CN104928914A - 一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的制备方法及无钯活化方法，具体包括如下步骤：(a)洗涤及除油；(b)采用预处理试剂对纤维表面进行预处理，使纤维溶胀，表面吸附一层还原后具有催化活性的金属离子，增大纤维表面积和润湿性；(c)还原；(d)化学镀镍；(e)化学镀铜。本发明制备的芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维，镀层与纤维基体的结合力强，且镀层的化学性质稳定，在空气中不易氧化，可持久保持优异的导电性能，同时还具有耐热、阻燃、轻质、柔韧、高强等特性。该复合导电纤维可用于制备抗静电和电磁屏蔽织物，以及特种电缆的屏蔽层及导体材料。同时，该无钯活化方法与钯活化方法相比，具有经济、操作简便等优势。

Description

一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的制备方法

技术领域

本发明提供一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的制备方法。该工艺通过化学镀方法在芳纶纤维表面镀覆金属导电薄层，从而赋予纤维抗静电及导电功能，同时保留了纤维的轻质高强、耐热阻燃，手感柔软等固有特性，是一种新型复合材料。可广泛应用于航空、航天、航海、军工、医疗等特种领域，用作个体防护的电磁屏蔽材料和轻质导电材料。同时，本发明提供了一种化学镀镍/铜双镀层的无钯活化方法。

背景技术

芳香族聚酰胺纤维简称芳纶纤维，英文为Aramid fiber ,最先由美国杜邦公司研制，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不熔化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶及其复合材料已广泛用于航空航天和军事用途，如波音757、767等飞机的壳体、防弹衣、防弹背心、头盔、航天加压服装、高强度降落伞、导弹壳体材料、特种缆线、火箭壳体、航天飞机贮能罐和其他高压容器等。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程，因此被称为“梦的纤维”。

但芳纶纤维同其它高分子材料一样，其良好的电绝缘性和介电性能，限制了芳纶纤维在一些领域的应用。目前，赋予芳纶纤维导电性的方法主要有磁控溅射、共混纺丝、化学镀等方法。专利CN 101705615 A讲述了一种镀镍镀铜芳香族聚酰胺导电纤维的制备方法，但其制备过程中采用粗化方法破坏了纤维的表皮结构，损坏了纤维的力学性能，缩小了纤维的应用范围，并且采用了钯活化方法，成本较高，不利于大规模生产。

目前国内导电纤维多以涤纶，尼龙，棉纤维等为基底。以芳纶纤维为基底的导电纤维鲜有报道，且存在很多缺陷，镀层与纤维基体的结合力很差。国外仅有美国杜邦公司掌握生产该类产品的核心技术。

本专利采用化学镀方法制备的芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维，镀镍后的纤维如图1所示，镀铜后的纤维如图2所示。与国内已有的关于导电芳纶纤维的报道相比，本专利所采用的无钯活化制备方法，不仅在工艺上操作简单、经济，且预处理过程不采用损坏纤维力学性能的粗化方法，从而保证了纤维在对力学性能要求较高的领域的应用，获得的镀层与纤维基体的结合力强，镀层的性质稳定。所制备的芳纶镀镍/铜双镀层复合纤维导电性能优异，在轻质导电材料领域和电磁屏蔽领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明目的之一是提供一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的制备方法。

本发明目的之二是提供一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的无钯活化方法。

本发明通过对芳纶纤维先进行清洗除油处理，除去纤维在加工过程中所吸附的油剂和表面污垢；除油后，对纤维表面进行预处理，使纤维溶胀，增大纤维表面积和润湿性，并在表面吸附一层还原后具有催化活性的金属离子，改善纤维基体和后续镀层的结合牢度；将预处理后的纤维放入还原剂的溶液中浸渍，使吸附在纤维表面的金属离子被还原成金属颗粒，该金属颗粒层可以作为纤维和后续镀层间的锚接点，同时也具有催化的功能；然后在纤维的表面化学镀镍，化学镀铜，最终得到一种镀镍镀铜芳纶导电纤维。

