[发明专利]一种铜/莫代尔纤维复合材料的制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于导电复合纤维材料技术领域，具体涉及一种铜/莫代尔纤维复合材料的制备方法。 

背景技术

莫代尔 (Modal)纤维是一种高湿模量粘胶纤维的纤维素再生纤维，该纤维的原料为云杉、榉木制成的木浆粕，通过专门的纺丝工艺加工成纤维。该纤维的原料全部为天然材料，与棉一样同属纤维素纤维，对人体无害，并能够自然分解，对环境无害。莫代尔纤维可用传统的纤维素纤维的预处理、漂白和染色工艺加工。其织物的色泽更好，鲜艳明亮，与棉混纺可进行丝光处理，且染色均匀、浓密，色泽保持持久。以莫代尔纤维为基材可制备更韧、更强的天然纤维基导电复合纤维材料。 

在所有导电纤维中，无机铜纤维的导电性最好，电阻率最低，小于10^-5，但铜纤维的密度较大，单位体积耗用的铜多，成本较高，且笨重服用性差。纺织纤维镀金属所制备的导电纤维材料，其导电性为纯金属的1/50左右，导电性较好；其优点在于：只在纤维表面镀覆一层金属，单位体积的金属用量大大减少，通常金属与纤维基材的重量比为1/4，成本较低，且服用性好。与其他有机导电纤维材料相比，这种导电纤维的力学性能和导电性能好，密度低且强度高。 

纺织纤维镀金属所制备的导电纤维材料，主要由纤维基材和金属镀层组成，其中纤维基材有合成纤维，如涤纶、氨纶、尼龙等，以及天然纤维，如棉、亚麻、丝绸、莫代尔纤维等。与合成纤维相比，天然纤维更环保健康；与纯棉、涤棉相比，莫代尔纤维更强、更韧，干强为35.6cn，湿强为25.6cn。在金属镀层材料中，主要有银、铜、镍、铁等，综合考虑成本及导电性等因素，铜是首选。因此，本发明的内容是开发一种“铜/莫代尔纤维”复合材料的制备方法。 

发明内容

本发明提出一种“铜/莫代尔纤维”复合材料的制备方法。本发明提出的制备方法是将铜镀层包覆在莫代尔纤维基材表面上，工艺步骤包括莫代尔纤维洗净、烘干、表面改性、铜离子吸附与还原、化学镀铜等。本发明制备的复合材料具有以下优点：（1）力学性能好，强度超过“铜/棉纤维”复合材料；（2）铜镀层与纤维结合性好，能通过3M公司思高胶带的测试；（3）导电率高，为块状纯铜的0.01~0.3倍；（4）吸湿能力强，比“铜/棉纤维”复合材料高出50%。 

本发明提出的铜/莫代尔纤维复合材料的制备方法，其具体步骤为： 

1）清洁莫代尔纤维：将莫代尔纤维漂洗、烘干；

2）莫代尔纤维表面改性：将清洁后的莫代尔纤维浸泡在改性溶液中12~24小时，取出，于100~120℃烘烤3小时，冷却，洗净，烘干；

3）铜离子吸附与还原：将改性后的莫代尔纤维置于硫酸铜水溶液中室温浸泡3~12小时，取出，洗净，置于0~5℃的硼氢化钠水溶液中5~10分钟，取出，洗净；

4）化学镀铜：将活化后的莫代尔纤维浸泡在铜化学镀液中，于室温化学镀0.5～4小时，取出洗净，烘干，制得“铜/莫代尔纤维”复合材料。

本发明中，改性溶液的溶质为柠檬酸、苹果酸、酒石酸、草酸中的任意一种；溶剂为甲醇、乙醇、水中的任意一种；改性溶液的质量浓度为10%~25%。 

本发明中，铜离子吸附与还原用硫酸铜水溶液的浓度为50~100g/L；硼氢化钠水溶液的浓度为0.1~0.3 g/L。 

本发明中，铜化学镀液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质分别为：硫酸铜（浓度5~8 g/L）、酒石酸钠钾（浓度8~10 g/L）、乙二胺四乙酸二钠盐（浓度5~8 g/L）、二甲基氨硼烷（浓度1~1.5 g/L）、聚乙二醇（相对分子量4000）（浓度0.1~0.2 g/L）。 

本发明的创新性在于：（1）“铜/莫代尔纤维”复合材料是一种新型材料，目前尚无文献报道；（2）使用柠檬酸、酒石酸等二元酸改性莫代尔纤维，尚无先例；莫代尔纤维是一种纤维素纤维，表面富含羟基，由于羧基比羟基亲水性强，嫁接羧基后的莫代尔纤维比未改性的纤维吸水性强；（3）就未改性的纤维而言，其吸湿能力顺序为莫代尔纤维〉竹纤维〉棉纤维，由于“铜/纤维”复合材料的吸湿能力主要来源于纤维基材，在同等工艺条件下，“铜/莫代尔纤维”复合材料具有比“铜/棉纤维”、“铜/竹纤维”更强的吸湿性。（4）与未改性的纤维相比，羧基改性后的纤维吸附铜离子能力更强，单位重量的纤维吸附的铜离子更多，相应的，硼氢化钠还原后，纤维表面原位生成的单质铜更多，催化下一步化学镀铜的活性更强。（5）本发明使用铜作为催化化学镀的活化剂，没有使用常规工艺中的钯、金等贵金属活化剂，既降低了成本，也避免了在铜镀层中引入钯、金等杂质。