硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，將玻璃纖維采用真空等離子體進行表面處理；將經(jīng)過等離子處理的玻璃纖維浸入聚乙烯亞胺水溶液中，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；將聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于五水硫酸銅水溶液中，浸泡后加入硫代硫酸鈉水溶液，反應(yīng)后取出纖維用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維。采用本發(fā)明的工藝制備導(dǎo)電玻璃纖維，所用設(shè)備投資費用低、操作簡單、反應(yīng)條件溫和、適用性強、處理效果好、纖維性能損失少，質(zhì)量可靠，并且可以減少環(huán)境污染，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】
硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于玻璃纖維的后處理領(lǐng)域，特別涉及一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著計算機、電信、微波爐等的迅速發(fā)展和普及，人類生活工作環(huán)境中的電磁輻射日漸嚴重，因而產(chǎn)生的電磁波干擾對電子儀器設(shè)備的正常工作及人類的生理健康帶來了很多負面影響。為防止靜電干擾和電磁波干擾，從20世紀中期至今，已開發(fā)出各種抗靜電和電磁屏蔽的材料。近幾十年，研究的重點更多地轉(zhuǎn)向了導(dǎo)電纖維，導(dǎo)電纖維的抗靜電效果更加顯著持久，且不受環(huán)境濕度的影響，導(dǎo)電層達一定厚度或?qū)щ姵煞葸_一定比例后，具有優(yōu)良的電磁屏蔽功能，因此導(dǎo)電纖維的研制和應(yīng)用越來越受到重視。
[0003]玻璃纖維是無機非金屬材料中的一種新型功能材料和結(jié)構(gòu)材料。由于它具有不燃性、耐高溫、抗腐蝕、強度高、密度小、吸濕低及延伸小等一系列優(yōu)異特性，已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)以及電子、通訊、核能、航空、航天、兵器、艦艇及海洋開發(fā)、遺傳工程等高新科技產(chǎn)業(yè)，成為21世紀人類不可缺少的可持續(xù)發(fā)展的高新技術(shù)材料。近年來，許多研究者嘗試通過現(xiàn)代化學、物理等方法改性玻璃纖維，制備導(dǎo)電玻璃纖維作為高分子復(fù)合材料的導(dǎo)電填料的材料，用于解決電磁波污染問題?；瘜W鍍作為材料表面金屬化處理技術(shù)，已經(jīng)成為制備導(dǎo)電玻璃纖維常用的技術(shù)之一，但是傳統(tǒng)的玻璃纖維化學鍍因其施鍍過程中需要對基體進行粗花、敏化、活化處理，不僅工藝復(fù)雜，而且活化過程中需要的重金屬鈀價格昂貴，這些都限制了化學鍍法制備導(dǎo)電玻璃纖維的進一步發(fā)展。因此，開發(fā)新的、有效的制備導(dǎo)電玻璃纖維的方法具有重要的意義。
[0004]金屬硫化物在光學、光電化學、催化、環(huán)保等方面都具有特殊的性能。它們具有良好的化學和熱穩(wěn)定性，是一種良好的光電材料。利用金屬硫化物的特性來生產(chǎn)導(dǎo)電纖維的方法在目前應(yīng)用最多的是纖維表面化學反應(yīng)法，這種方法主要通過化學處理，即通過反應(yīng)液的浸漬，在纖維表面產(chǎn)生吸附，然后通過化學反應(yīng)使金屬硫化物覆蓋在纖維表面。此方法優(yōu)點在于工藝簡單、成本較低，而且對纖維的強度、柔軟性、滑爽性等損傷較少。在20世紀80年代，日本就研制成這類導(dǎo)電纖維。有人還專門對導(dǎo)電成分及導(dǎo)電機理進行了研究，如日本研制的表面覆蓋銅的硫化物的導(dǎo)電腈綸，是先將腈綸在含銅離子溶液中處理，然后在還原劑中處理，纖維上的Cu2+變成Cu+與-CN絡(luò)合，進一步形成銅的硫化物的導(dǎo)電性物質(zhì)。由于這些導(dǎo)電物質(zhì)在纖維結(jié)構(gòu)上形成了網(wǎng)絡(luò)，故導(dǎo)電性能很好。國內(nèi)專利87104625.3、201510188325.1,200810084225.4等都是采用這種方法生產(chǎn)導(dǎo)電纖維的。由于聚丙烯腈纖維上的氰基能與銅離子產(chǎn)生絡(luò)合，使纖維具有導(dǎo)電性;普通的玻璃纖維表面缺乏與銅離子絡(luò)合的基團，導(dǎo)電物質(zhì)就無法與纖維發(fā)生絡(luò)合，因此影響了纖維對金屬硫合物的吸附和吸附牢度，故無法制得導(dǎo)電性能優(yōu)良的導(dǎo)電纖維。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中纖維對金屬硫合物的吸附牢度低，無法制得導(dǎo)電性能優(yōu)良的導(dǎo)電纖維的問題。
[0006]針對以上不足，本發(fā)明提出了一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其步驟為:
[0007](I)將玻璃纖維采用真空等離子體進行表面處理，處理條件為:工作氣體為氧氣或者空氣，背底真空度為I?5Pa，工作壓力為50?lOOPa，放電功率為100?200W，處理時間為2?6分鐘；
[0008](2)將步驟(I)得到的經(jīng)過等離子處理的玻璃纖維浸入到質(zhì)量濃度為0.5%?2%的聚乙烯亞胺水溶液中，在60 0C?900C浸泡2?6小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0009](3)將步驟(2)得到的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于質(zhì)量濃度為2.5%?10%的五水硫酸銅水溶液中，在200C?60°C浸泡5?30分鐘后，加入質(zhì)量濃度為2.50Z0?50Z0的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至75°C?900C反應(yīng)0.3?1.5小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維。
