一种聚苯胺导电纱线连续处理装置的制作方法

本实用新型涉及高分子材料技术领域，具体为一种聚苯胺导电纱线连续处理装置。

背景技术：

随着科技的发展和人民对美好生活的追求，具有抗静电、防电磁辐射、电信号传递等功能性纤维材料在各领域的应用越来越广，轻质、柔软、高导电、易编织的导电纤维的市场空间将不断扩大。目前，常用导电纤维的导电组分主要以金属、金属氧化物和炭黑等无机材料为主。随着基础研究和应用研究的不断深入，高分子导电材料在导电纤维中的应用前景受到广泛关注。

与其他高分子导电材料相比，聚苯胺(polyaniline，PANI)具有价格低廉、合成简单、电导率高、性能稳定的优点，被认为是最具有应用前景的高分子导电材料。导电纤维是PANI的研究热点之一。将PANI作为导电组分采用共混纺丝法制备导电纤维是一种简便易行的方法，但因为聚苯胺的难溶性、难熔性以及共混纺丝方式对纤维力学性能的不利影响，导致这类方法的应用前景非常渺茫。诺贝尔化学奖得主MacDiarmid于1989年发现了苯胺的“原位聚合”现象，随后Gregory将原位聚合法用于导电纤维的制备，为PANI导电纤维的制备提供了一条新的思路。该法将纤维分步置于苯胺单体、掺杂酸和氧化剂的溶液中，使苯胺在纤维表面发生氧化聚合及掺杂反应生成PANI导电层，形成皮芯结构的PANI复合导电纤维。国内外研究人员以涤纶、丙纶、聚氨酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、光纤、羊毛、蚕丝、棉纤维、再生纤维素纤维、洋麻纤维、芒果纤维、椰壳纤维、甘蔗纤维等为基材进行导电处理，广泛应用于智能纺织品、抗静电材料、电磁屏蔽材料等领域。

采用原位聚合法制得的导电纤维电导率远高于共混纺丝法，可纺性优于金属纤维，且基质纤维的物理机械性能基本不受影响，因此自问世以来即被认为是最具商业化前景的PANI导电纤维制备方法。然而，由于原位聚合法制备导电纤维时，苯胺的吸附和聚合反应在溶液内分步完成，无法实现纱线的连续化导电处理，为保证苯胺的充分吸附，一般需将纤维在苯胺内浸渍2小时以上，然后再置于掺杂酸和氧化剂的溶液内发生氧化聚合反应生成PANI。因此，传统的原位聚合法制备导电纤维的效率极其低下，同时还存在原料利用率低、废液排放多等问题，因此，从原位聚合现象发现至今近30年来依然停留在实验室阶段。

针对此问题，国内的金欣等人(金欣,肖长发,谢淳,等.新型聚苯胺/聚己内酰胺导电纤维的制备及性能研究[J].材料导报,2010,24:29-32.)以及国外的Chandran等人(A.S.Chandran,S.K.Narayanankutty.An elastomeric composite based on polyaniline coated nylon fiber and chloroprene rubber[J].European Polymer Journal,2008,44:2418-2429.)通过将导电态PANI溶解后采用浸轧的方式连续涂覆于纱线表面，实现了连续化导电处理，但因PANI仅可溶于浓硫酸、N-甲基-2-吡咯烷酮等少数溶剂，成本高昂、制备困难，实用意义低。

专利ZL 2013 1 0702673.7公布了一种基于原位聚合法的导电纱线连续处理方法，该法中纱线经牵引辊进入装有苯胺单体的槽中，浸压，再经干压辊后得到吸附苯胺单体的纱线；然后将吸附苯胺单体的纱线通过含有掺杂酸和氧化剂溶液的反应液槽，再经干压辊后得到预处理的纱线；最后待预处理的纱线干燥后即完成导电纱线的连续处理。该方法采用连续浸渍反应液使纱线吸附反应液后在气相环境而非在液相环境中氧化聚合，从而实现了连续化导电处理。但是，吸附苯胺单体的纱线进入掺杂酸和氧化剂的反应液槽时，苯胺易析出与反应液发生反应，致使后者的浓度不稳定，为保持浓度稳定，需以较快的速度不断更新，如此则造成反应液的浪费。因此，限制了其实现规模化生产和实际应用的可能性。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是针对原位聚合法制备皮芯结构复合导电纤维无法实现连续化的弊端，提供一种导电纱线的连续处理装置，同时降低原料的消耗。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种聚苯胺导电纱线连续处理装置，包括沿纱线走线方向依次设置的纱筒、第一储纱轮、第一压辊、第二储纱轮、第二压辊、牵引轮和储存容器，所述第一储纱轮的上方设置有反应液雾化喷嘴，所述第二储纱轮的上方设置有氧化剂溶液雾化喷嘴。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种聚苯胺导电纱线连续处理装置。具备以下有益效果：

