CN106012101A - 一种高导电复合纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高导电复合纤维的制备方法，属于纤维的制备技术领域。本发明以聚酯纤维与亚麻纤维为主要原料，对其进行切割，清洗等一系列的预处理过程，将烘干的纤维和苯胺进行原位聚合生成掺杂聚苯胺的纤维，使纤维有效吸附聚苯胺从而具有导电性，将掺杂聚苯胺的纤维加入氯化铝溶液中，以硼氢化钠溶液为还原剂进行还原反应，可使纳米铝与掺杂聚苯胺的纤维相结合，进一步提高纤维的导电率和电荷贮存能力，最终制得高导电复合纤维。本发明中制备的高导电复合纤维电导率为1.5×10‑4～3.2×10‑ 2S/cm，导电性能好；且强度等相关力学性能优异，扩大了其使用领域。

Description

一种高导电复合纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高导电复合纤维的制备方法，属于纤维的制备技术领域。
背景技术
导电纤维是20世纪60年代出现的一种新的纤维品种，这类纤维具有良好的导电性和耐久性，特别是在低湿度下仍具有良好的耐久抗静电性，因此在工业、民用等领域有着很大的用途。
导电纤维的制备方法有许多种，随着研究的不断深入，根据制得纤维的最终性能和制备工艺，人们逐步淘汰了一些落后的制备方法。目前，制备到导电纤维的方法主要有三种:一是在纤维等纺织品表面用物理或化学方法使纤维表面形成金属镀层，这种方法由于形成的金属镀层往往使纤维的手感变得粗硬，难以进行纺织加工，且生产设备投资大，效率低，生产成本高；二是用化学方法在纤维表面形成半导体薄层，化学方法工艺较简单，对纤维的物理机械性能影响不大，导电性较好，但导电耐久性较差；三是把导电微粒混入纺丝熔体中，通过复合纺丝制成皮芯结构或海岛结构的导电纤维，用这种方法制得的纤维导电耐久性优良，且因加入导电粒子较少，不损害纤维的物理性能，因而受到广泛关注。但是，采用这种工艺制备抗静电纤维时，通常所使用的导电填料粒子尺寸多为μm级，并不具有纳米材料的特性，而且在成型加工过程中，往往会加重设备的损耗，不利于降低生产成本，同时，由于大部分抗静电添加物本身带有颜色，造成纤维的后加工(尤其是染色时) 困难。
在众多的导电高聚物中，聚苯胺具有原料易得、制备简便、稳定性好、电荷贮存能力强、电导率高等特点，是最有前途的导电聚合物之一。聚苯胺导电纤维的制备方法主要有熔体纺丝法和原位聚合法两种。熔体纺丝法在实际生产中有很大的局限性，因为聚苯胺在普通溶剂中溶解性很差，可供选择的溶剂极少(主要是浓硫酸和N-甲基吡咯烷酮)，对纺丝设备及纺丝操作的要求十分苛刻。原位聚合法则具有诸多优点，如工艺简单、节约成本、纤维导电性能优良，且可纺性好等，具有极高的研究价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对以聚合物/导电炭黑复合材料制备的导电纤维流变性能差，导致其材料的成型加工性能和力学性能变差的问题，提供了一种以聚酯纤维与亚麻纤维为主要原料，对其进行切割，清洗等一系列的预处理过程，将烘干的纤维和苯胺进行原位聚合生成掺杂聚苯胺的纤维，使纤维有效吸附聚苯胺从而具有导电性，将掺杂聚苯胺的纤维加入氯化铝溶液中，以硼氢化钠溶液为还原剂进行还原反应，可使纳米铝与掺杂聚苯胺的纤维相结合，进一步提高纤维的导电率和电荷贮存能力。本发明制备的高导电复合纤维导电性好，材料的成型加工性和力学性能高。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取80～100g聚酯纤维和120～150g亚麻纤维，分别加入纤维切割机中，切成8～12mm长度的短纤维，将切割成的短纤维进行混合，得混合短纤维，按固液比1:6，分别加入去离子水和无水乙醇中进行超声清洗8～10min；
（2）将上述清洗后的混合短纤维与浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液按固液比1:20混合，放入水浴中，在80～85℃下搅拌处理60～80min，处理后过滤并将滤渣用50～80℃的温水冲洗2～3次，冲洗后再按固液比1:3加入去离子水中，用质量分数10%盐酸调节pH值到中性后，浸泡20～30min，过滤，将滤渣烘干；
