一種高導電復合纖維的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種高導電復合纖維的制備方法，屬于纖維的制備技術領域。本發明以聚酯纖維與亞麻纖維為主要原料，對其進行切割，清洗等一系列的預處理過程，將烘干的纖維和苯胺進行原位聚合生成摻雜聚苯胺的纖維，使纖維有效吸附聚苯胺從而具有導電性，將摻雜聚苯胺的纖維加入氯化鋁溶液中，以硼氫化鈉溶液為還原劑進行還原反應，可使納米鋁與摻雜聚苯胺的纖維相結合，進一步提高纖維的導電率和電荷貯存能力，最終制得高導電復合纖維。本發明中制備的高導電復合纖維電導率為1.5×10?4～3.2×10?2S/cm，導電性能好；且強度等相關力學性能優異，擴大了其使用領域。
【專利說明】
一種高導電復合纖維的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種高導電復合纖維的制備方法，屬于纖維的制備技術領域。
【背景技術】
[0002]導電纖維是20世紀60年代出現的一種新的纖維品種，這類纖維具有良好的導電性和耐久性，特別是在低濕度下仍具有良好的耐久抗靜電性，因此在工業、民用等領域有著很大的用途。
[0003]導電纖維的制備方法有許多種，隨著研究的不斷深入，根據制得纖維的最終性能和制備工藝，人們逐步淘汰了一些落后的制備方法。目前，制備到導電纖維的方法主要有三種:一是在纖維等紡織品表面用物理或化學方法使纖維表面形成金屬鍍層，這種方法由于形成的金屬鍍層往往使纖維的手感變得粗硬，難以進行紡織加工，且生產設備投資大，效率低，生產成本高;二是用化學方法在纖維表面形成半導體薄層，化學方法工藝較簡單，對纖維的物理機械性能影響不大，導電性較好，但導電耐久性較差;三是把導電微粒混入紡絲熔體中，通過復合紡絲制成皮芯結構或海島結構的導電纖維，用這種方法制得的纖維導電耐久性優良，且因加入導電粒子較少，不損害纖維的物理性能，因而受到廣泛關注。但是，采用這種工藝制備抗靜電纖維時，通常所使用的導電填料粒子尺寸多為Mi級，并不具有納米材料的特性，而且在成型加工過程中，往往會加重設備的損耗，不利于降低生產成本，同時，由于大部分抗靜電添加物本身帶有顏色，造成纖維的后加工(尤其是染色時)困難。
[0004]在眾多的導電高聚物中，聚苯胺具有原料易得、制備簡便、穩定性好、電荷貯存能力強、電導率高等特點，是最有前途的導電聚合物之一。聚苯胺導電纖維的制備方法主要有熔體紡絲法和原位聚合法兩種。熔體紡絲法在實際生產中有很大的局限性，因為聚苯胺在普通溶劑中溶解性很差，可供選擇的溶劑極少(主要是濃硫酸和N-甲基吡咯烷酮)，對紡絲設備及紡絲操作的要求十分苛刻。原位聚合法則具有諸多優點，如工藝簡單、節約成本、纖維導電性能優良，且可紡性好等，具有極高的研究價值。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題:針對以聚合物/導電炭黑復合材料制備的導電纖維流變性能差，導致其材料的成型加工性能和力學性能變差的問題，提供了一種以聚酯纖維與亞麻纖維為主要原料，對其進行切割，清洗等一系列的預處理過程，將烘干的纖維和苯胺進行原位聚合生成摻雜聚苯胺的纖維，使纖維有效吸附聚苯胺從而具有導電性，將摻雜聚苯胺的纖維加入氯化鋁溶液中，以硼氫化鈉溶液為還原劑進行還原反應，可使納米鋁與摻雜聚苯胺的纖維相結合，進一步提高纖維的導電率和電荷貯存能力。本發明制備的高導電復合纖維導電性好，材料的成型加工性和力學性能高。
[0006]為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:
(I)稱取80?10g聚酯纖維和120?150g亞麻纖維，分別加入纖維切割機中，切成8?12_長度的短纖維，將切割成的短纖維進行混合，得混合短纖維，按固液比1:6，分別加入去離子水和無水乙醇中進行超聲清洗8?1min;
(2)將上述清洗后的混合短纖維與濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉溶液按固液比1:20混合，放入水浴中，在80?85 °C下攪拌處理60?80min，處理后過濾并將濾渣用50?80 °C的溫水沖洗2?3次，沖洗后再按固液比1:3加入去離子水中，用質量分數10%鹽酸調節pH值到中性后，浸泡20?30min，過濾，將濾渣烘干；
