[发明专利]一种等离子辅助预处理制备玻璃导电纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于玻璃纤维的后处理领域，特别涉及一种等离子辅助预处理制备玻璃导电纤维的方法。

背景技术

玻璃纤维呈现出一系列的优异特性使得其成为电子、电气、化工、冶金、建筑、交通、环境保护、国防等行业必不可少的原材料，因此，玻璃纤维日益受到人们的重视。近年来，随着新能源技术、光伏技术的发展，人们开始以电绝缘性的玻璃作为基底、制备新型功能材料的纳米薄膜，用于光、电催化反应以及光电转化等。

导电玻璃纤维是在玻璃纤维表面涂覆一层导电层，使其具有优越的导电性。使玻璃纤维具有一定导电性的途径主要是降低纤维表面电阻率，方法有三种：一是在纤维中混入抗静电剂，使纤维表面具有吸湿性和离子性，从而提高其导电性而使电荷泄漏；二是使材料与导电性介质混合，常用导电介质为碳黑。三是对纤维表面进行改性处理，在纤维表面镀上一层薄薄的金属，以提高导电率。国内对于玻璃纤维导电性处理还主要停留在掺杂抗静电剂与碳黑。加入抗静电剂处理的玻璃纤维的抗静电性能对环境湿度比较敏感，即湿度大抗静电效果好，反之亦反。其次抗静电性和使用期限有一定的局限性。而碳黑容易脱落，手感不好，在纤维表面分布不均匀。化学镀作为材料表面金属化处理技术，已经成为制备导电玻璃纤维常用的技术之一，但是传统的玻璃纤维化学镀因其施镀过程中需要对基体进行粗花、敏化、活化处理，不仅工艺复杂，而且活化过程中需要的重金属钯价格昂贵，这些都限制了化学镀法制备导电玻璃的进一步发展。因此，开发新的、有效的制备导电玻璃纤维的方法具有重要的意义。

金属硫化物在光学、光电化学、催化、环保等方面都具有特殊的性能。它们具有良好的化学和热稳定性，是一种良好的光电材料。利用金属硫化物的特性来生产导电纤维的方法在目前应用最多是纤维表面化学反应法，这种方法主要通过化学处理, 即通过反应液的浸渍, 在纤维表面产生吸附, 然后通过化学反应使金属硫化物覆盖在纤维表面。此方法优点在于工艺简单、成本较低，而且对纤维的强度、柔软性、滑爽性等损伤较少。在20世纪80年代, 日本就研制成这类导电纤维。有人还专门对导电成分及导电机理进行了研究, 如日本研制的表面覆盖铜的硫化物的导电腈纶, 是先将腈纶在含铜离子溶液中处理, 然后在还原剂中处理, 纤维上的Cu²⁺变成Cu⁺与-CN络合, 进一步形成铜的硫化物的导电性物质。由于这些导电物质在纤维结构上形成了网络, 故导电性能很好。国内专利87104625.3、201510188325.1、200810084225.4等都是采用这种方法生产导电纤维的。由于聚丙烯腈纤维上的氰基能与铜离子产生络合, 使纤维具有导电性；普通的玻璃纤维表面缺乏与铜离子络合的基团,导电物质就无法与纤维发生络合, 因此影响了纤维对金属硫合物的吸附和吸附牢度, 故无法制得导电性能优良的纤维。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明将提供一种等离子辅助预处理制备玻璃导电纤维的方法，该方法首先将清洗干净的玻璃纤维经过真空等离子处理，使其表面羟基化，然后采用丝素蛋白溶液浸泡并采用戊二醛进行交联，使玻璃纤维表面形成牢固的丝素蛋白层，最后使用五水硫酸铜和硫代硫酸钠为原料，采用化学反应法在玻璃纤维的表面生成硫化亚铜。该方法有效提高了金属硫化物在玻璃纤维纤维表面的吸附，界面粘结性强，具有制备工艺条件容易实现、节约成本、纤维导电性能优良等优点。

本发明的等离子辅助预处理制备玻璃导电纤维的方法，具体包括如下步骤：

（1）将清洗干净的玻璃纤维采用真空等离子体进行表面处理；

（2）将步骤（1）得到的经过等离子处理的玻璃纤维浸入丝素蛋白水溶液中，在30℃～60℃浸泡1～3小时，浸泡完毕取出后浸入浓度为0.05%～1%的戊二醛溶液中，在30℃～50℃浸泡0.5～2小时，取出后用水充分漂洗、干燥后得到丝素蛋白表面修饰的玻璃纤维；

（3）将步骤（2）得到的丝素蛋白表面修饰的玻璃纤维置于五水硫酸铜水溶液中，在20℃～60℃浸泡5～30分钟后，加入硫代硫酸钠水溶液，升温至75℃～85℃反应0.3～1.5小时，取出纤维后用水漂洗、烘干后得到硫化亚铜/玻璃纤维复合导电纤维。

所述步骤（1）中采用真空等离子体进行表面处理的条件为：工作气体为氧气或者空气，背底真空度为1～5Pa，工作压力为50～100Pa，放电功率为100～200W，处理时间为2～6分钟；

所述步骤（2）中丝素蛋白水溶液的质量浓度为2%～8%。

所述步骤（2）中戊二醛溶液的质量浓度为0.05%～1%。