滌綸導電纖維的制備

滌綸導電纖維的制備

絲綢纖維廣泛應用于紡織和工業(yè)領域。然而，絲綢纖維的薄水性和絕緣性容易在干燥環(huán)境下積累靜水。導電纖維一般是指電阻率小于10本文采用溶解-涂覆法,將一定量處理過的導電炭黑分散在苯酚和四氯乙烷溶液中,加入一定量的滌綸纖維溶解后制成涂覆液,將涂覆液均勻的涂覆在纖維表面,洗滌、烘干,得到滌綸導電纖維。探討了工藝參數對滌綸導電纖維的微觀結構、力學性能、導電性能和耐水洗性能等的影響。1實驗部分1.1纖維強力分析滌綸;導電炭黑,粒徑10~20μm;鈦酸酯偶聯劑311;苯酚、四氯乙烷、氫氧化鈉、鹽酸均為分析純。MIT515型絕緣電阻測試儀;AL104型電子天平;LLY-06型電子纖維強力儀;DZF-6020型真空干燥箱;Quanta-450-FEG+X-MAX50型場發(fā)射掃描電鏡。1.2導電炭黑的制備將滌綸纖維浸漬于氫氧化鈉溶液中,90℃下進行去油處理50min。滴鹽酸至中性后洗凈烘干。將5%(占導電炭黑的質量比)的碳酸酯偶聯劑以霧狀噴到導電炭黑上,對導電炭黑進行處理。將導電炭黑、苯酚和四氯乙烷充分攪拌,其中苯酚與四氯乙烷的質量比1∶1。加入一定量的滌綸纖維,溶解后,加入鈦酸酯偶聯劑處理后的導電炭黑制成涂覆液。將涂覆液均勻的涂覆在處理后的滌綸纖維上,烘干,得到導電滌綸纖維。1.3性能試驗1.3.1體積比阻力測試一定長度的纖維放電穩(wěn)定后測量其電阻R(Ω);則導電纖維體積比電阻ρ=RS/L,其中S為測試纖維的橫截面積(cm1.3.2耐水性測試1.3.3肌力測試纖維試樣長度15mm,拉伸速率30mm/min,測試溫度25℃,相對濕度50%。每個試樣測試5組,取平均值。2結果與討論2.1苯酚/四氯乙烷溶液浸漬前后sem圖圖1為滌綸纖維浸漬溶劑前后的SEM圖片,其中(a)為原滌綸纖維SEM圖,(b)為原滌綸纖維經苯酚/四氯乙烷溶液浸漬后的SEM圖。由圖1可知,苯酚/四氯乙烷溶液對滌綸有溶解作用,并由于溶解了滌綸表面部分而形成圖中滌綸表面的刻痕,而這些刻痕的形成有利于以后表面涂覆時炭黑顆粒嵌入纖維表面,從而增加炭黑粒子與滌綸的結合力,直接影響以后滌綸導電纖維的耐持久性能。2.2導電纖維導電能力表1為當涂覆液中滌綸纖維含量2%時,涂覆液中導電炭黑含量對導電纖維體積比電阻的影響。由表1可知,隨著炭黑含量從2%到10%的逐步增大,所得導電纖維的體積比電阻起初變化不大,但當炭黑含量在4%左右時導電纖維體積比電阻突然急劇增大,之后纖維電阻變化又再次趨于平穩(wěn)。導電纖維的導電效果是由其中的電荷遷移方式來決定的。隨著基體纖維中炭黑粒子含量不斷增加,基體纖維上粒子之間的間隙不斷減小,部分電荷已能在電場力的作用下克服其間強大勢壘而產生定向移動,形成微弱電流,宏觀上表現為纖維導電,但電阻率較高(表中涂覆液中的炭黑含量小于4%左右時為此階段)。當基體纖維上導電粒子之間的間隙小于10nm時,導電粒子含量達到逾滲閾值,體系導電網絡突然形成,使得纖維體積比電阻突然減小,原因在于隧道效應的產生,使大量電荷輕易地克服粒子間微弱勢壘產生定向移動,纖維電阻率驟然減小。