一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導電纖維制備方法與流程

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

背景技術：

芳香族聚酰胺纖維簡稱芳綸纖維，英文為Aramid fiber,有對位（PPTA）和間位（PMIA）兩種類型。芳綸纖維最先由美國杜邦公司研制，其對位芳綸纖維商品名為Kevlar?，間位芳綸纖維商品名為Nomex?。對位芳綸纖維具有高強、高模、耐高溫、耐酸堿、阻燃，化學穩定性好等優異的性能，其強度是鋼絲的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，而重量僅為鋼絲的1/5左右，在560℃的溫度下，不分解、不熔化，同時，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領域。間位芳綸纖維與對位芳綸纖維具有相同的防火阻燃性能，但機械性能低于后者，主要用于個體防護服裝面料材料。

現有的用于塑料材料化學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，美國那慕爾杜邦公司系列專利[US 5302415，US 5422142，US 5453299]公開一種化學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，然后采用傳統的氯化亞錫和氯化鈀敏化-活化的方法，再經化學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強度，但是，芳綸纖維的表面粗化勢必破壞纖維的表層結構，降低其力學性能；中國專利 ，其專利號為200910198237.4《鍍鎳鍍銀芳香族聚酰胺導電纖維的制備方法》和專利號為201310685423.7“一種芳綸銀導電纖維及其制備方法”中分別公開了采用傳統的敏化-活化和化學鍍鎳鍍銀方法制備鍍鎳鍍銀芳綸纖維。但是，該方法在敏化-活化和化學鍍鎳鍍銀過程中，既消耗貴金屬鈀，又會造成環境污染。

技術實現要素：

本發明目的是提供一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導電纖維制備方法。

本發明通過對芳香族聚酰胺導電纖維進行清洗除油處理，除去纖維在加工過程中的油劑和表面的污垢；將除油后的纖維放入極性有機溶劑芳綸纖維進行溶脹，增大纖維表面積和潤濕性；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鍍層間的錨接點；最后用化學鍍法在芳綸纖維的表面制備金屬鍍層。

根據上述機理，本發明采用如下技術方案：

一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導電纖維的制備方法，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%的極性有機溶劑和水的混合溶液中進行溶脹，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 ℃，浸漬時間為1～4小時，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℃，浸漬時間為1～2h，使其表層具有纖維和后續鍍層間的錨接點，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行還原反應，其中，還原溫度為20～50 ℃，還原時間為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). 化學鍍：

(4-1). 配制化學鍍金屬的反應液；

(4-2). 將還原后的纖維放入化學鍍金屬的反應溶液中，其中，鍍液溫度為25～90 ℃，施鍍時間為0.5～1h，反應后取出，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電纖維。

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

本發明與現有技術相比較，具有的優點如下：

本發明的方法，首先在芳綸纖維表層“植入”具有催化活性的金屬粒子，再通過化學鍍方法制備金屬涂層芳綸纖維，該方法具有工藝簡單、經濟，纖維力學性能損傷小、不使用金屬鈀，且獲得的鍍層與纖維基體的結合力強等特點，可用于特種電磁屏蔽材料及柔性導體材料，應用于航空航天、電子信息和軍事、醫學等領域。

附圖說明

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

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

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

具體的實施方案

現將本發明的實施例敘述于下。

實施例1

一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導電纖維制備方法，具體步驟如下：

(1). 洗滌及除油：將聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（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，得到除油后的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（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 ℃，浸漬時間為1h，使其表層具有纖維和后續鍍層間的錨接點，浸漬后取出，用去離子水清洗干凈，得到浸漬后的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（PPTA）；

(3) 還原：將上述浸漬后的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（PPTA）放入15g/L的硼氫化鈉溶液中進行還原反應，其中，還原溫度為20 ℃，還原時間為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，得到還原后的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（PPTA）；

(4) 化學鍍銅：

(4-1).配制化學鍍銅反應溶液，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溶液中，鍍液溫度為60 ℃，施鍍時間為0.5 h，反應后取出，用去離子水漂洗干凈 ，在聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（PPTA）的表面鍍覆有銅鍍層,。

實施例2

一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導電纖維制備方法，具體過程和步驟如下所述：

(1). 洗滌及除油：將聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（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，得到除油后的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（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 ℃，浸漬時間為1.5 h，使其表層具有纖維和后續鍍層間的錨接點，浸漬后取出，用去離子水清洗干凈，得到浸漬后的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（PPTA）；

(3) 還原：將上述浸漬后的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（PPTA）放入20g/L的硼氫化鉀溶液中進行還原反應，其中，還原溫度為30 ℃，還原時間為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，得到還原后的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（PPTA）；

(4) 化學鍍銀：

(4-1). 配制化學鍍銀反應溶液， 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溶液中，其中，鍍液溫度為30 ℃，施鍍時間0.5 h，反應后取出，用去離子水漂洗干凈 ，在聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（PPTA）的表面鍍覆有銀鍍層,。

實施例3

一種金屬鍍層的芳香族聚酰胺導電纖維制備方法，具體過程和步驟如下所述：

(1). 洗滌及除油：將聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（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，得到除油后的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（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℃，浸漬時間為2.5 h，浸漬后取出，經用去離子水清洗，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 ℃，浸漬時間為1.5 h，使其表層具有纖維和后續鍍層間的錨接點，浸漬后取出，用去離子水清洗干凈，得到浸漬后的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（PPTA）；

(3). 還原：將上述浸漬后的苯二甲酰對苯二纖維（PPTA）放入10g/L的硼氫化鈉溶液中進行還原反應，其中，還原溫度為40 ℃，還原時間為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苯二胺纖維（PPTA）；

(4). 化學鍍鎳：

(4-1). 配制化學鍍鎳溶液，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). 將聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（PPTA）放入鍍鎳反應溶液中，其中，鍍液溫度為60 ℃，施鍍時間1h，反應后取出，用去離子水漂洗干凈 ，在聚對苯二甲酰對苯二胺纖維（PPTA）的表面鍍覆有鎳鍍層。

參見圖1、圖2和圖3，從圖中可以得出，本發明實施例1-3所制備的芳香族聚酰胺導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合較強，沒有剝落現象。