[0010]所述步驟(3)五水硫酸銅水溶液與硫代硫酸鈉水溶液的質(zhì)量比為1:1?1:2。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012](I)本發(fā)明首先采用真空等離子對玻璃纖維進行處理，然后在纖維表面形成聚乙烯亞胺層，在此基礎(chǔ)上采用化學反應(yīng)法在纖維表面生成硫化亞銅得到復(fù)合導(dǎo)電玻璃纖維。真空等離子處理不僅使玻璃纖維表面產(chǎn)生裂紋和坑洼，而且將纖維表面引入羰基;聚乙烯亞胺是較強的氫鍵給體，與羰基之間形成強的氫鍵相互作用，這種強烈的相互作用使聚乙烯亞胺牢固地附著于玻璃纖維表面；另外，聚乙烯亞胺是一種典型的陽離子水溶性聚合物電解質(zhì)，大分子鏈上擁有大量的胺基N原子使其具有很強的受電子性，它對銅離子能產(chǎn)生很強的絡(luò)合作用，提高銅的硫化物在纖維表面上的吸附。本發(fā)明中金屬硫化物與玻璃纖維基體之間通過聚乙烯亞胺層的“架橋”作用形成很強的結(jié)合力，提高了硫化亞銅在玻璃纖維上的含量，真正解決了玻璃纖維對金屬硫化物的有效吸附問題，纖維具有穩(wěn)定、持久的導(dǎo)電效果O
[0013](2)采用本發(fā)明的工藝制備導(dǎo)電玻璃纖維，所用設(shè)備投資費用低、操作簡單、反應(yīng)條件溫和、適用性強、處理效果好、纖維性能損失少，質(zhì)量可靠，并且可以減少環(huán)境污染，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
[0015]本發(fā)明提出了一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其步驟為:
[0016](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為空氣，背底真空度為5Pa，工作壓力為lOOPa，放電功率為200W，處理時間為2分鐘；
[0017](2)將步驟(I)制備的經(jīng)過等離子處理的玻璃纖維浸入到質(zhì)量濃度為0.5%的聚乙烯亞胺水溶液中，在60°C浸泡4小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0018](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于150克質(zhì)量濃度為2.5%的五水硫酸銅水溶液中，在60°C浸泡5分鐘后，加入150克質(zhì)量濃度為2.5%硫代硫酸鈉水溶液，升溫至75°C反應(yīng)1.5小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維，纖維的電導(dǎo)率為3.4 X 10—2S/cm。
[0019]實施例2
[0020]本發(fā)明提出了一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其步驟為:
[0021](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為氧氣，背底真空度為5Pa，工作壓力為80Pa，放電功率為150W，處理時間為6分鐘；
[0022](2)將步驟(I)制備的經(jīng)過等離子處理的玻璃纖維浸入到質(zhì)量濃度為0.5%的聚乙烯亞胺水溶液中，在90°C浸泡6小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0023](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于150克質(zhì)量濃度為5%的五水硫酸銅水溶液中，在60°C浸泡5分鐘后，加入150克質(zhì)量濃度為5%硫代硫酸鈉水溶液，升溫至90°C反應(yīng)0.3小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維，纖維的電導(dǎo)率為9.2 X 10—b/cm。
[0024]實施例3
[0025]本發(fā)明提出了一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其步驟為:
[0026](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為氧氣，背底真空度為IPa，工作壓力為50Pa，放電功率為100W，處理時間為5分；
[0027](2)將步驟(I)制備的經(jīng)過等離子處理的玻璃纖維浸入到質(zhì)量濃度為1.5%的聚乙烯亞胺水溶液中，在80°C浸泡5小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0028](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于150克質(zhì)量濃度為10%的五水硫酸銅水溶液中，在20°C浸泡30分鐘后，加入300克質(zhì)量濃度為5%硫代硫酸鈉水溶液，升溫至80°C反應(yīng)1.0小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維，纖維的電導(dǎo)率為1.6 X lOS/cm。
[0029]實施例4
[0030]本發(fā)明提出一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其步驟為:
[0031](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為氧氣，背底真空度為3Pa，工作壓力為70Pa，放電功率為150W，處理時間為3分鐘；
