[发明专利]一种聚酰亚胺/镍复合导电纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电磁屏蔽导电纤维领域，尤其涉及一种聚酰亚胺/镍复合导电纤维及其制备技术。

背景技术

导电纤维是指在标准状态下(20℃，相对湿度65％)，电导率在10^-7S/cm以上的纤维。导电纤维具有导电、抗静电、反射和吸收电磁波、传感等多种功能，被广泛应用于电子工业的抗静电纺织品，电导传感器，医疗行业的电热绷带，电磁波屏蔽纺织品，航空航天行业中的电磁屏蔽材料、隐身材料。世界著名化纤企业如美国的杜邦、孟山都、巴斯夫、首诺、英国的埃匹克，日本钟纺、帝人、尤尼吉卡、可乐丽等公司都竞相推出各种导电纤维，以长丝为多，短纤较少。我国导电纤维也已小量生产，品种日益丰富，发展前景良好。

导电纤维的品种繁多，主要分为无机导电纤维和有机导电纤维这两大类。无机导电纤维主要指金属纤维和碳纤维，目前常用的金属纤维有不锈钢纤维、铜纤维、铅纤维，这类纤维导电性、耐热性、耐腐蚀性能良好，但是由于金属的密度较大，使其在轻质高强材料的应用上受到一定的限制。碳纤维是一种导电成分均一的纤维，其轴向强度和模量极高，几乎没有蠕变，热膨胀系数小，但是其耐冲击性能差，特别是径向方向，柔性差，并且不耐弯折。有机导电纤维分为均匀分布型、表面涂覆型。均匀分布型由属于导电高分子的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩直接纺丝而成。这类纤维导电性能持久，但是纤维的共轭分子结构导致分子链僵硬，难溶难熔，加工性能差，并且成本高。表面涂覆型为以普通高分子纤维为基体，将金属、碳一类的导电物质通过物理或化学手段涂覆到纤维表面，在纤维表面形成导电层，常用的有涤纶、锦纶和腈纶，这是一类重要的导电纤维。这类纤维强度，密度，导电性能，柔性都适中，耐腐蚀性能优异。但是由于传统单一涂覆或化学镀的处理方法使表层导电物质的粘接性能差，使其耐磨性和长期使用的能力大打折扣，并且有限的基体性能使其最终的综合性能大打折扣。现目前，国内外对高性能纤维金属化的研究较少，尤其是表面镀镍的高薪性能聚酰亚胺纤维的研究还未见报道。

有机纤维表面金属化的方法按制备条件分为物理法、化学法，物理方法包括真空镀，离子溅射，超临界流体渗透，PVD和CVD。化学法包括电镀、化学镀和电化学沉积，原位自金属化。物理方法耗能巨大，需要的设备复杂，对纤维也有较大损伤。化学方法中的电镀法污染大，电化学沉积法金属与纤维粘接性能差，原位法基体内部的金属粒子基体破坏大。

这其中相对较好的处理办法是化学镀，这种方法所需的设备简单，能耗小，可对纤维表面处理，对纤维的损伤可控制在较小的范围。

专利CN101660264A公开了一种表面改性离子交换的方法，通过对聚酰亚胺纤维进行碱液刻蚀，然后在银盐溶液中离子交换，再经化学还原，从而实现聚酰亚胺/银复合导电纤维的制备。该方法的无法制得同时具有高导电性、高强度和高粘结性的聚酰亚胺金属复合导电纤维。专利CN101775670B公开了一种一体化成型制备聚酰亚胺/银复合导电纤维的方法。首先制备聚酰胺酸纤维，通过直接离子交换法再热还原的方法，制得了表面覆银的聚酰亚胺纤维。该方法的优点是工艺流程简单，步骤少，成本低，具有一体化成型的特点，制备效率高，能实现大规模连续制备。且界面粘结性能优异。但是，热还原过程中的催化降解作用无法避免，所以无法获得具有高强度的导电纤维。专利CN101446037A公开了一种制备导电纤维的方法，通过粗化、敏化、活化再化学镀铜和化学镀铜镍。导电纤维的具体性能并未提及。此方法步骤繁琐，并且各个步骤所使用的化学试剂种类繁多，配方复杂，并不适合大规模生产。本专利相比于上述专利的优势：1.镍镀层的抗氧化能力比铜强，能长时间保持良好的导电性，并且耐蚀性更好，是电磁屏蔽材料研究的主流2.相比于镀铜又镀镍，少了一个界面层，就不会出现电化学腐蚀现象，3.铜镍的热膨胀系数也不同，在受热过程会产生较单一镀层额外的热应力。单镀层可以避免此缺陷。

通过表面改性离子交换技术结合化学镀的方法能所获的导电纤维能同时兼备高导电性、高强度和高耐磨性的特点。

发明内容