1、该聚苯胺导电纱线连续处理装置，利用雾化喷射的方式将苯胺、掺杂酸和氧化剂分别附着在纱线上，使之在气相环境中在纱线表面聚合反应，生成聚苯胺。因为无需浸渍，不存在苯胺与反应液之间的析出反应，所有的反应都发生于纱线上，因此避免了原料的浪费。

2、该聚苯胺导电纱线连续处理装置，通过第一压辊和第二压辊的设置，可以使反应液和氧化剂溶液分布的比较均匀，而且可以避免在纱线的表面汇聚，从而可以减少导电聚苯胺团聚结块的现象，从而提高导电层的均匀度及连续性，提高导电性能。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图；

图2为实施例一中对对位芳纶长丝纱导电处理前后力学性能对比图；

图3为实施例五中对涤纶长丝纱导电处理前后力学性能对比图。

图中：1纱筒、2第一储纱轮、3反应液雾化喷嘴、4第一压辊、5第二储纱轮、6氧化剂溶液雾化喷嘴、7第二压辊、8牵引轮、9储存容器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本实用新型提供了一种聚苯胺导电纱线连续处理装置，包括沿纱线走线方向依次设置的纱筒、第一储纱轮、第一压辊、第二储纱轮、第二压辊、牵引轮和储存容器，所述第一储纱轮的上方设置有反应液雾化喷嘴，所述第二储纱轮的上方设置有氧化剂溶液雾化喷嘴。

纱线从纱筒引出后缠绕在第一储纱轮上，利用反应液雾化喷嘴将反应液喷涂于纱线上，然后利用第一压辊对纱线进行挤压，使反应液均匀分布于纱线的表面以及内部；然后将纱线缠绕于第二储纱轮表面，利用氧化剂溶液雾化喷嘴将氧化剂溶液喷涂于纱线表面，通过第二压辊挤压纱线使氧化剂溶液均匀分布于纱线表面以及内部，则纱线上带有反应液与氧化剂，最后通过牵引轮将纱线牵引至储存容器内，待纱线干燥后即完成导电纱线的连续处理。

实施例一对位芳纶长丝纱的导电处理

将对位芳纶长丝纱从纱筒1上引出之后卷绕在第一储纱轮2上，通过反应液雾化喷嘴3将浓度为1.0mol/L的反应液喷涂于对位芳纶长丝纱表面，且反应液以盐酸为掺杂酸与苯胺混合，然后通过第一压辊4对对位芳纶长丝纱进行第一次挤压，使反应液可以均匀地分布在对位芳纶长丝纱的表面以及内部，接着将对位芳纶长丝纱卷绕于第二储纱轮5表面，利用氧化剂溶液雾化喷嘴6将浓度为0.5mol/L的过硫酸铵溶液喷涂于对位芳纶长丝纱表面，然后通过第二压辊7对对位芳纶长丝纱进行第二次挤压，使过硫酸铵溶液均匀分布于对位芳纶长丝纱的表面以及内部，最后通过牵引轮8将对位芳纶长丝纱引导至储存容器9内，此时反应液雾化喷嘴3和氧化剂溶液雾化喷嘴6的溶液流量均为0.5ml/min，纱线的运行速度为50m/min，牵引轮8的表面线速度为100m/min，经过处理后的对位芳纶长丝纱表面沉积有少量的聚苯胺颗粒，并未形成完整的聚苯胺导电层，因此纱线电导率较低，仅为1.2×10^-3S/cm，由附图2可见，纱线导电处理前后的物理机械性能指标如断裂强度、断裂伸长率和初始模量未发生明显的变化，导电处理后的三项指标分别为 14.38cN/dtex、2.84％和549.54cN/dtex，导电处理前分别为14.32cN/dtex、 2.84％和547.06cN/dtex，可知处理后对位芳纶长丝纱的力学性能受到的影响较小。

实施例二对位芳纶长丝纱的导电处理

将对位芳纶长丝纱从纱筒1上引出之后卷绕在第一储纱轮2上，通过反应液雾化喷嘴3将浓度为2.0mol/L的反应液喷涂于对位芳纶长丝纱表面，且反应液以盐酸为掺杂酸与苯胺混合，然后通过第一压辊4对对位芳纶长丝纱进行第一次挤压，使反应液可以均匀地分布在对位芳纶长丝纱的表面以及内部，接着将对位芳纶长丝纱卷绕于第二储纱轮5表面，利用氧化剂溶液雾化喷嘴6将浓度为1mol/L的过硫酸铵溶液喷涂于对位芳纶长丝纱表面，然后通过第二压辊7对对位芳纶长丝纱进行第二次挤压，使过硫酸铵溶液均匀分布于对位芳纶长丝纱的表面以及内部，最后通过牵引轮8将对位芳纶长丝纱引导至储存容器9内，此时反应液雾化喷嘴3和氧化剂溶液雾化喷嘴6的溶液流量均为0.5ml/min，纱线的运行速度为50m/min，牵引轮8的表面线速度为 100m/min。经过处理后的对位芳纶长丝纱表面的聚苯胺较例一明显增多，可以在纤维表现形成一层很薄的导电层，因此纱线的导电性能有所提升，电导率为4.5×10^-1S/cm，纱线导电处理后的物理机械性能如例一，基本保持不变。

