一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維制備方法與流程

本發(fā)明提供一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維制備方法，，特別是提供一種用化學(xué)鍍工藝制備金屬鍍層芳綸纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：

芳香族聚酰胺纖維簡(jiǎn)稱芳綸纖維，英文為Aramid fiber,有對(duì)位（PPTA）和間位（PMIA）兩種類型。芳綸纖維最先由美國(guó)杜邦公司研制，其對(duì)位芳綸纖維商品名為Kevlar?，間位芳綸纖維商品名為Nomex?。對(duì)位芳綸纖維具有高強(qiáng)、高模、耐高溫、耐酸堿、阻燃，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)異的性能，其強(qiáng)度是鋼絲的5～6倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的2～3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量?jī)H為鋼絲的1/5左右，在560℃的溫度下，不分解、不熔化，同時(shí)，它具有良好的絕緣性和抗老化性能，因此主要用于航空航天和軍事等高技術(shù)領(lǐng)域。間位芳綸纖維與對(duì)位芳綸纖維具有相同的防火阻燃性能，但機(jī)械性能低于后者，主要用于個(gè)體防護(hù)服裝面料材料。

現(xiàn)有的用于塑料材料化學(xué)鍍的表面處理方法不適用在芳綸纖維的表面制備金屬鍍層。例如，美國(guó)那慕爾杜邦公司系列專利[US 5302415，US 5422142，US 5453299]公開(kāi)一種化學(xué)鍍芳綸纖維的表面處理方法，該方法首先采用濃硫酸浸漬，使纖維表面粗化，然后采用傳統(tǒng)的氯化亞錫和氯化鈀敏化-活化的方法，再經(jīng)化學(xué)鍍獲得不同的金屬鍍層，該方法可有效提高纖維和鍍層之間的粘結(jié)強(qiáng)度，但是，芳綸纖維的表面粗化勢(shì)必破壞纖維的表層結(jié)構(gòu)，降低其力學(xué)性能；中國(guó)專利 ，其專利號(hào)為200910198237.4《鍍鎳鍍銀芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維的制備方法》和專利號(hào)為201310685423.7“一種芳綸銀導(dǎo)電纖維及其制備方法”中分別公開(kāi)了采用傳統(tǒng)的敏化-活化和化學(xué)鍍鎳鍍銀方法制備鍍鎳鍍銀芳綸纖維。但是，該方法在敏化-活化和化學(xué)鍍鎳鍍銀過(guò)程中，既消耗貴金屬鈀，又會(huì)造成環(huán)境污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維制備方法。

本發(fā)明通過(guò)對(duì)芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維進(jìn)行清洗除油處理，除去纖維在加工過(guò)程中的油劑和表面的污垢；將除油后的纖維放入極性有機(jī)溶劑芳綸纖維進(jìn)行溶脹，增大纖維表面積和潤(rùn)濕性；再放入鹽酸鹽溶液中浸漬，使芳綸纖維表層吸附氯離子；再將浸漬后的芳綸纖維放入硝酸銀溶液中浸漬，用硼氫化鈉還原成具有催化活性的銀顆粒，芳綸纖維表層的銀顆粒起催化作用形成纖維和后續(xù)鍍層間的錨接點(diǎn)；最后用化學(xué)鍍法在芳綸纖維的表面制備金屬鍍層。

根據(jù)上述機(jī)理，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維的制備方法，其具體步驟如下：

(1). 洗滌及除油：將芳香族聚酰胺纖維放入丙酮溶液中，超聲波清洗10～60 min后取出，用去離子水漂洗干凈，得到除油后的芳香族聚酰胺纖維；

(2). 溶脹和浸漬：首先將除油后的纖維放入濃度為10%～30%的極性有機(jī)溶劑和水的混合溶液中進(jìn)行溶脹，再放入濃度為5～25g/L的鹽酸鹽水溶液中浸漬，其中，浸漬溫度為30～100 ℃，浸漬時(shí)間為1～4小時(shí)，浸漬后取出，用去離子水清洗，清洗后，將其放入濃度為5～50g/L硝酸銀水溶液中浸漬，其中，浸漬溫度為30～100℃，浸漬時(shí)間為1～2h，使其表層具有纖維和后續(xù)鍍層間的錨接點(diǎn)，浸漬后取出，用去離子水漂洗干凈，得到浸漬后的芳香族聚酰胺纖維；

