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯/聚苯胺复合导电纤维的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，反应浴槽进行振动，使纤维表面吸附的苯胺单体与反应液充分接触。