本发明一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：

a.洗涤及除油：将芳纶纤维放入丙酮中，超声波清洗40～80 min后取出，用去离子水漂洗干净；

b.预处理：将除油后的纤维放入5～50g/L硝酸银的二甲亚砜水溶液中，其中二甲亚砜水溶液中的二甲亚砜的体积浓度为10~30%，在30～100 ℃下，浸渍1～4 h后取出，用去离子水漂洗干净；

c.还原：将预处理后的纤维放入5~25g/L还原剂硼氢化钠水溶液或硼氢化钾水溶液中浸渍，在20～50 ℃下，浸渍20～60 min后取出；

d.化学镀镍：

镀镍液用下列物质和水配制而成，反应液中各物质的含量为：

硫酸镍                                15～40g/L

次亚磷酸钠(还原剂)                     10～20 g/L

二甲氨基硼烷（还原剂）                3～10g/L

柠檬酸钠（络合剂）                    20～30 g/L

氨水（PH调节剂）                     5～15ml/L

将还原后的芳纶纤维浸入镀镍液中，40～80 ℃下，反应0.5～1 h后取出，用去离子水漂洗干净，得到表面均匀镀覆有镍的芳纶纤维；

e.化学镀铜：

镀铜液用下列物质和水配制而成，反应液中各物质的含量为：

五水硫酸铜                               10～15g/L

酒石酸钾钠（络合剂）                     10～20 g/L

        Na₂EDTA（乙二胺四乙酸二钠，络合剂）     15～20 g/L

         NaOH（PH调节剂）                      10～15 g/L

         HCHO                                   12～17 g/L

        双联吡啶（稳定剂）                       0.015～0.020 g/L

        亚铁氰化钾（稳定剂）                     0.007～0.010 g/L

将镀镍纤维浸入镀铜液中，40～60 ℃下，反应0.5～1 h后取出，用去离子水漂洗干净，置于干燥箱中干燥30 min, 得到内层为镍、外层为铜的双镀层导电芳纶纤维。

附图说明

图1为本发明实施例1所得镀镍芳纶纤维扫描电子显微镜（SEM）图。

图2为本发明实施例1所得镀镍镀铜导电芳纶纤维扫描电子显微镜（SEM）图。

具体实施方式

    现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

本实施例中的制备过程和步骤如下所述：

(1)除油，将芳纶纤维放入丙酮溶液中，超声波清洗60 min后取出，用去离子水漂洗干净。

(2)预处理，将纤维浸入含5 g/L硝酸银的二甲亚砜水溶液中，其中二甲亚砜水溶液中的二甲亚砜的体积浓度为30%，100 ℃下浸泡1h后取出；

(3)还原，将预处理后的纤维放入15g/L硼氢化钠溶液中进行还原处理，温度为20 ℃，60 min后取出；

(4)化学镀镍，将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为：硫酸镍40g/L，次亚磷酸钠10 g/L，二甲氨基硼烷10g/L，柠檬酸钠30 g/L，氨水15ml/L，镀液温度为40 ℃，施镀时间0.5h；

(5)化学镀铜，将镀镍芳纶纤维放入镀铜液中，化学镀铜液组成为：五水硫酸铜10 g/L，酒石酸钾钠15 g/L，乙二胺四乙酸二钠15 g/L，NaOH 15 g/L，HCHO 12 g/L，双联吡啶0.020 g/L，亚铁氰化钾0.007 g/L。镀液温度为40 ℃，施镀时间30 min。

实施例2

本实施例中的制备过程和步骤如下所述：

(1)除油，将芳纶纤维放入丙酮溶液中，超声波清洗40 min后取出，用去离子水漂洗干净。

(2)预处理，将纤维浸入30 g/L硝酸银的二甲亚砜水溶液中，其中二甲亚砜水溶液中的二甲亚砜的体积浓度为20%，60℃下浸泡2h后取出；

(3)还原，将预处理后的纤维放入5g/L硼氢化钾溶液中进行还原处理，温度为50 ℃，30 min后取出；

(4)化学镀镍，将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为：硫酸镍15g/L，次亚磷酸钠20 g/L，二甲氨基硼烷3g/L，柠檬酸钠20 g/L，氨水5ml/L，镀液温度为60 ℃，施镀时间1h；

