專利名稱：一種新型的導(dǎo)電玻璃纖維材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種導(dǎo)電纖維材料，具體為ー種新型的導(dǎo)電玻璃纖維材料。
背景技術(shù)：
玻璃纖維是無機非 金屬材料中的ー種新型功能材料和結(jié)構(gòu)材料，它具有不燃性、耐高溫、抗腐蝕、強度高、密度小、吸濕低及延伸小等優(yōu)良特性，故廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)エ藝、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、電子、通訊、核能、航空、航天、兵器、艦艇以及海洋開發(fā)、遺傳工程等高新科技產(chǎn)業(yè)，成為21世紀(jì)人類必不可少的可持續(xù)發(fā)展的高新技術(shù)材料；但是玻璃纖維本身呈現(xiàn)電絕緣性，導(dǎo)電性很差；導(dǎo)電玻璃纖維是玻璃鍍層技術(shù)與玻璃纖維表面處理技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)出來的產(chǎn)品，它是在纖維表面包覆導(dǎo)電性良好的金屬、金屬合金或金屬氧化物而制成的；它具有導(dǎo)電性好、密度小、產(chǎn)品外觀好、能批量生產(chǎn)以及價格便宜等特點；由于這些優(yōu)良特性，故而導(dǎo)電玻璃纖維可以應(yīng)用于屏蔽材料、抗靜電復(fù)合材料、電熱材料以及隱身復(fù)合材料等領(lǐng)域；消除玻璃纖維靜電現(xiàn)象的途徑主要是降低纖維表面電阻率，方法有三種ー是在纖維中混入抗靜電劑，使纖維表面具有吸濕性和離子性，從而提高其導(dǎo)電性而使電荷泄漏；ニ是使材料與導(dǎo)電性介質(zhì)混合，常用導(dǎo)電介質(zhì)為炭黑；三是對纖維表面進(jìn)行改性處理，在纖維表面鍍上ー層薄薄的導(dǎo)電層，以提高導(dǎo)電率；國內(nèi)對于玻璃纖維抗靜電處理還主要停留在摻雜抗靜電劑與炭黑；加入抗靜電劑處理的玻璃纖維的抗靜電性能對環(huán)境濕度比較敏感，即濕度大抗靜電效果好，反之亦反；其次抗靜電性和使用期限有一定的局限性；而摻雜炭黑的玻璃纖維導(dǎo)致制品外觀是黑色的，在注重環(huán)境協(xié)調(diào)的今天，黒色不能讓人賞心悅目是其缺點，同時納米炭黑成本很高，而非納米狀的又不能形成導(dǎo)電回路；鍍金屬導(dǎo)電層的情況下，金屬中導(dǎo)電率較高的有Ag、Cu、Al、Ni，但由于銀將導(dǎo)致鍍膜成本過高所以限制了其應(yīng)用；鍍銅、鋁纖維具有較好的導(dǎo)電性能，但放置一段時間或經(jīng)熱處理后其導(dǎo)電性急劇下降；這是由于新制備的銅、鋁鍍層具有較高的表面靜電吸塵性能和氧化性能，容易從周圍環(huán)境中吸收雜質(zhì)或被氧化形成氧化層影響導(dǎo)電性；鍍鎳層不像鍍銅、鋁層容易氧化，但是鎳的電導(dǎo)率較低;總之，鍍金屬的エ藝過程很復(fù)雜，并且價格昂貴；同吋，纖維表面鍍上金屬后，經(jīng)摩擦和洗滌后導(dǎo)電物質(zhì)也較易剝落，耐磨性和耐洗滌性差，影響了纖維的使用性能；因此，開發(fā)ー種能夠消除這些不足的抗靜電方法勢在必行；氧化錫是ー種寬帶η型半導(dǎo)體，具有金紅石結(jié)構(gòu)，禁帶寬為3. 