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导电芳纶纤维的制备与性能研究

梁晶晶  
【摘要】:普通纺织纤维,特别是化纤,极易产生和积累大量静电,在易燃易爆环境中,静电放电火花作为点火源常会引起燃爆灾害事故。同时绝大多数化学纤维又都属于可燃或易燃材料,遇到高热或明火会产生熔融、滴落,对使用者容易造成二次灼伤。芳纶纤维是一种高性能的高分子合成材料,具有高强、高模、耐高温,阻燃,化学稳定性等优异的性能而广泛应用于军工、防护领域、产业领域及复合材料增强体等等。在芳纶纤维表面镀覆导电金属,使纤维表面金属化,可使其具有消除静电、导电、电磁屏蔽的功能,而且具有比金属线质轻、柔软的特点。本文通过对芳纶纤维的表面预处理,采用化学镀的方法,分别制备了导电性能良好的镍-铜复合镀层和银镀层的导电芳纶纤维,并对其性能进行了研究。 本文主要内容如下: (1)采用金属化与溶胀处理相结合的方式,对芳纶纤维进行表面改性。以金属化试剂“DMSO-NaH”,即二甲基亚硫酰钠的二甲亚砜溶液,对芳纶纤维进行金属化溶胀处理,可得到较好的改性效果。控制处理时间在10min,金属化试剂的浓度为5gNaH-150gDMSO,处理温度为30±5℃;处理后,纤维表面均匀布满50~300nm的凹坑,这些凹坑在化学镀过程中作为锚固点,增加镀层与纤维的机械咬合力,从而提高镀层与基体的结合强度。 (2)芳纶纤维进行化学镀前的预处理工艺条件如下:金属化溶胀处理(金属化试剂5gNaH-150gDMSO;温度30℃;处理时间10min;)、敏化(SnCl_220g/L,浓HCl20ml/L;温度30℃,时间10min)、活化(PdCl20.33g/L,浓HCl4ml/L;温度30℃,时间10min)、中和(NaOH10g/L,甲醛20ml/L;室温下2min)。 (3)通过电位-pH图等热力学分析,研究了化学镀铜和化学镀镍的热力学可行性。通过正交试验,得到化学镀镍的配方和工艺:硫酸镍25g/L、柠檬酸钠16g/L、氯化铵28g/L、次亚磷酸钠28g/L、硫脲2mg/L、pH值8.5、温度50°C。对化学镀铜过程进行了动力学研究,并计算出镀镍芳纶纤维表面化学镀铜的动力学方程r=16.68[Cu~(2+)]~(0.73)[HCHO]~(0.64)[OH~-]~(0.14)exp[6.515*((T-308)/T)通过正交试验和优化实验,得到化学镀铜的配方和工艺:硫酸铜18g/L、甲醛10ml/L、酒石酸钾钠45g/L、甲醇5ml/L、聚乙二醇(6000)4mg/L、亚铁氰化钾10mg/L、pH值12.5、温度35°C。制备的镍-铜复合镀层芳纶纤维具有良好的导电性能,电阻为0.4/cm,并保持了其优异的力学性能和热稳定性能,断裂强力为45N,强度保持率高达97%。冷热循环试验结果表明镍-铜镀层与芳纶纤维的结合力较好。 (4)通过电位-pH图等热力学分析,研究了化学镀银的热力学可行性,并绘制了乙二胺、氨水为双络合剂,葡萄糖、酒石酸钾钠为复合还原剂的银-水体系电位-pH图。通过正交试验和优化实验,得到化学镀银的优化配方和工艺:硝酸银10g/L、氨水60ml/L、乙二胺20ml/L、氢氧化钾6g/L、葡萄糖8g/L、酒石酸钾钠2.5g/L、乙醇40ml/L、聚乙二醇(1000)75mg/L、温度25~30°C。对化学镀银过程进行了动力学研究,并计算出芳纶纤维表面化学镀银的动力学方程为:r=2.4591[Ag~+]~(0.27)[L_1]~(-0.25)[L_2]~(-0.57)[C_4O_6H_4~2]~(0.21)[C_6H_(12)O_6]~(0.24)[OH~-]~(0.05)exp[4.95*((T-298)/T)通过优化配方制备的镀银芳纶纤维具有良好的导电性能,电阻为0.25/cm,并保持了其优异的力学性能和热稳定性能,断裂强力为44N,强度保持率高达95.7%,并且银镀层与芳纶纤维的结合力较好。 (5)经苯骈三氮唑和丙烯酸树脂处理后的镀银芳纶纤维,银镀层的耐腐蚀能力大大提高。


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