（3）按固液比1:3，将上述烘干后的滤渣加入质量分数15%草酸溶液中，搅拌混合后，将混合物放入烘箱中，在55～65℃下放置6～8h，再升高温度至100～110℃，放置1～3h后，取出，冷却至室温后进行过滤，将滤渣用去离子水淋洗4～6min，淋洗后烘干；
（4）将上述烘干后的纤维浸于苯胺纯溶液中，浸泡3～4h后，机械挤压，使苯胺在纤维上的轧余率为45～55%，将吸附苯胺的纤维按固液比1:50置于反应液中混合，将混合物在180～220W超声功率下分散15～25min，使得纤维分散均匀后，置于30～35℃的水浴中搅拌反应80～100min，反应后抽滤，将滤渣用去离子水洗涤3～5次后，在60～70℃下烘干即可得到掺杂聚苯胺的纤维；所述的反应液是由浓度为0.25～0.50mol/L过硫酸铵溶液和0.5～0.8mol/L甲苯磺酸溶液按体积比1:1进行混合；
（5）将上述掺杂聚苯胺的纤维按固液比1:10加入到浓度0.01mol/L氯化铝溶液中，搅拌混合后浸泡8～10h，浸泡后过滤、清洗，将清洗后的纤维再按固液比1:10加入到浓度为0.01mol/L硼氢化钠溶液中浸泡1～2h，浸泡取出后用去离子水淋洗5～8min，淋洗后进行纺丝形成复合纤维，放入烘箱中，在50～60℃下干燥8～10h，即可得到高导电复合纤维。
本发明制备的高导电复合纤维电导率为1.5×10-4～3.2×10-2S/cm，强度为3.45～4.23cN/dtex，断裂伸长率为5.25～6.03％。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明中制备的高导电复合纤维电导率为1.5×10-4～3.2×10-2S/cm，导电性能好；
（2）本发明制备的高导电复合纤维强度等相关力学性能优异，扩大了其使用领域；
（3）本发明将聚酯纤维和亚麻纤维复合可以提高纤维的力学性能，而且制备方法简单，成本低。
具体实施方式
首先称取80～100g聚酯纤维和120～150g亚麻纤维，分别加入纤维切割机中，切成8～12mm长度的短纤维，将切割成的短纤维进行混合，得混合短纤维，按固液比1:6，分别加入去离子水和无水乙醇中进行超声清洗8～10min；将上述清洗后的混合短纤维与浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液按固液比1:20混合，放入水浴中，在80～85℃下搅拌处理60～80min，处理后过滤并将滤渣用50～80℃的温水冲洗2～3次，冲洗后再按固液比1:3加入去离子水中，用质量分数10%盐酸调节pH值到中性后，浸泡20～30min，过滤，将滤渣烘干；再按固液比1:3，将上述烘干后的滤渣加入质量分数15%草酸溶液中，搅拌混合后，将混合物放入烘箱中，在55～65℃下放置6～8h，再升高温度至100～110℃，放置1～3h后，取出，冷却至室温后进行过滤，将滤渣用去离子水淋洗4～6min，淋洗后烘干；上述烘干后的纤维浸于苯胺纯溶液中，浸泡3～4h后，机械挤压，使苯胺在纤维上的轧余率为45～55%，将吸附苯胺的纤维按固液比1:50置于反应液中混合，将混合物在180～220W超声功率下分散15～25min，使得纤维分散均匀后，置于30～35℃的水浴中搅拌反应80～100min，反应后抽滤，将滤渣用去离子水洗涤3～5次后，在60～70℃下烘干即可得到掺杂聚苯胺的纤维；所述的反应液是由浓度为0.25～0.50mol/L过硫酸铵溶液和0.5～0.8mol/L甲苯磺酸溶液按体积比1:1进行混合；最后将上述掺杂聚苯胺的纤维按固液比1:10加入到浓度0.01mol/L氯化铝溶液中，搅拌混合后浸泡8～10h，浸泡后过滤、清洗，将清洗后的纤维再按固液比1:10加入到浓度为0.01mol/L硼氢化钠溶液中浸泡1～2h，浸泡取出后用去离子水淋洗5～8min，淋洗后进行纺丝形成复合纤维，放入烘箱中，在50～60℃下干燥8～10h，即可得到高导电复合纤维。