[0032](2)將步驟(I)制備的經(jīng)過等離子處理的玻璃纖維浸入到質(zhì)量濃度為1.0%的聚乙烯亞胺水溶液中，在90°C浸泡2小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0033](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于150克質(zhì)量濃度為8%的五水硫酸銅水溶液中，在30°C浸泡20分鐘后，加入300克質(zhì)量濃度為4%硫代硫酸鈉水溶液，升溫至75°C反應(yīng)1.0小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維，纖維的電導(dǎo)率為9.8X10—b/cm。
[0034]實施例5
[0035]本發(fā)明提出一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其步驟為:
[0036](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為氧氣，背底真空度為2Pa，工作壓力為90Pa，放電功率為150W，處理時間為4分鐘；
[0037](2)將步驟(I)制備的經(jīng)過等離子處理玻璃纖維浸入到200克質(zhì)量濃度為2.5%的聚乙烯亞胺水溶液中，在70°C浸泡5小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0038](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于150克質(zhì)量濃度為4.5%的五水硫酸銅水溶液中，在40°C浸泡15分鐘后，加入150克質(zhì)量濃度為4.5%硫代硫酸鈉水溶液，升溫至80°C反應(yīng)1.0小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維，纖維的電導(dǎo)率為5.2 X 10—b/cm。
[0039]實施例6
[0040]本發(fā)明提出一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其步驟為:
[0041](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為氧氣，背底真空度為4Pa，工作壓力為60Pa，放電功率為120W，處理時間為5分鐘；
[0042](2)將步驟(I)制備的經(jīng)過等離子處理玻璃纖維浸入到質(zhì)量濃度為0.8%的聚乙烯亞胺水溶液中，在80°C浸泡5小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0043](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于250克質(zhì)量濃度為9%的五水硫酸銅水溶液中，在40 0C浸泡15分鐘后，加入400克質(zhì)量濃度為5 %硫代硫酸鈉水溶液，升溫至80°C反應(yīng)1.5小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維，纖維的電導(dǎo)率為1.8 X lOS/cm。
[0044]實施例7
[0045]本發(fā)明提出一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其步驟為:
[0046](I)將清洗干凈的無堿玻璃纖維進行真空等離子處理，工作氣氛為氧氣，背底真空度為3?&，工作壓力為70?&，放電功率為140胃，處理時間為5.5分鐘；
[0047](2)將步驟(I)制備的經(jīng)過等離子處理的化玻璃纖維浸入到400克質(zhì)量濃度為2.8%的聚乙烯亞胺水溶液中，在85°C浸泡5小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維；
[0048](3)將步驟(2)制備的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于250克質(zhì)量濃度為3%的五水硫酸銅水溶液中，在40°C浸泡15分鐘后，加入250克質(zhì)量濃度為3%硫代硫酸鈉水溶液，升溫至80°C反應(yīng)1.5小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維，纖維的電導(dǎo)率為7.6X10—b/cm。
[0049]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其特征在于，其步驟為: (1)將玻璃纖維采用真空等離子體進行表面處理，處理條件為:工作氣體為氧氣或者空氣，背底真空度為I?5Pa，工作壓力為50?lOOPa，放電功率為100?200W，處理時間為2?6分鐘； (2)將步驟(I)得到的經(jīng)過等離子處理的玻璃纖維浸入到質(zhì)量濃度為0.5%?2%的聚乙烯亞胺水溶液中，在60°C?90°C浸泡2?6小時，浸泡完畢后，用水充分漂洗、干燥后得到聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維； (3)將步驟(2)得到的聚乙烯亞胺表面修飾的玻璃纖維置于質(zhì)量濃度為2.5%?10%的五水硫酸銅水溶液中，在200C?60°C浸泡5?30分鐘后，加入質(zhì)量濃度為2.5%?5%的硫代硫酸鈉水溶液，升溫至75°C?90°C反應(yīng)0.3?1.5小時，取出纖維后用水漂洗、烘干后得到硫化亞銅/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫化亞銅/聚乙烯亞胺/玻璃纖維復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中五水硫酸銅水溶液與硫代硫酸鈉水溶液的質(zhì)量比是1:1?1: 2。
【文檔編號】C03C25/28GK105884213SQ201610211174
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月7日
【發(fā)明人】潘瑋, 陳燕, 宋夢, 刁泉
【申請人】中原工學院