6eV,室溫下的電導(dǎo)率很低，但是可以通過引入摻雜劑來提高電導(dǎo)率；摻雜的氧化錫薄膜是ー種透明的導(dǎo)電薄膜，摻銻ニ氧化錫薄膜由于其具有低電阻率和在可見光范圍內(nèi)的高透光率而擁有廣闊的應(yīng)用前景；透明就意味著帶隙寬度大而自由電子少，而導(dǎo)電率高則要求材料的自由電子多，從而不透明；而摻銻ニ氧化錫同時具備了這兩種特性，從而解決了理論和エ藝上的矛盾；在摻銻氧化錫中，銻通常以替位原子的形式代替了錫的位置，可以實現(xiàn)在摻雜沒有引起氧化錫晶體結(jié)構(gòu)變化的條件下，使得銻摻雜氧化錫的電阻率比純氧化錫電阻率低；這是因為雜質(zhì)銻離子對載流子的散射和晶格缺陷共同引起載流子遷移率變化而形成的；銻摻雜氧化錫是ー種新型的多功能導(dǎo)電粒子，因?qū)щ娦耘c化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫、抗氧化性能好、耐磨、易于分散、高導(dǎo)電、高透明度等優(yōu)良特性而被廣泛用于抗靜電、防靜電、光電子器件、太陽能電池以及電磁屏蔽領(lǐng)域中；因此，它與傳統(tǒng)導(dǎo)電和抗靜電材料相比擁有許多明顯的優(yōu)點；在玻璃纖維表面鍍上銻摻雜氧化錫薄膜可以實現(xiàn)耐高溫以及電磁屏蔽并舉，可以在各種極限環(huán)境下使用，有利于開發(fā)各種產(chǎn)品，改善玻璃纖維的使用性能；對于氧化錫薄膜的制備方法有很多種，如化學(xué)沉積法、磁控濺射法、噴霧熱解法、噴涂法、溶膠凝膠法等；這些方法中，溶膠凝膠法是目前受到廣泛重視的ー類方法，因為它是ー種大面積制備氧化錫薄膜的快速而成本低廉的方法，所得到的產(chǎn)品均勻度高、純度好、副反應(yīng)少、反應(yīng)過程易于控制、反應(yīng)溫度低，同時可以在任意的基底上得到性能優(yōu)良的氧化錫薄膜；早在1997年美國NASA Langley Research Center的Derek D. Hass等人就利用溶膠凝膠エ藝在纖維表面鍍上金屬氧化物薄膜，使得纖維表面具有很好的電磁屏蔽特性；國 內(nèi)也有關(guān)于在玻璃纖維上采用溶膠凝膠法涂覆金屬氧化物的報道；但是關(guān)于采用溶膠凝膠法在玻璃纖維上涂覆ATO的國內(nèi)外未見報道。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供ー種具有高導(dǎo)電性、高透明度、耐磨性好、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、耐高溫、抗氧化等特點的ー種新型的導(dǎo)電玻璃纖維材料。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案為該導(dǎo)電玻璃纖維材料，包括玻璃纖維，其特征在于在玻璃纖維的外表面上設(shè)有銻摻雜氧化錫導(dǎo)電溶膠凝膠涂覆層；本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的導(dǎo)電玻璃纖維材料采用具有優(yōu)良特性的銻摻雜氧化錫整理劑對玻璃纖維進(jìn)行整理，因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和透明性，且不受氣候環(huán)境和使用環(huán)境的限制，持久耐用，可以克服鍍金屬導(dǎo)電玻璃纖維所具有的特點，銻摻雜氧化錫能均勻分布在玻璃纖維表面；該導(dǎo)電玻璃纖維的玻璃纖維基底經(jīng)過前處理后具有很好的鍍層附著力，且涂覆層是具有高導(dǎo)電、淺色透明、耐高溫、優(yōu)異的抗氧化性以及抗輻射性等優(yōu)良特性的銻摻雜氧化錫涂膜。
