CN105133301B

CN105133301B - 一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法

Info

Publication number: CN105133301B
Application number: CN201510568766.4A
Authority: CN
Inventors: 白瑞成; 庞宏伟; 唐志勇; 邵勤思; 张涛; 李爱军
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2018-06-01
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: CN105133301A

Abstract

本发明涉及一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法，具体包括如下步骤：(a)洗涤及除油；(b)采用预处理试剂对纤维表面进行预处理，使纤维溶胀，表面吸附一层还原后具有催化活性的金属离子，增大纤维表面积和润湿性；(c)还原；(d)化学镀镍。本发明制备的镀镍芳香族聚酰胺纤维，兼具优异的导电性能和耐热、阻燃、轻质、高强等特性，且镍镀层的耐磨性、抗腐蚀性能优良。该镀镍纤维可用于制备抗静电和电磁屏蔽织物，以及特种电缆的屏蔽层及导体材料。因此，可广泛应用于航空、航天、军工、通讯等特殊部门；也可以满足从事雷达、医疗和电视转播等工作人员的个体防护需求。

Description

一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法

技术领域

本发明提供一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法。该工艺通过化学镀方法在芳香族聚酰胺纤维表面镀覆金属导电薄层，从而赋予纤维抗静电及导电功能，同时保留了纤维的轻质高强、耐热阻燃，手感柔软等固有特性，是一种新型复合材料。可广泛应用于航空、航天、航海、军工、医疗等特种领域，用作个体防护的电磁屏蔽材料和轻质导电材料。

背景技术

芳香族聚酰胺纤维简称芳纶纤维，英文为Aramid fiber ,最先由美国杜邦公司研制，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不熔化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶及其复合材料已广泛用于航空航天和军事用途，如波音757、767等飞机的壳体、防弹衣、防弹背心、头盔、航天加压服装、高强度降落伞、导弹壳体材料、特种缆线、火箭壳体、航天飞机贮能罐和其他高压容器等。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程，因此被称为“梦的纤维”。

但芳纶纤维同其它高分子材料一样，其良好的电绝缘性和介电性能，限制了芳纶纤维在一些领域的应用。目前，赋予芳纶纤维导电性的方法主要有磁控溅射、共混纺丝、化学镀等方法。专利CN 103668944 A讲述了一种芳纶镀银导电纤维的制备方法，但其制备过程中采用粗化方法破坏了纤维的表皮结构，损坏了纤维的力学性能，且沉积的镀层与纤维的结合力较差，容易脱落，且镀层的稳定性很差，易氧化，导电性会随时间的延长而下降。

目前国内导电纤维多以涤纶，尼龙，棉纤维等为基底。以芳纶纤维为基底的导电纤维鲜有报道，且存在很多缺陷，镀层与纤维基体的结合力很差，尚未有性能优异的工业化产品面世。国外仅有美国杜邦公司掌握生产该类产品的核心技术。

本专利采用化学镀方法制备镀镍导电芳纶纤维，镀镍导电芳纶纤维如图1所示。与国内已有的关于导电芳纶纤维的报道相比，本专利所采用的方法不仅在工艺上操作简单、经济，且获得的镀层与纤维基体的结合力强，镀层的性质稳定，耐磨性、耐蚀性好。所制备的镀镍导电芳纶纤维导电性能优异，在电磁屏蔽领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明目的之一是提供一种镀镍芳香族聚酰胺纤维。

本发明目的之二是提供一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法。

本发明通过对基体纤维（芳香族聚酰胺纤维）先进行清洗除油处理，除去纤维在加工过程中所吸附的油剂和表面污垢；除油后，对纤维表面进行预处理，使纤维溶胀，增大纤维表面积和润湿性，并在表面吸附一层还原后具有催化活性的金属离子，改善纤维基体和后续镀层的结合牢度；将预处理后的纤维放入还原剂的溶液中浸渍，使吸附在纤维表面的金属离子被还原成金属颗粒，该金属颗粒层可以作为纤维和后续镀层间的锚接点，同时也具有催化的功能；然后在纤维的表面化学镀镍，最终得到一种镀镍芳香族聚酰胺导电纤维。

本发明一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：

a.洗涤及除油：将芳香族聚酰胺纤维放入丙酮中，超声波清洗40～80 min后取出，用去离子水漂洗干净；

b. 预处理，将除油后的纤维放入预处理液，预处理液中盐的浓度为5～50g/L处理温度为30～100 ℃下，浸渍1～4 h后取出，用去离子水漂洗干净；

c.还原：将预处理后的纤维放入5~25g/L还原剂硼氢化钠水溶液或硼氢化钾水溶液中浸渍，在20～50 ℃下，浸渍20～60 min后取出；

d.化学镀镍：

镀镍液用下列物质和水配制而成，反应液中各物质的含量为：

硫酸镍 15～40g/L

次亚磷酸钠（还原剂） 10～20 g/L

二甲氨基硼烷（还原剂） 3～10g/L

柠檬酸钠（络合剂） 20～30 g/L

氨水（PH调节剂） 5～15ml/L

将还原后的芳纶纤维浸入镀镍液中，40～80 ℃下，反应0.5～1 h后取出，用去离子水漂洗干净，置于干燥箱中干燥30 min, 得到表面均匀镀覆有镍的芳香族聚酰胺纤维，即导电芳纶纤维。

