CN103981693A - 聚苯胺-碱芳纶复合导电纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚苯胺-碱芳纶复合导电纤维及其制备方法。芳纶纤维的表面平滑且具有较强的化学惰性，难以吸附苯胺单体，获得导电性较好的聚苯胺/芳纶复合导电纤维。本发明以芳纶纤维为基材，使用氢氧化钠溶液对其进行活化处理，使芳纶纤维表面产生明显的凹痕缺陷，从而降低芳纶纤维表面的化学惰性，从而更有利于芳纶纤维表面吸附苯胺单体，然后，引发苯胺单体在碱刻蚀芳纶纤维表面进行聚合，从而制备电阻率较低的复合导电纤维。本发明对芳纶纤维进行表面改性，降低其表面的化学惰性，制备的复合导电纤维电阻率低，导电性能优越。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电纤维，具体涉及一种聚苯胺-碱芳纶复合导电纤维及其制备方法。
背景技术
20世纪70年代，导电聚乙炔的发现使得导电聚合物的合成和性能研究成为聚合物和材料科学的重要领域。在众多导电聚合物中，聚苯胺（PANI）具有较高的导电率，原料便宜，性能稳定，且合成方法简单，掺杂机理清晰及掺杂程度可控制，因而成为当前最有希望获得工业应用的结构型导电聚合物材料之一。但由于分子链的刚性和链间极性的相互作用使其溶解性极低，几乎不溶于任何有机溶剂，给掺杂态聚苯胺的成膜及加工带来了困难，严重妨碍了其在各个领域的大规模推广应用。因此改进聚苯胺的加工性能是促进聚苯胺实用化的技术关键。已有的研究表明，通过聚苯胺复合改性技术可克服其加工性差的缺点，获得具有多功能性的复合材料，拓展其应用领域。
芳纶纤维（Aramid fiber，ARF），是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱和重量轻等优良性能，是一类新型的特种用途合成纤维。由于ARF具有超高强度、高模量、耐高温和耐酸耐碱等优点，将其运用于制备复合纤维不仅可使纤维具有良好的导电性能，还能较好地保持基质纤维的力学性能，通过PANI与ARF两者的复合，制备PANI/ARF复合导电纤维，是目前制备PANI导电纤维最有前景的方法之一，它使PANI材料的广泛应用成为可能。但ARF的表面平滑且具有较强的化学惰性，难以在ARF表面寻找反应的活性基点，因此制备PANI/ARF复合导电纤维，需要对ARF进行表面改性处理以提高其表面反应活性。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚苯胺-碱芳纶复合导电纤维及其制备方法，在碱刻蚀的芳纶纤维表面引发苯胺单体聚合，制备电阻率较低的复合导电纤维。
本发明所采用的技术方案是：
聚苯胺-碱芳纶复合导电纤维的制备方法，其特征在于：
由以下步骤实现：
步骤一：清洗芳纶纤维表面的油脂，取2 g未经处理的芳纶纤维，置于100 mL丙酮中，超声30 min，然后以蒸馏水洗净，并置于质量分数为5%的十二烷基磺酸钠水溶液中，再次超声30 min，最后以蒸馏水反复洗净，干燥备用；
将此清洗过的芳纶纤维放入质量分数为1%的氢氧化钠溶液中，于回流温度下搅拌2 h，之后以蒸馏水洗至滤液呈中性，烘干，制备得到碱处理的ARF，记为SH-ARF；
步骤二：将0.1-1 g SH-ARF浸泡于1-5 mL苯胺中15-90 min，然后同时加入到90 mL 摩尔体积浓度为0.5-3 mol/L的盐酸溶液中，在0-35 oC条件下，滴加过硫酸铵溶液20 mL，控制过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为（0.5:1）-（2.5:1），引发苯胺单体在SH-ARF表面聚合，反应9 h后，将反应产物抽滤，用蒸馏水洗至滤液呈中性，于室温下干燥，制备得聚苯胺-改性芳纶复合导电纤维。
所述的芳纶纤维为对位芳纶纤维或间位芳纶纤维。
如所述的聚苯胺-碱芳纶复合导电纤维的制备方法制得的聚苯胺-碱芳纶复合导电纤维。
本发明具有以下优点：
本发明以碱溶液对芳纶纤维进行表面刻蚀，使得芳纶纤维表面产生部分缺陷，以降低ARF纤维表面的化学惰性。从而更有利于ARF纤维表面吸附苯胺单体，然后，引发苯胺单体在碱刻蚀ARF纤维表面进行聚合，从而制备电阻率较低的PANI/ARF复合导电纤维，电阻率在7.5 × 105 Ω·m -2.8 × 106 Ω·m范围内。。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明以ARF为基材，使用氢氧化钠溶液对其进行活化处理，使ARF表面产生明显的凹痕缺陷，从而降低ARF纤维表面的化学惰性，然后，引发苯胺单体在碱刻蚀ARF纤维表面进行聚合，从而制备电阻率较低的PANI/ARF复合导电纤维。具体步骤如下：
聚苯胺-碱芳纶复合导电纤维的制备方法，其特征在于：
由以下步骤实现：
步骤一：清洗芳纶纤维表面的油脂，取2 g未经处理的芳纶纤维（对位芳纶纤维或间位芳纶纤维），置于100 mL丙酮中，超声30 min，然后以蒸馏水洗净，并置于质量分数为5%的十二烷基磺酸钠水溶液中，再次超声30 min，最后以蒸馏水反复洗净，干燥备用；
将此清洗过的芳纶纤维放入质量分数为1%的氢氧化钠溶液中，于回流温度下搅拌2 h，之后以蒸馏水洗至滤液呈中性，烘干，制备得到碱处理的ARF，记为SH-ARF；