圖I為本實用新型剖面圖；圖中I.玻璃纖維，2.銻摻雜氧化錫導(dǎo)電溶膠凝膠涂覆層。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實用新型的一個實施例如圖I所示，本實用新型包括玻璃纖維1，在玻璃纖維I的外表面上設(shè)有厚度均勻一致的銻摻雜氧化錫導(dǎo)電溶膠凝膠涂覆層2 ；該導(dǎo)電玻璃纖維材料的制備方法，采用以下エ藝步驟第一歩采用玻璃纖維I清洗干燥技術(shù)對玻璃纖維I進(jìn)行前處理先將玻璃纖維I放入丙酮中進(jìn)行超聲波處理3次，毎次15min，再放入無水こ醇中超聲波處理3次，毎次處理IOmin,最后放入去離子水中超聲波處理2次，每次lOmin，將潔凈的玻璃纖維I放入熱風(fēng)干
燥箱中直至干燥；第二步采用溶膠凝膠法制備銻摻雜氧化錫溶膠，按照0.6-1. lmol/L四氯化錫-乙醇的濃度稱取四氯化錫晶體，本實施例稱取35. 06g四氯化錫晶體溶解在IOOml無水乙醇中超聲震蕩15min，并通過加熱到80°C磁力攪拌2h，直至無色透明溶液，然后放在30°C恒溫水浴鍋中陳化30min，得到穩(wěn)定的純二氧化錫溶膠；按照1%的摩爾摻雜比稱取O. 228g的三氯化銻溶解在二氧化錫溶膠溶液中，再在80°C下回流2h得到四氯化錫濃度為lmol/L，最后放入30°C恒溫水浴鍋中12h，得到銻摻雜的二氧化錫溶膠；第三步采用提拉浸潰法將玻璃纖維I浸入溶膠溶液5min后，以8cm/s的速率平穩(wěn)垂直提拉出來；第四步對玻璃纖維I進(jìn)行干燥以及退火處理將浸潰過的玻璃纖維I放入80°C的干燥箱中30min，最后將玻璃纖維I放入馬弗爐中在450°C溫度下進(jìn)行熱處理2h，得到導(dǎo)電玻璃纖維材料,并經(jīng)過SEM分析，表明納米粉體顆粒均勻，呈橢球形，平均粒徑在87 nm左右，團(tuán)聚較少，分散性較好；同時經(jīng)過XRD分析，表明該銻摻雜氧化錫薄膜為四方金紅石型結(jié)構(gòu)；通過測得導(dǎo)電玻璃纖維的體積比電阻維持在106Ω ·πι的水平，具有很好的抗靜電性；并且通過對導(dǎo)電玻璃纖維表面進(jìn)行AFM分析，其表面粗糙度為O. 65nm，表明導(dǎo)電層厚度比較均勻一致；摻雜銻的原理銻離子取代錫離子后，會產(chǎn)生一個正電中心，釋放的電子便是自由電子，當(dāng)銻離子摻雜濃度提高時，自由載流子濃度也增大，從而提高導(dǎo)電性。
權(quán)利要求1.ー種新型的導(dǎo)電玻璃纖維材料，包括玻璃纖維(1)，其特征在于在玻璃纖維(I)的外表面上設(shè)有銻摻雜氧化錫導(dǎo)電溶膠凝膠涂覆層(2 )。
專利摘要本實用新型涉及一種新型的導(dǎo)電玻璃纖維材料，其特征在于在玻璃纖維(1)的外表面上設(shè)有厚度均勻一致的銻摻雜氧化錫導(dǎo)電溶膠凝膠涂覆層(2)。本實用新型的導(dǎo)電玻璃纖維材料采用具有優(yōu)良特性的銻摻雜氧化錫整理劑對玻璃纖維進(jìn)行整理，因而具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和透明性，且不受氣候環(huán)境和使用環(huán)境的限制，持久耐用，可以克服鍍金屬導(dǎo)電玻璃纖維所具有的特點，銻摻雜氧化錫能均勻分布在玻璃纖維表面；該導(dǎo)電玻璃纖維的玻璃纖維基底經(jīng)過前處理后具有很好的鍍層附著力，且涂覆層是具有高導(dǎo)電、淺色透明、耐高溫、優(yōu)異的抗氧化性以及抗輻射性等優(yōu)良特性的銻摻雜氧化錫涂膜。
文檔編號H01B5/14GK202650582SQ201220272758
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者王瑞, 殷翔芝, 張淑潔, 肖琪 申請人:江蘇雙山集團(tuán)股份有限公司