當基體纖維上炭黑電粒子含量高到一定程度時,炭黑粒子便會直接物理接觸,纖維導電方式為接觸傳導機制,其導電能力直接取決于炭黑的導電性。此后盡管涂覆液中炭黑含量繼續(xù)增加,但由于使用的導電填料已然固定,故纖維的電阻率變化再次趨于穩(wěn)定。而實際上纖維導電情況比理論上還要復雜,但整體來看,當炭黑粒子含量達到逾滲閾值致使纖維體積比電阻突然減小以后,接下來導電纖維體積比電阻變化并不大,故只要將炭黑含量控制在逾滲閾值以上即可,從表中可以看出,炭黑含量控制在5%(考慮到實驗誤差故略大4%)附近較為合理。2.3導電纖維的制備方法圖2為水洗次數對纖維體積比電阻的影響,涂覆液中滌綸纖維含量2%,導電炭黑含量5%時制備的滌綸導電纖維。由圖2可知,經過數十次反復的洗滌和烘干,導電纖維的體積比電阻基本變化不大,說明了所制備的滌綸導電纖維具有良好的導電耐久性。從上面分析可以看出,本文采用的導電纖維的制備方法是在傳統(tǒng)涂覆法的基礎上改進而來的,不僅保留了傳統(tǒng)涂覆法制備的導電纖維導電性能良好、成本較低的優(yōu)點,也在一定程度上改善了其導電耐久性不足的缺點。這是因為溶解-涂覆法中,涂覆液對滌綸有一定溶解效果,因此一方面可以在涂覆液中溶解一定量的纖維來提高導涂覆液與纖維的結合力;另一方面在對纖維進行涂覆時,部分導電炭黑粒子因其纖維表面發(fā)生溶解而鑲入纖維中,再被外面的涂覆液粘附后,幾乎成為基體纖維表層的一部分,這將極大增強導電成分與纖維的結合力。因此該方法制備的導電纖維的導電耐久性較好。2.4纖維表面溶解程度導電纖維的力學性能主要由纖維中導電成分的含量和纖維在溶劑中的溶解情況來決定的。一方面,由于導電成分的脆性較大,和纖維結合在一起后會使得纖維的柔韌性下降,從而影響導電纖維的力學性能,而導電成分太少會導致導電纖維的導電性能較差;另一方面,如果纖維表面溶解的過多,則有可能對纖維整體結構產生損壞,從而影響其力學性能,但是若纖維表面溶解不足,導致纖維表面產生的刻痕偏少,就會影響導電成分與纖維的結合,這不僅會使得導電纖維的導電性能下降,還會使得纖維與導電成分的結合力下降,從而影響導電纖維的耐用性,故在導電纖維的制備工藝中,既要在有限時間內控制溶劑與纖維表面的相互作用時間,確保纖維與溶劑接觸的時間內完成纖維表層的溶脹及部分溶解,又要控制纖維表層部分溶解程度,保證纖維整體結構不受破壞,保持基體纖維原有力學性能特性。由此可見,從導電纖維的力學性能是否發(fā)生較大變化,也能間接的檢驗其它方面條件(導電成分含量、纖維表面溶解程度等)是否合理。表2顯示了原滌綸纖維和滌綸導電纖維的斷裂強度和斷裂伸長率。由表2可知,用溶解-涂覆法制備的導電纖維,和滌綸原絲相比,其力學性能變化不大,這也間接地反映了所得導電纖維中炭黑的含量和纖維表面的溶解程度等條件較為合理。3溶解-涂覆法所制備的滌綸導電纖維的力學性能(1)采用溶解-涂覆法可以在炭黑質量分數為5%左右時制