实施例三对位芳纶长丝纱的导电处理

将对位芳纶长丝纱从纱筒1上引出之后卷绕在第一储纱轮2上，通过反应液雾化喷嘴3将浓度为3.0mol/L的反应液喷涂于对位芳纶长丝纱表面，且反应液以盐酸为掺杂酸与苯胺混合，然后通过第一压辊4对对位芳纶长丝纱进行第一次挤压，使反应液可以均匀地分布在对位芳纶长丝纱的表面以及内部，接着将对位芳纶长丝纱卷绕于第二储纱轮5表面，利用氧化剂溶液雾化喷嘴6将浓度为1.5mol/L的过硫酸铵溶液喷涂于对位芳纶长丝纱表面，然后通过第二压辊7对对位芳纶长丝纱进行第二次挤压，使过硫酸铵溶液均匀分布于对位芳纶长丝纱的表面以及内部，最后通过牵引轮8将对位芳纶长丝纱引导至储存容器9内，此时反应液雾化喷嘴3和氧化剂溶液雾化喷嘴6 的溶液流量均为0.5ml/min，纱线的运行速度为50m/min，牵引轮8的表面线速度为100m/min。与例一、例二相比，经过处理后的对位芳纶长丝纱表面聚苯胺含量明显增多，在纤维表面形成一层具有一定厚度的导电层，电导率为达到1.8S/cm，纱线导电处理后的物理机械性能如例一，基本保持不变。

实施例四对位芳纶长丝纱的导电处理

将对位芳纶长丝纱从纱筒1上引出之后卷绕在第一储纱轮2上，通过反应液雾化喷嘴3将浓度为4.0mol/L的反应液喷涂于对位芳纶长丝纱表面，且反应液以盐酸为掺杂酸与苯胺混合，然后通过第一压辊4对对位芳纶长丝纱进行第一次挤压，使反应液可以均匀地分布在对位芳纶长丝纱的表面以及内部，接着将对位芳纶长丝纱卷绕于第二储纱轮5表面，利用氧化剂溶液雾化喷嘴6将浓度为2.0mol/L的过硫酸铵溶液喷涂于对位芳纶长丝纱表面，然后通过第二压辊7对对位芳纶长丝纱进行第二次挤压，使过硫酸铵溶液均匀分布于对位芳纶长丝纱的表面以及内部，最后通过牵引轮8将对位芳纶长丝纱引导至储存容器9内，此时反应液雾化喷嘴3和氧化剂溶液雾化喷嘴6 的溶液流量均为0.5ml/min，纱线的运行速度为50m/min，牵引轮8的表面线速度为100m/min。经过处理后的对位芳纶长丝纱表面覆盖有一层聚苯胺导电层，且有部分较大的团聚，说明反应液及氧化剂浓度较高，生成的聚苯胺含量增加。处理后纱线的电导率为2.6S/cm，纱线导电处理后的物理机械性能如例一，基本保持不变。

实施例五涤纶长丝纱的导电处理

将涤纶长丝纱从纱筒1上引出之后卷绕在第一储纱轮2上，通过反应液雾化喷嘴3将浓度为2.5mol/L的反应液喷涂于涤纶长丝纱表面，且反应液以盐酸为掺杂酸与苯胺混合，然后通过第一压辊4对涤纶长丝纱进行第一次挤压，使反应液可以均匀的分布在涤纶长丝纱的表面以及内部，接着将涤纶长丝纱卷绕于第二储纱轮5表面，利用氧化剂溶液雾化喷嘴6将浓度为1mol/L 的过硫酸铵溶液喷涂于涤纶长丝纱表面，然后通过第二压辊7对涤纶长丝纱进行第二次挤压，使过硫酸铵溶液均匀分布于涤纶长丝纱的表面以及内部，最后通过牵引轮8将涤纶长丝纱引导至储存容器9内，此时反应液雾化喷嘴3 和氧化剂溶液雾化喷嘴6的溶液流量均为0.4ml/min，纱线的运行速度为 40m/min，牵引轮8的表面线速度为100m/min，处理后纱线的电导率为0.32 S/cm。由附图3可以得知，经过处理后的涤纶长丝纱表面覆盖有一层导电膜，纱线导电处理前的物理机械性能指标如断裂强度、断裂伸长率和初始模量分别为3.89cN/dtex、25.84％和11.18cN/dtex，导电处理后分别为4.00 cN/dtex、26.34％和5.90cN/dtex，强力和伸长基本不变，初始模量有所下降。

综上所述，该聚苯胺导电纱线连续处理装置，利用雾化喷射的方式将苯胺、掺杂酸和氧化剂分别附着在纱线上，使之在气相环境中在纱线表面聚合反应，生成聚苯胺，因为无需浸渍，不存在苯胺与反应液之间的析出反应，所有的反应都发生于纱线上，因此避免了原料的浪费。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。