(3). 還原：將上述浸漬后的芳香族聚酰胺纖維放入5～25g/L的還原劑硼氫化鈉或硼氫化鉀水溶液或硼氫化鉀水溶液中進(jìn)行還原反應(yīng)，其中，還原溫度為20～50 ℃，還原時(shí)間為20～60 min，使芳綸纖維表層的氯化銀還原成具有催化活性的銀顆粒，還原后取出，用去離子水清洗，得到還原后的芳香族聚酰胺纖維（PPTA）；

(4). 化學(xué)鍍：

(4-1). 配制化學(xué)鍍金屬的反應(yīng)液；

(4-2). 將還原后的纖維放入化學(xué)鍍金屬的反應(yīng)溶液中，其中，鍍液溫度為25～90 ℃，施鍍時(shí)間為0.5～1h，反應(yīng)后取出，用去離子水漂洗干凈 ，在芳香族聚酰胺纖維的表面鍍覆有金屬鍍層，即制得金屬鍍層的芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維。

上述芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維為聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）、聚間苯二甲酰間苯二胺纖維（PMIA）中的一種。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有的優(yōu)點(diǎn)如下：

本發(fā)明的方法，首先在芳綸纖維表層“植入”具有催化活性的金屬粒子，再通過(guò)化學(xué)鍍方法制備金屬涂層芳綸纖維，該方法具有工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，纖維力學(xué)性能損傷小、不使用金屬鈀，且獲得的鍍層與纖維基體的結(jié)合力強(qiáng)等特點(diǎn)，可用于特種電磁屏蔽材料及柔性導(dǎo)體材料，應(yīng)用于航空航天、電子信息和軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的一種銅鍍層的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）的SEM圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所制備的一種銀鍍層的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）的SEM圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3所制備的一種鎳鍍層的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）的SEM圖。

具體的實(shí)施方案

現(xiàn)將本發(fā)明的實(shí)施例敘述于下。

實(shí)施例1

一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維制備方法，具體步驟如下：

(1). 洗滌及除油：將聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）放入丙酮溶液中，超聲波清洗40 min后取出，用去離子水漂洗干凈，得到除油后的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）；

(2) 溶脹和浸漬：將纖維浸入濃度為25%的二甲亞砜（DMSO）的水溶液中進(jìn)行溶脹，再放入濃度為8g/L的CaCl₂水溶液中浸漬，其中，浸漬溫度為50℃，浸漬時(shí)間為3h，浸漬后取出，用去離子水清洗，清洗后，放入濃度為25g/L硝酸銀的水溶液中浸漬，其中，浸漬溫度為80 ℃，浸漬時(shí)間為1h，使其表層具有纖維和后續(xù)鍍層間的錨接點(diǎn)，浸漬后取出，用去離子水清洗干凈，得到浸漬后的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）；

(3) 還原：將上述浸漬后的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）放入15g/L的硼氫化鈉溶液中進(jìn)行還原反應(yīng)，其中，還原溫度為20 ℃，還原時(shí)間為60 min，使芳綸纖維表層的氯化銀還原成具有催化活性的銀顆粒，還原后取出，用去離子水清洗干凈，得到還原后的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）；

(4) 化學(xué)鍍銅：

(4-1).配制化學(xué)鍍銅反應(yīng)溶液，其中各組成及其濃度為：

五水硫酸銅 5～15 g/L

乙二胺四乙酸二鈉 10～35 g/L

三乙醇胺 10～50 ml/L

二甲氨基硼烷 2～4 g/L

氨水 2～5 ml/L

(4-2). 將還原后的纖維放入鍍銅反應(yīng)溶液中，鍍液溫度為60 ℃，施鍍時(shí)間為0.5 h，反應(yīng)后取出，用去離子水漂洗干凈 ，在聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）的表面鍍覆有銅鍍層,。

實(shí)施例2

一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維制備方法，具體過(guò)程和步驟如下所述：

(1). 洗滌及除油：將聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）放入丙酮溶液中，超聲波清洗30 min后取出，用去離子水漂洗干凈，得到除油后的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）；