(3)按固液比1:3，將上述烘干后的濾渣加入質量分數15%草酸溶液中，攪拌混合后，將混合物放入烘箱中，在55?65°C下放置6?8h，再升高溫度至100?110°C，放置I?3h后，取出，冷卻至室溫后進行過濾，將濾渣用去離子水淋洗4?6min，淋洗后烘干；
(4)將上述烘干后的纖維浸于苯胺純溶液中，浸泡3?4h后，機械擠壓，使苯胺在纖維上的乳余率為45?55%，將吸附苯胺的纖維按固液比1: 50置于反應液中混合，將混合物在180?220W超聲功率下分散15?25min，使得纖維分散均勻后，置于30?35°C的水浴中攪拌反應80?10min，反應后抽濾，將濾渣用去離子水洗滌3?5次后，在60?70 °C下烘干即可得到摻雜聚苯胺的纖維；所述的反應液是由濃度為0.25?0.50mol/L過硫酸銨溶液和0.5?0.8mol/L甲苯磺酸溶液按體積比1:1進行混合；
(5)將上述摻雜聚苯胺的纖維按固液比1:10加入到濃度0.0lmol/L氯化鋁溶液中，攪拌混合后浸泡8?1h，浸泡后過濾、清洗，將清洗后的纖維再按固液比1:10加入到濃度為0.0 lmol/L硼氫化鈉溶液中浸泡I?2h，浸泡取出后用去離子水淋洗5?8min，淋洗后進行紡絲形成復合纖維，放入烘箱中，在50?60°C下干燥8?10h，即可得到高導電復合纖維。
[0007]本發明制備的高導電復合纖維電導率為1.5X10—4?3.2X10—2S/cm，強度為3.45?4.23cN/dtex，斷裂伸長率為5.25?6.03 %。
[0008]本發明與其他方法相比，有益技術效果是:
(1)本發明中制備的高導電復合纖維電導率為1.5 X 10—4?3.2X10—2S/cm，導電性能好；
(2)本發明制備的高導電復合纖維強度等相關力學性能優異，擴大了其使用領域；
(3)本發明將聚酯纖維和亞麻纖維復合可以提高纖維的力學性能，而且制備方法簡單，成本低。
【具體實施方式】
[0009]首先稱取80?10g聚酯纖維和120?150g亞麻纖維，分別加入纖維切割機中，切成8?12mm長度的短纖維，將切割成的短纖維進行混合，得混合短纖維，按固液比1:6，分別加入去離子水和無水乙醇中進行超聲清洗8?1min;將上述清洗后的混合短纖維與濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉溶液按固液比1: 20混合，放入水浴中，在80?85°C下攪拌處理60?80min，處理后過濾并將濾渣用50?80 V的溫水沖洗2?3次，沖洗后再按固液比1:3加入去離子水中，用質量分數10%鹽酸調節pH值到中性后，浸泡20?30min，過濾，將濾渣烘干;再按固液比1:3，將上述烘干后的濾渣加入質量分數15%草酸溶液中，攪拌混合后，將混合物放入烘箱中，在55?65 0C下放置6?8h，再升高溫度至100?110 °C，放置I?3h后，取出，冷卻至室溫后進行過濾，將濾渣用去離子水淋洗4?6min，淋洗后烘干;上述烘干后的纖維浸于苯胺純溶液中，浸泡3?4h后，機械擠壓，使苯胺在纖維上的乳余率為45?55%，將吸附苯胺的纖維按固液比1:50置于反應液中混合，將混合物在180?220W超聲功率下分散15?25min，使得纖維分散均勻后，置于30?35°C的水浴中攪拌反應80?lOOmin，反應后抽濾，將濾渣用去離子水洗滌3?5次后，在60?70°C下烘干即可得到摻雜聚苯胺的纖維;所述的反應液是由濃度為0.25?0.50mol/L過硫酸銨溶液和0.5?0.8mol/L甲苯磺酸溶液按體積比1:1進行混合;最后將上述摻雜聚苯胺的纖維按固液比1:10加入到濃度0.0lmol/L氯化鋁溶液中，攪拌混合后浸泡8?1h，浸泡后過濾、清洗，將清洗后的纖維再按固液比1:10加入到濃度為
0.0 lmol/L硼氫化鈉溶液中浸泡I?2h，浸泡取出后用去離子水淋洗5?8min，淋洗后進行紡絲形成復合纖維，放入烘箱中，在50?60°C下干燥8?10h，即可得到高導電復合纖維。
[0010]實例I
