一种气相沉积聚苯胺导电纱线的制备装置的制作方法

本发明属于导电纤维领域，具体涉及一种气相沉积聚苯胺复合导电纱线的制备装置。

背景技术：

随着科技的发展和人们对美好生活的追求，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pani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。以pani对纤维进行表面处理亦可获得导电纤维，如金欣等人以及chandran等人通过将导电态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。

以苯胺单体直接于纤维表面聚合形成pani导电层是一种可行的方法，上世纪80年代末发现的苯胺“原位聚合”现象为pani导电纤维的制备提供了一条新的思路。原位聚合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。国内外研究人员以多种普通纤维为基材进行了导电处理。

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，与此同时，采用原位聚合制备聚苯胺导电纱线的装置还未有公开。

技术实现要素：

针对现有技术中的问题，本发明提供一种气相沉积聚苯胺导电纱线的制备装置，解决了原位聚合制备聚苯胺导电纱线的装置的空白，利用反应液槽和苯胺蒸汽室，实现了氧化剂与苯胺的依次吸附，并发生反应生成导电态pani，以实现pani导电纱线的连续制备，同时大幅提高原料的利用率。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种气相沉积聚苯胺导电纱线的制备装置，包括纱筒、等离子体处理仪、反应液槽、苯胺蒸汽室和纱线储存容器，所述纱筒、等离子体处理仪、反应液槽、苯胺蒸汽室和纱线储存容器依次连接，所述等离子体处理仪与反应液槽之间设置有第一牵引辊，所述反应液槽内设置有浸没辊，且所述浸没辊浸没至液面之下，所述苯胺蒸汽室后端设置有第二牵引辊，且所述第二牵引辊与纱线储存容器之间设置有摩擦牵引辊；所述纱线缠绕在纱筒内，纱线随着纱筒的转动进入至等离子体处理仪，经等离子体处理仪处理后的纱线通过第一牵引辊进入至反应液槽内，纱线穿过反应液槽内的浸没辊，吸附混合溶液，然后进入至苯胺蒸汽室内，吸附苯胺蒸汽；经过混合溶液和苯胺蒸汽吸附的纱线依次通过第二牵引轮和摩擦牵引轮进入至纱线储存容器静置反应，得到聚苯胺导电纱线。

所述反应液槽与苯胺蒸汽室之间设置有压辊，挤压以除去过量的反应液。

从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：

1.本发明解决了原位聚合制备聚苯胺导电纱线的装置的空白，利用反应液槽和苯胺蒸汽室，实现了氧化剂与苯胺的依次吸附，并发生反应生成导电态pani，以实现pani导电纱线的连续制备，同时大幅提高原料的利用率。

2.本发明利用压辊除去过量的反应液，实现了纱线上反应液的含量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明实施例1中的涤纶长丝纱导电处理前后表面形貌对比；

图3是本发明实施例2中的对位芳纶导电处理前后表面形貌对比。

具体实施方式

结合图1，详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。

如图1所示，纱线从纱筒1上退绕后，先通过等离子体处理仪2进行预处理，以提高纱线的表面性能，使其在后续加工中能够增大对溶液的吸附量，并提高吸附均匀度。为提高等离子体预处理效果，纱线在排列于放电电极板两侧的转向轮来回穿行，使纱线在上下两个电极板之间的运行时间应尽量延长。调节等离子预处理参数：气体种类采用空气、氧气等、两电极板间距为2-5mm、纱线运行速度为0-20m/min。

纱线经等离子体预处理后经第一牵引辊3牵引出并被引入反应液槽5内，经浸没于苯胺液面之下的浸没辊4使纱线表面吸附有一定量的反应液，反应液为氧化剂和掺杂酸的混合溶液，氧化剂为过硫酸铵、三氯化铁、五氧化二钒中的一种，掺杂酸选择硫酸、盐酸、磷酸、高氯酸、对甲苯磺酸中的一种，氧化剂的浓度为80-200g/l，掺杂酸的浓度为0.4-3.0mol/l，纱线引离反应液槽后经一对压辊6挤压以除去过量的反应液，压辊的压力为0-1mpa，以控制纱线上反应液的含量。

随后，吸附有反应液的纱线被引入充满苯胺蒸汽的苯胺蒸汽室7内，使纱线表面再吸附上一定量的苯胺单体，为提高对苯胺的吸附效率，纱线在苯胺蒸汽室内的运行距离应尽量延长，通过调节苯胺蒸汽浓度(0-0.02g/l)和纱线运行速度(0-20m/min，与等离子体预处理同速)来调控纱线对苯胺蒸汽的吸附量。苯胺蒸汽室有良好的密封及循环功能，以保证苯胺蒸汽的浓度保持不变并不泄露。

第二牵引辊8将吸附有反应液和苯胺的纱线引出，为避免纱线缠绕第二牵引辊8，在其后设置了一个摩擦牵引轮9，依靠其旋转时产生的摩擦力将纱线引离挤压区并呈松散状置于纱线储存容器10内，使纱线表面附着的苯胺和反应液充分反应。反应结束后用一卷绕装置将纱线卷绕成形。在整个处理过程中，第一牵引辊3、压辊6和第二牵引辊8同线速转动，依靠其压力使纱线运行。

实施例1

以涤纶长丝纱为基材，经等离子体处理后(等离子体处理参数为：纱线处理长度为4m，反应气体为氧气、电极板间距为4mm，纱线运行速度为2m/min)。以磷酸为掺杂酸、过硫酸铵为氧化剂配置掺杂酸与氧化剂的混合溶液，掺杂酸浓度为3.0mol/l，氧化剂浓度为150g/l，纱线吸附反应液后经压辊挤压，挤压后纱线带液率为15％，然后进入苯胺蒸汽室，纱线在0.001g/l的苯胺蒸汽室内的长度为50m，纱线运行速度为2m/min，则纱线暴露于苯胺中的时间为25min。纱线吸收苯胺后被引离苯胺蒸汽室，存储于容器内，纱线表面的原料发生反应，以生成聚苯胺导电层。处理后纱线的电导率为0.074s/cm，纱线力学性能未发生变化。涤纶长丝纱导电处理前后表面形貌对比如图2所述。

实施例2

以对位芳纶长丝纱为基材，经等离子体处理后(等离子体处理参数为：纱线处理长度为4m，反应气体为氧气、电极板间距为4mm，纱线运行速度为2m/min)。以盐酸为掺杂酸、过硫酸铵为氧化剂配置掺杂酸与氧化剂的混合溶液，掺杂酸浓度为2.0mol/l，氧化剂浓度为100g/l，纱线吸附反应液后经压辊挤压，挤压后纱线带液率为12％，然后进入苯胺蒸汽室，纱线在0.02g/l的苯胺蒸汽室内的长度为10m，纱线运行速度为1m/min，则纱线暴露于苯胺中的时间为10min。纱线吸收苯胺后被引离苯胺蒸汽室，存储于容器内，纱线表面的原料发生反应，以生成聚苯胺导电层。处理后纱线的电导率为0.24s/cm，纱线力学性能未发生变化。对位芳纶导电处理前后表面形貌对比，如图3所示。

综上所述，本发明具有以下优点：

1.本发明解决了原位聚合制备聚苯胺导电纱线的装置的空白，利用反应液槽和苯胺蒸汽室，实现了氧化剂与苯胺的依次吸附，并发生反应生成导电态pani，以实现pani导电纱线的连续制备，同时大幅提高原料的利用率。

2.本发明利用压辊除去过量的反应液，实现了纱线上反应液的含量。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。