(2) 溶脹和浸漬：將纖維浸入濃度為20%的N-甲基吡咯烷酮（NMP）的水溶液中進(jìn)行溶脹，再放入濃度為10g/L 的KCl的水溶液中浸漬，其中，在浸漬溫度為80℃，浸漬時(shí)間為2h，浸漬后取出，用去離子水清洗，清洗后，放入濃度為30g/L的硝酸銀的水溶液中浸漬，其中，浸漬溫度為60 ℃，浸漬時(shí)間為1.5 h，使其表層具有纖維和后續(xù)鍍層間的錨接點(diǎn)，浸漬后取出，用去離子水清洗干凈，得到浸漬后的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）；

(3) 還原：將上述浸漬后的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）放入20g/L的硼氫化鉀溶液中進(jìn)行還原反應(yīng)，其中，還原溫度為30 ℃，還原時(shí)間為45 min，使芳綸纖維表層的氯化銀還原成具有催化活性的銀顆粒，還原后取出，用去離子水清洗干凈，得到還原后的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）；

(4) 化學(xué)鍍銀：

(4-1). 配制化學(xué)鍍銀反應(yīng)溶液， 其中各組成及其濃度為：

硝酸銀 5～10 g/L

氨水 20～50 ml/L

乙二胺 10～35 ml/L

氫氧化鉀 3～6 g/L

葡萄糖 5～10 g/L

酒石酸鉀鈉 2～4 g/L

乙醇 20～40 ml/L

(4-2). 將還原后的纖維放入鍍銀反應(yīng)溶液中，其中，鍍液溫度為30 ℃，施鍍時(shí)間0.5 h，反應(yīng)后取出，用去離子水漂洗干凈 ，在聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）的表面鍍覆有銀鍍層,。

實(shí)施例3

一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維制備方法，具體過(guò)程和步驟如下所述：

(1). 洗滌及除油：將聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）放入丙酮溶液中，超聲波清洗50 min后取出，用去離子水漂洗干凈，得到除油后的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）；

(2) 溶脹和浸漬：將纖維浸入濃度為25%的二甲基甲酰胺（DMF）的水溶液中進(jìn)行溶脹，再放入濃度為15g/L 的NaCl的水溶液中浸漬，其中，浸漬溫度為60℃，浸漬時(shí)間為2.5 h，浸漬后取出，經(jīng)用去離子水清洗，清洗后，放入濃度為20g/L的硝酸銀的水溶液中浸漬，其中，在浸漬溫度為70 ℃，浸漬時(shí)間為1.5 h，使其表層具有纖維和后續(xù)鍍層間的錨接點(diǎn)，浸漬后取出，用去離子水清洗干凈，得到浸漬后的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）；

(3). 還原：將上述浸漬后的苯二甲酰對(duì)苯二纖維（PPTA）放入10g/L的硼氫化鈉溶液中進(jìn)行還原反應(yīng)，其中，還原溫度為40 ℃，還原時(shí)間為40 min，使芳綸纖維表層的氯化銀還原成具有催化活性的銀顆粒，還原后取出，用去離子水清洗干凈，得到還原后的苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）；

(4). 化學(xué)鍍鎳：

(4-1). 配制化學(xué)鍍鎳溶液，其中各組成其濃度為：

硫酸鎳 10～20g/L

檸檬酸鈉 20～50 g/L

氨水 2～5ml/L

次亞磷酸鈉 10～35 g/L

二甲氨基硼烷 2～5g/L

(4-2). 將聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）放入鍍鎳反應(yīng)溶液中，其中，鍍液溫度為60 ℃，施鍍時(shí)間1h，反應(yīng)后取出，用去離子水漂洗干凈 ，在聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維（PPTA）的表面鍍覆有鎳鍍層。

參見(jiàn)圖1、圖2和圖3，從圖中可以得出，本發(fā)明實(shí)施例1-3所制備的芳香族聚酰胺導(dǎo)電纖維表面鍍覆的金屬鍍層比較均勻，致密，其鍍層與纖維基體的結(jié)合較強(qiáng)，沒(méi)有剝落現(xiàn)象。