首先稱取10g聚酯纖維和150g亞麻纖維，分別加入纖維切割機中，切成12mm長度的短纖維，將切割成的短纖維進行混合，得混合短纖維，按固液比1:6，分別加入去離子水和無水乙醇中進行超聲清洗1min;將上述清洗后的混合短纖維與濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉溶液按固液比I: 20混合，放入水浴中，在85°C下攪拌處理80min，處理后過濾并將濾渣用80°C的溫水沖洗3次，沖洗后再按固液比1:3加入去離子水中，用質量分數10%鹽酸調節pH值到中性后，浸泡30min，過濾，將濾渣烘干;再按固液比1:3，將上述烘干后的濾渣加入質量分數15%草酸溶液中，攪拌混合后，將混合物放入烘箱中，在65°C下放置Sh，再升高溫度至110°C，放置3h后，取出，冷卻至室溫后進行過濾，將濾渣用去離子水淋洗6min，淋洗后烘干;將上述烘干后的纖維浸于苯胺純溶液中，浸泡4h后，機械擠壓，使苯胺在纖維上的乳余率為55%，將吸附苯胺的纖維按固液比1:50置于反應液中混合，將混合物在220W超聲功率下分散25min，使得纖維分散均勻后，置于35 °C的水浴中攪拌反應10min，反應后抽濾，將濾渣用去離子水洗滌5次后，在70°C下烘干即可得到摻雜聚苯胺的纖維;所述的反應液是由濃度為0.50mol/L過硫酸銨溶液和0.8mol/L甲苯磺酸溶液按體積比1:1進行混合;最后將上述摻雜聚苯胺的纖維按固液比1:10加入到濃度0.0lmol/L氯化鋁溶液中，攪拌混合后浸泡10h，浸泡后過濾、清洗，將清洗后的纖維再按固液比I: 10加入到濃度為0.0lmol/L硼氫化鈉溶液中浸泡2h，浸泡取出后用去離子水淋洗8min，淋洗后進行紡絲形成復合纖維，放入烘箱中，在60°C下干燥1h，即可得到高導電復合纖維。經檢測，本發明制備的高導電復合纖維電導率為3.2X10—2S/cm，導電性能好;強度為4.23cN/dtex，斷裂伸長率為6.03 %。
[0011]實例2
首先稱取80g聚酯纖維和120g亞麻纖維，分別加入纖維切割機中，切成8mm長度的短纖維，將切割成的短纖維進行混合，得混合短纖維，按固液比1:6，分別加入去離子水和無水乙醇中進行超聲清洗8min;將上述清洗后的混合短纖維與濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉溶液按固液比1:20混合，放入水浴中，在80°(:下攪拌處理601^11，處理后過濾并將濾渣用50°(:的溫水沖洗2次，沖洗后再按固液比1: 3加入去離子水中，用質量分數10%鹽酸調節pH值到中性后，浸泡20min，過濾，將濾渣烘干;再按固液比1:3，將上述烘干后的濾渣加入質量分數15%草酸溶液中，攪拌混合后，將混合物放入烘箱中，在55°C下放置6h，再升高溫度至100°C，放置Ih后，取出，冷卻至室溫后進行過濾，將濾渣用去離子水淋洗4min，淋洗后烘干;將上述烘干后的纖維浸于苯胺純溶液中，浸泡3h后，機械擠壓，使苯胺在纖維上的乳余率為45%，將吸附苯胺的纖維按固液比I: 50置于反應液中混合，將混合物在180W超聲功率下分散15min，使得纖維分散均勻后，置于30°C的水浴中攪拌反應80min，反應后抽濾，將濾渣用去離子水洗滌3次后，在60°C下烘干即可得到摻雜聚苯胺的纖維;所述的反應液是由濃度為0.25mol/L過硫酸銨溶液和0.5mol/L甲苯磺酸溶液按體積比1:1進行混合;最后將上述摻雜聚苯胺的纖維按固液比1:10加入到濃度0.0lmol/L氯化鋁溶液中，攪拌混合后浸泡8h，浸泡后過濾、清洗，將清洗后的纖維再按固液比1:10加入到濃度為0.0lmol/L硼氫化鈉溶液中浸泡lh，浸泡取出后用去離子水淋洗5min，淋洗后進行紡絲形成復合纖維，放入烘箱中，在50°C下干燥8h，即可得到高導電復合纖維。經檢測，本發明制備的高導電復合纖維電導率為1.5 X I O—4S/cm，導電性能好;強度為3.45cN/dtex，斷裂伸長率為5.25 %。
[0012]實例3