实例1
首先称取100g聚酯纤维和150g亚麻纤维，分别加入纤维切割机中，切成12mm长度的短纤维，将切割成的短纤维进行混合，得混合短纤维，按固液比1:6，分别加入去离子水和无水乙醇中进行超声清洗10min；将上述清洗后的混合短纤维与浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液按固液比1:20混合，放入水浴中，在85℃下搅拌处理80min，处理后过滤并将滤渣用80℃的温水冲洗3次，冲洗后再按固液比1:3加入去离子水中，用质量分数10%盐酸调节pH值到中性后，浸泡30min，过滤，将滤渣烘干；再按固液比1:3，将上述烘干后的滤渣加入质量分数15%草酸溶液中，搅拌混合后，将混合物放入烘箱中，在65℃下放置8h，再升高温度至110℃，放置3h后，取出，冷却至室温后进行过滤，将滤渣用去离子水淋洗6min，淋洗后烘干；将上述烘干后的纤维浸于苯胺纯溶液中，浸泡4h后，机械挤压，使苯胺在纤维上的轧余率为55%，将吸附苯胺的纤维按固液比1:50置于反应液中混合，将混合物在220W超声功率下分散25min，使得纤维分散均匀后，置于35℃的水浴中搅拌反应100min，反应后抽滤，将滤渣用去离子水洗涤5次后，在70℃下烘干即可得到掺杂聚苯胺的纤维；所述的反应液是由浓度为0.50mol/L过硫酸铵溶液和0.8mol/L甲苯磺酸溶液按体积比1:1进行混合；最后将上述掺杂聚苯胺的纤维按固液比1:10加入到浓度0.01mol/L氯化铝溶液中，搅拌混合后浸泡10h，浸泡后过滤、清洗，将清洗后的纤维再按固液比1:10加入到浓度为0.01mol/L硼氢化钠溶液中浸泡2h，浸泡取出后用去离子水淋洗8min，淋洗后进行纺丝形成复合纤维，放入烘箱中，在60℃下干燥10h，即可得到高导电复合纤维。经检测，本发明制备的高导电复合纤维电导率为3.2×10-2S/cm，导电性能好；强度为4.23cN/dtex，断裂伸长率为6.03％。
实例2
首先称取80g聚酯纤维和120g亚麻纤维，分别加入纤维切割机中，切成8mm长度的短纤维，将切割成的短纤维进行混合，得混合短纤维，按固液比1:6，分别加入去离子水和无水乙醇中进行超声清洗8min；将上述清洗后的混合短纤维与浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液按固液比1:20混合，放入水浴中，在80℃下搅拌处理60min，处理后过滤并将滤渣用50℃的温水冲洗2次，冲洗后再按固液比1:3加入去离子水中，用质量分数10%盐酸调节pH值到中性后，浸泡20min，过滤，将滤渣烘干；再按固液比1:3，将上述烘干后的滤渣加入质量分数15%草酸溶液中，搅拌混合后，将混合物放入烘箱中，在55℃下放置6h，再升高温度至100℃，放置1h后，取出，冷却至室温后进行过滤，将滤渣用去离子水淋洗4min，淋洗后烘干；将上述烘干后的纤维浸于苯胺纯溶液中，浸泡3h后，机械挤压，使苯胺在纤维上的轧余率为45%，将吸附苯胺的纤维按固液比1:50置于反应液中混合，将混合物在180W超声功率下分散15min，使得纤维分散均匀后，置于30℃的水浴中搅拌反应80min，反应后抽滤，将滤渣用去离子水洗涤3次后，在60℃下烘干即可得到掺杂聚苯胺的纤维；所述的反应液是由浓度为0.25mol/L过硫酸铵溶液和0.5mol/L甲苯磺酸溶液按体积比1:1进行混合；最后将上述掺杂聚苯胺的纤维按固液比1:10加入到浓度0.01mol/L氯化铝溶液中，搅拌混合后浸泡8h，浸泡后过滤、清洗，将清洗后的纤维再按固液比1:10加入到浓度为0.01mol/L硼氢化钠溶液中浸泡1h，浸泡取出后用去离子水淋洗5min，淋洗后进行纺丝形成复合纤维，放入烘箱中，在50℃下干燥8h，即可得到高导电复合纤维。经检测，本发明制备的高导电复合纤维电导率为1.5×10-4S/cm，导电性能好；强度为3.45cN/dtex，断裂伸长率为5.25％。
实例3