步骤二：将0.1-1 g SH-ARF浸泡于1-5 mL苯胺中15-90 min，然后同时加入到90 mL 摩尔体积浓度为0.5-3 mol/L的盐酸溶液中，在0-35 oC条件下，滴加过硫酸铵溶液20 mL，控制过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为（0.5:1）-（2.5:1），引发苯胺单体在SH-ARF表面聚合，反应9 h后，将反应产物抽滤，用蒸馏水洗至滤液呈中性，于室温下干燥，制备得聚苯胺-改性芳纶复合导电纤维。
实施例1：
步骤一：清洗芳纶纤维表面的油脂，取2 g未经处理的芳纶纤维（对位芳纶纤维或间位芳纶纤维），置于100 mL丙酮中，超声30 min，然后以蒸馏水洗净，并置于质量分数为5%的十二烷基磺酸钠水溶液中，再次超声30 min，最后以蒸馏水反复洗净，干燥备用；
将此清洗过的芳纶纤维放入质量分数为1%的氢氧化钠溶液中，于回流温度下搅拌2 h，之后以蒸馏水洗至滤液呈中性，烘干，制备得到碱处理的ARF，记为SH-ARF；
步骤二：将0.1 g SH-ARF浸泡于1mL苯胺中15 min，然后同时加入到90 mL 摩尔体积浓度为0.5 mol/L的盐酸溶液中，在0oC条件下，滴加过硫酸铵溶液20 mL，控制过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为0.5:1，引发苯胺单体在SH-ARF表面聚合，反应9 h后，将反应产物抽滤，用蒸馏水洗至滤液呈中性，于室温下干燥，制备得聚苯胺-改性芳纶复合导电纤维，测得其电阻率为1.5 × 106 Ω·m。
实施例2：
步骤一：清洗芳纶纤维表面的油脂，取2 g未经处理的芳纶纤维（对位芳纶纤维或间位芳纶纤维），置于100 mL丙酮中，超声30 min，然后以蒸馏水洗净，并置于质量分数为5%的十二烷基磺酸钠水溶液中，再次超声30 min，最后以蒸馏水反复洗净，干燥备用；
将此清洗过的芳纶纤维放入质量分数为1%的氢氧化钠溶液中，于回流温度下搅拌2 h，之后以蒸馏水洗至滤液呈中性，烘干，制备得到碱处理的ARF，记为SH-ARF；
步骤二：将0.2 g SH-ARF浸泡于2 mL苯胺中30min，然后同时加入到90 mL 摩尔体积浓度为1 mol/L的盐酸溶液中，在20 oC条件下，滴加过硫酸铵溶液20 mL，控制过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为1:1，引发苯胺单体在SH-ARF表面聚合，反应9 h后，将反应产物抽滤，用蒸馏水洗至滤液呈中性，于室温下干燥，制备得聚苯胺-改性芳纶复合导电纤维，测得其电阻率为2.8 × 106 Ω·m。
实施例3：
步骤一：清洗芳纶纤维表面的油脂，取2 g未经处理的芳纶纤维（对位芳纶纤维或间位芳纶纤维），置于100 mL丙酮中，超声30 min，然后以蒸馏水洗净，并置于质量分数为5%的十二烷基磺酸钠水溶液中，再次超声30 min，最后以蒸馏水反复洗净，干燥备用；
将此清洗过的芳纶纤维放入质量分数为1%的氢氧化钠溶液中，于回流温度下搅拌2 h，之后以蒸馏水洗至滤液呈中性，烘干，制备得到碱处理的ARF，记为SH-ARF；
步骤二：将1 g SH-ARF浸泡于5 mL苯胺中90 min，然后同时加入到90 mL 摩尔体积浓度为3 mol/L的盐酸溶液中，在35 oC条件下，滴加过硫酸铵溶液20 mL，控制过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为2.5:1，引发苯胺单体在SH-ARF表面聚合，反应9 h后，将反应产物抽滤，用蒸馏水洗至滤液呈中性，于室温下干燥，制备得聚苯胺-改性芳纶复合导电纤维，测得其电阻率为7.5 × 105 Ω·m。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (3)
1.聚苯胺-碱芳纶复合导电纤维的制备方法，其特征在于：
由以下步骤实现：
步骤一：清洗芳纶纤维表面的油脂，取2 g未经处理的芳纶纤维，置于100 mL丙酮中，超声30 min，然后以蒸馏水洗净，并置于质量分数为5%的十二烷基磺酸钠水溶液中，再次超声30 min，最后以蒸馏水反复洗净，干燥备用；
将此清洗过的芳纶纤维放入质量分数为1%的氢氧化钠溶液中，于回流温度下搅拌2 h，之后以蒸馏水洗至滤液呈中性，烘干，制备得到碱处理的ARF，记为SH-ARF；
步骤二：将0.1-1 g SH-ARF浸泡于1-5 mL苯胺中15-90 min，然后同时加入到90 mL 摩尔体积浓度为0.5-3 mol/L的盐酸溶液中，在0-35 oC条件下，滴加过硫酸铵溶液20 mL，控制过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为（0.5:1）-（2.5:1），引发苯胺单体在SH-ARF表面聚合，反应9 h后，将反应产物抽滤，用蒸馏水洗至滤液呈中性，于室温下干燥，制备得聚苯胺-改性芳纶复合导电纤维。
2.根据权利要求1所述的聚苯胺-碱芳纶复合导电纤维的制备方法，其特征在于：
所述的芳纶纤维为对位芳纶纤维或间位芳纶纤维。
3.如权利要求2所述的聚苯胺-碱芳纶复合导电纤维的制备方法制得的聚苯胺-碱芳纶复合导电纤维。
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