首先稱取90g聚酯纖維和130g亞麻纖維，分別加入纖維切割機中，切成1mm長度的短纖維，將切割成的短纖維進行混合，得混合短纖維，按固液比1:6，分別加入去離子水和無水乙醇中進行超聲清洗9min;將上述清洗后的混合短纖維與濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉溶液按固液比1:20混合，放入水浴中，在82°(:下攪拌處理701^11，處理后過濾并將濾渣用60°(:的溫水沖洗2次，沖洗后再按固液比1: 3加入去離子水中，用質量分數10%鹽酸調節pH值到中性后，浸泡25min，過濾，將濾渣烘干;再按固液比1:3，將上述烘干后的濾渣加入質量分數15%草酸溶液中，攪拌混合后，將混合物放入烘箱中，在60°C下放置7h，再升高溫度至105°C，放置2h后，取出，冷卻至室溫后進行過濾，將濾渣用去離子水淋洗5min，淋洗后烘干;將上述烘干后的纖維浸于苯胺純溶液中，浸泡3h后，機械擠壓，使苯胺在纖維上的乳余率為50%，將吸附苯胺的纖維按固液比I: 50置于反應液中混合，將混合物在200W超聲功率下分散20min，使得纖維分散均勻后，置于32°C的水浴中攪拌反應90min，反應后抽濾，將濾渣用去離子水洗滌4次后，在65°C下烘干即可得到摻雜聚苯胺的纖維;所述的反應液是由濃度為0.35mol/L過硫酸銨溶液和0.7mol/L甲苯磺酸溶液按體積比1:1進行混合;最后將上述摻雜聚苯胺的纖維按固液比1:10加入到濃度0.0lmol/L氯化鋁溶液中，攪拌混合后浸泡9h，浸泡后過濾、清洗，將清洗后的纖維再按固液比1:10加入到濃度為0.0lmol/L硼氫化鈉溶液中浸泡lh，浸泡取出后用去離子水淋洗7min，淋洗后進行紡絲形成復合纖維，放入烘箱中，在55°C下干燥9h，即可得到高導電復合纖維。經檢測，本發明制備的高導電復合纖維電導率為3.2 X 10—3S/cm，導電性能好;強度為3.65cN/dtex，斷裂伸長率為5.45 %。
【主權項】
1.一種高導電復合纖維的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (I)稱取80?10g聚酯纖維和120?150g亞麻纖維，分別加入纖維切割機中，切成8?12_長度的短纖維，將切割成的短纖維進行混合，得混合短纖維，按固液比1:6，分別加入去離子水和無水乙醇中進行超聲清洗8?1min; (2 )將上述清洗后的混合短纖維與濃度為0.5mo I/L的氫氧化鈉溶液按固液比1: 20混合，放入水浴中，在80?85 °C下攪拌處理60?80min，處理后過濾并將濾渣用50?80 °C的溫水沖洗2?3次，沖洗后再按固液比1:3加入去離子水中，用質量分數10%鹽酸調節pH值到中性后，浸泡20?30min，過濾，將濾渣烘干； (3)按固液比1:3，將上述烘干后的濾渣加入質量分數15%草酸溶液中，攪拌混合后，將混合物放入烘箱中，在55?65°C下放置6?8h，再升高溫度至100?110°C，放置I?3h后，取出，冷卻至室溫后進行過濾，將濾渣用去離子水淋洗4?6min，淋洗后烘干； (4)將上述烘干后的纖維浸于苯胺純溶液中，浸泡3?4h后，機械擠壓，使苯胺在纖維上的乳余率為45?55%，將吸附苯胺的纖維按固液比1: 50置于反應液中混合，將混合物在180?220W超聲功率下分散15?25min，使得纖維分散均勻后，置于30?35°C的水浴中攪拌反應.80?10min，反應后抽濾，將濾渣用去離子水洗滌3?5次后，在60?70 °C下烘干即可得到摻雜聚苯胺的纖維；所述的反應液是由濃度為0.25?0.50mol/L過硫酸銨溶液和0.5?.0.8mol/L甲苯磺酸溶液按體積比1:1進行混合； (5)將上述摻雜聚苯胺的纖維按固液比1:10加入到濃度0.0lmol/L氯化鋁溶液中，攪拌混合后浸泡8?1h，浸泡后過濾、清洗，將清洗后的纖維再按固液比1:10加入到濃度為.0.0 lmol/L硼氫化鈉溶液中浸泡I?2h，浸泡取出后用去離子水淋洗5?8min，淋洗后進行紡絲形成復合纖維，放入烘箱中，在50?60°C下干燥8?10h，即可得到高導電復合纖維。
【文檔編號】D01F8/14GK106012101SQ201610492224
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月29日
【發明人】郭舒洋, 薛培龍, 王統軍
【申請人】郭舒洋