首先称取90g聚酯纤维和130g亚麻纤维，分别加入纤维切割机中，切成10mm长度的短纤维，将切割成的短纤维进行混合，得混合短纤维，按固液比1:6，分别加入去离子水和无水乙醇中进行超声清洗9min；将上述清洗后的混合短纤维与浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液按固液比1:20混合，放入水浴中，在82℃下搅拌处理70min，处理后过滤并将滤渣用60℃的温水冲洗2次，冲洗后再按固液比1:3加入去离子水中，用质量分数10%盐酸调节pH值到中性后，浸泡25min，过滤，将滤渣烘干；再按固液比1:3，将上述烘干后的滤渣加入质量分数15%草酸溶液中，搅拌混合后，将混合物放入烘箱中，在60℃下放置7h，再升高温度至105℃，放置2h后，取出，冷却至室温后进行过滤，将滤渣用去离子水淋洗5min，淋洗后烘干；将上述烘干后的纤维浸于苯胺纯溶液中，浸泡3h后，机械挤压，使苯胺在纤维上的轧余率为50%，将吸附苯胺的纤维按固液比1:50置于反应液中混合，将混合物在200W超声功率下分散20min，使得纤维分散均匀后，置于32℃的水浴中搅拌反应90min，反应后抽滤，将滤渣用去离子水洗涤4次后，在65℃下烘干即可得到掺杂聚苯胺的纤维；所述的反应液是由浓度为0.35mol/L过硫酸铵溶液和0.7mol/L甲苯磺酸溶液按体积比1:1进行混合；最后将上述掺杂聚苯胺的纤维按固液比1:10加入到浓度0.01mol/L氯化铝溶液中，搅拌混合后浸泡9h，浸泡后过滤、清洗，将清洗后的纤维再按固液比1:10加入到浓度为0.01mol/L硼氢化钠溶液中浸泡1h，浸泡取出后用去离子水淋洗7min，淋洗后进行纺丝形成复合纤维，放入烘箱中，在55℃下干燥9h，即可得到高导电复合纤维。经检测，本发明制备的高导电复合纤维电导率为3.2×10-3S/cm，导电性能好；强度为3.65cN/dtex，断裂伸长率为5.45％。

Claims (1)

1.一种高导电复合纤维的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取80～100g聚酯纤维和120～150g亚麻纤维，分别加入纤维切割机中，切成8～12mm长度的短纤维，将切割成的短纤维进行混合，得混合短纤维，按固液比1:6，分别加入去离子水和无水乙醇中进行超声清洗8～10min；
（2）将上述清洗后的混合短纤维与浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液按固液比1:20混合，放入水浴中，在80～85℃下搅拌处理60～80min，处理后过滤并将滤渣用50～80℃的温水冲洗2～3次，冲洗后再按固液比1:3加入去离子水中，用质量分数10%盐酸调节pH值到中性后，浸泡20～30min，过滤，将滤渣烘干；
（3）按固液比1:3，将上述烘干后的滤渣加入质量分数15%草酸溶液中，搅拌混合后，将混合物放入烘箱中，在55～65℃下放置6～8h，再升高温度至100～110℃，放置1～3h后，取出，冷却至室温后进行过滤，将滤渣用去离子水淋洗4～6min，淋洗后烘干；
（4）将上述烘干后的纤维浸于苯胺纯溶液中，浸泡3～4h后，机械挤压，使苯胺在纤维上的轧余率为45～55%，将吸附苯胺的纤维按固液比1:50置于反应液中混合，将混合物在180～220W超声功率下分散15～25min，使得纤维分散均匀后，置于30～35℃的水浴中搅拌反应80～100min，反应后抽滤，将滤渣用去离子水洗涤3～5次后，在60～70℃下烘干即可得到掺杂聚苯胺的纤维；所述的反应液是由浓度为0.25～0.50mol/L过硫酸铵溶液和0.5～0.8mol/L甲苯磺酸溶液按体积比1:1进行混合；
（5）将上述掺杂聚苯胺的纤维按固液比1:10加入到浓度0.01mol/L氯化铝溶液中，搅拌混合后浸泡8～10h，浸泡后过滤、清洗，将清洗后的纤维再按固液比1:10加入到浓度为0.01mol/L硼氢化钠溶液中浸泡1～2h，浸泡取出后用去离子水淋洗5～8min，淋洗后进行纺丝形成复合纤维，放入烘箱中，在50～60℃下干燥8～10h，即可得到高导电复合纤维。
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