(5)化学镀铜，将镀镍芳纶纤维放入镀铜液中，化学镀铜液组成为：五水硫酸铜15 g/L，酒石酸钾钠10 g/L，乙二胺四乙酸二钠20 g/L，NaOH 10 g/L，HCHO 15 g/L，双联吡啶0.015 g/L，亚铁氰化钾0.010 g/L。镀液温度为50 ℃，施镀时间60 min。

实施例3

本实施例中的制备过程和步骤如下所述：

(1)除油，将芳纶纤维放入丙酮溶液中，超声波清洗80min后取出，用去离子水漂洗干净。

(2)预处理，将纤维浸入50g/L硝酸银的二甲亚砜水溶液中，其中二甲亚砜水溶液中的二甲亚砜的体积浓度为10%，30 ℃下浸泡4h后取出；

(3)还原，将预处理后的纤维放入25g/L硼氢化钠溶液中进行还原处理，温度为35 ℃，20 min后取出；

(4)化学镀镍，将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为：硫酸镍25g/L，次亚磷酸钠15 g/L，二甲氨基硼烷6g/L，柠檬酸钠25 g/L，氨水10ml/L，镀液温度为80 ℃，施镀时间1h；

(5)化学镀铜，将镀镍芳纶纤维放入镀铜液中，化学镀铜液组成为：五水硫酸铜12 g/L，酒石酸钾钠20 g/L，乙二胺四乙酸二钠17 g/L，NaOH 12 g/L，HCHO 17 g/L，双联吡啶0.017 g/L，亚铁氰化钾0.009 g/L。镀液温度为60 ℃，施镀时间40 min。

Claims (1)

1. 一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：

a.洗涤及除油：将芳纶纤维放入丙酮中，超声波清洗40～80 min后取出，用去离子水漂洗干净；

b.预处理：将除油后的纤维放入含5～50g/L硝酸银的二甲亚砜水溶液中，其中二甲亚砜水溶液中的二甲亚砜的体积浓度为10~30%，在30～100 ℃下，浸渍1～4 h后取出，用去离子水漂洗干净；

c.还原：将预处理后的纤维放入5~25g/L还原剂硼氢化钠水溶液或硼氢化钾水溶液中浸渍，在20～50 ℃下，浸渍20～60 min后取出；

d.化学镀镍：

镀镍液用下列物质和水配制而成，反应液中各物质的含量为：

硫酸镍                                15～40g/L

次亚磷酸钠(还原剂)                     10～20 g/L

二甲氨基硼烷（还原剂）                3～10g/L

柠檬酸钠（络合剂）                    20～30 g/L

氨水（PH调节剂）                     5～15ml/L

将还原后的芳纶纤维浸入镀镍液中，40～80 ℃下，反应0.5～1 h后取出，用去离子水漂洗干净，得到表面均匀镀覆有镍的芳纶纤维；

e.化学镀铜：

镀铜液用下列物质和水配制而成，反应液中各物质的含量为：

五水硫酸铜                               10～15g/L

酒石酸钾钠（络合剂）                     10～20 g/L

        Na₂EDTA（乙二胺四乙酸二钠，络合剂）     15～20 g/L

         NaOH（PH调节剂）                      10～15 g/L

         HCHO                                   12～17 g/L

        双联吡啶（稳定剂）                       0.015～0.020 g/L

        亚铁氰化钾（稳定剂）                     0.007～0.010 g/L

将镀镍纤维浸入镀铜液中，40～60 ℃下，反应0.5～1 h后取出，用去离子水漂洗干净，置于干燥箱中干燥30 min, 得到内层为镍、外层为铜的双镀层导电芳纶纤维。