附图说明

图1为本发明的镀镍芳香族聚酰胺纤维的SEM图。

具体实施方式

现将本发明的实施例叙述于后。

实施例1

本实施例的具体过程和步骤如下所述：

(1)除油：将聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（PPTA）放入丙酮溶液中，超声波清洗60min后取出，用去离子水漂洗干净。

(2)预处理：将纤维浸入含5 g/L硫酸钴的二甲亚砜的水溶液中，其中二甲亚砜的体积浓度为30%，50 ℃下浸泡1h后取出。

(3)还原：将预处理后的纤维放入15g/L硼氢化钠溶液中进行还原处理，温度为20℃，60 min后取出。

(4)化学镀镍：将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为：硫酸镍40g/L，次亚磷酸钠10 g/L，二甲氨基硼烷10g/L，柠檬酸钠30 g/L，氨水15ml/L，镀液温度为40℃，施镀时间0.5h。

实施例2

本实施例的具体过程和步骤如下所述：

(1)除油：将聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（PPTA）放入丙酮溶液中，超声波清洗40min后取出，用去离子水漂洗干净。

(2)预处理：将纤维浸入含30 g/L硝酸钴的二甲亚砜和N-甲基吡咯烷酮的水溶液中，其中二甲亚砜体积浓度为20%，N-甲基吡咯烷酮的体积浓度为10%，100℃下浸泡4h后取出。

(3)还原：将预处理后的纤维放入5g/L硼氢化钾溶液中进行还原处理，温度为50℃，30 min后取出。

(4)化学镀镍：将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为：硫酸镍15g/L，次亚磷酸钠20 g/L，二甲氨基硼烷3g/L，柠檬酸钠20 g/L，氨水5ml/L，镀液温度为60 ℃，施镀时间1h。

实施例3

本实施例的具体过程和步骤如下所述：

(1)除油：将聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（PPTA）放入丙酮溶液中，超声波清洗80min后取出，用去离子水漂洗干净。

(2)预处理：将纤维浸入含50g/L氯化钴的二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺的水溶液中，其中二甲基甲酰胺的体积浓度为15%，二甲基乙酰胺的体积浓度为15%，30 ℃下浸泡2h后取出。

(3)还原：将预处理后的纤维放入25g/L硼氢化钠溶液中进行还原处理，温度为35℃，20 min后取出。

(4)化学镀镍：将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为：硫酸镍25g/L，次亚磷酸钠15 g/L，二甲氨基硼烷6g/L，柠檬酸钠25 g/L，氨水10ml/L，镀液温度为80℃，施镀时间1h。

实施例4

本实施例的具体过程和步骤如下所述：

(2)预处理：将纤维浸入含30g/L硝酸银的二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲亚砜三者混合物的水溶液中，其中二甲基甲酰胺的体积浓度为10%，N-甲基吡咯烷酮的体积浓度为10%，二甲亚砜的体积浓度为10%，50 ℃下浸泡2h后取出。

(4)化学镀镍：将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为：硫酸镍25g/L，次亚磷酸钠15 g/L，二甲氨基硼烷8g/L，柠檬酸钠25 g/L，氨水10ml/L，镀液温度为80℃，施镀时间1h。

实施例5

本实施例的具体过程和步骤如下所述：

(1)除油：将聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（PMIA）放入丙酮溶液中，超声波清洗30min后取出，用去离子水漂洗干净。

(2)预处理：将除油后纤维浸入含20g/L醋酸银的N-甲基吡咯烷酮和二甲亚砜混合物的水溶液中，其中N-甲基吡咯烷酮的体积浓度为15%，二甲亚砜的体积浓度为15%，50 ℃下浸泡1h后取出。

(3)还原：将预处理后的纤维放入10g/L硼氢化钾溶液中进行还原处理，温度为30℃，20 min后取出。

Claims

1.一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：

a.洗涤及除油：将芳香族聚酰胺纤维放入丙酮中，超声波清洗40～80min后取出，用去离子水漂洗干净；

b.预处理，使纤维溶胀，增大纤维表面积和润湿性，并在表面吸附一层还原后具有催化活性的金属离子，以改善纤维基体和后续镀层的结合牢度；

所述预处理的具体过程为：将除油后的纤维放入预处理液中，其中预处理液中盐的浓度为5～50g/L，在30～100℃下，浸渍1～4h后取出，用去离子水漂洗干净；

所述预处理液中盐的成分为氟化钴、氯化钴、溴化钴、硫酸钴、硝酸钴、硝酸银或醋酸银；

所述预处理液中溶剂的成分为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲亚砜和二甲基甲酰胺中一种或几种混合物的水溶液；

c.还原：将预处理后的纤维放入5~25g/L还原剂硼氢化钠水溶液或硼氢化钾水溶液中浸渍，在20～50℃下，浸渍20～60min后取出；

d.化学镀镍：

硫酸镍 15～40g/L

次亚磷酸钠 10～20g/L

二甲氨基硼烷 3～10g/L

柠檬酸钠 20～30g/L

氨水 5～15ml/L

将还原后的芳纶纤维浸入镀镍液中，40～80℃下，反应0.5～1h后取出，用去离子水漂洗干净，置于干燥箱中干燥30min,得到表面均匀镀覆有镍的芳香族聚酰胺纤维，即导电芳纶纤维。

2.根据权利要求1所述的一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法，其特征在于所述芳香族聚酰胺纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰对苯二胺纤维。