一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法。该工艺通过化学镀方法在芳香族聚酰胺纤维表面镀覆金属导电薄层，从而赋予纤维抗静电及导电功能，同时保留了纤维的轻质高强、耐热阻燃，手感柔软等固有特性，是一种新型复合材料。可广泛应用于航空、航天、航海、军工、医疗等特种领域，用作个体防护的电磁屏蔽材料和轻质导电材料。
【背景技术】
[0002]芳香族聚酰胺纤维简称芳纟仑纤维，英文为Aramid fiber，最先由美国杜邦公司研制，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5?6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2?3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不熔化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶及其复合材料已广泛用于航空航天和军事用途，如波音757、767等飞机的壳体、防弹衣、防弹背心、头盔、航天加压服装、高强度降落伞、导弹壳体材料、特种缆线、火箭壳体、航天飞机贮能罐和其他高压容器等。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程，因此被称为“梦的纤维”。
[0003]但芳纶纤维同其它高分子材料一样，其良好的电绝缘性和介电性能，限制了芳纶纤维在一些领域的应用。目前，赋予芳纶纤维导电性的方法主要有磁控溅射、共混纺丝、化学镀等方法。专利CN 103668944 A讲述了一种芳纶镀银导电纤维的制备方法，但其制备过程中采用粗化方法破坏了纤维的表皮结构，损坏了纤维的力学性能，且沉积的镀层与纤维的结合力较差，容易脱落，且镀层的稳定性很差，易氧化，导电性会随时间的延长而下降。
[0004]目前国内导电纤维多以涤给，尼龙，棉纤维等为基底。以芳纶纤维为基底的导电纤维鲜有报道，且存在很多缺陷，镀层与纤维基体的结合力很差，尚未有性能优异的工业化产品面世。国外仅有美国杜邦公司掌握生产该类产品的核心技术。
[0005]本专利采用化学镀方法制备镀镍导电芳纶纤维，镀镍导电芳纶纤维如图1所示。与国内已有的关于导电芳纶纤维的报道相比，本专利所采用的方法不仅在工艺上操作简单、经济，且获得的镀层与纤维基体的结合力强，镀层的性质稳定，耐磨性、耐蚀性好。所制备的镀镍导电芳纶纤维导电性能优异，在电磁屏蔽领域具有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0006]本发明目的之一是提供一种镀镍芳香族聚酰胺纤维。
[0007]本发明目的之二是提供一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法。
[0008]本发明通过对基体纤维(芳香族聚酰胺纤维)先进行清洗除油处理，除去纤维在加工过程中所吸附的油剂和表面污垢；除油后，对纤维表面进行预处理，使纤维溶胀，增大纤维表面积和润湿性，并在表面吸附一层还原后具有催化活性的金属离子，改善纤维基体和后续镀层的结合牢度；将预处理后的纤维放入还原剂的溶液中浸渍，使吸附在纤维表面的金属离子被还原成金属颗粒，该金属颗粒层可以作为纤维和后续镀层间的锚接点，同时也具有催化的功能；然后在纤维的表面化学镀镍，最终得到一种镀镍芳香族聚酰胺导电纤维。
[0009]本发明一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤:
a.洗涤及除油:将芳香族聚酰胺纤维放入丙酮中，超声波清洗40?80min后取出，用去离子水漂洗干净；
b.预处理，将除油后的纤维放入预处理液，预处理液中盐的浓度为5?50g/L处理温度为30?100 °(:下，浸渍I?4 h后取出，用去离子水漂洗干净；
c.还原:将预处理后的纤维放入5~25g/L还原剂硼氢化钠水溶液或硼氢化钾水溶液中浸渍，在20?50 °(:下，浸渍20?60 min后取出；
d.化学镀镍:
镀镍液用下列物质和水配制而成，反应液中各物质的含量为:
硫酸镍15?40g/L
次亚磷酸钠(还原剂)10?20 g/L
二甲氨基硼烷(还原剂)3?10g/L
柠檬酸钠(络合剂)20?30 g/L
氨水(PH调节剂)5?15ml/L
将还原后的芳纟仑纤维浸入镀镍液中，40?80 °0下，反应0.5?I h后取出，用去离子水漂洗干净，置于干燥箱中干燥30 min,得到表面均匀镀覆有镍的芳香族聚酰胺纤维，SP导电芳纶纤维。
【附图说明】
[0010]图1为本发明的镀镍芳香族聚酰胺纤维的SM图。
【具体实施方式】
[0011 ] 现将本发明的实施例叙述于后。
[0012]实施例1
本实施例的具体过程和步骤如下所述:
(I)除油:将聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(PPTA)放入丙酮溶液中，超声波清洗60 min后取出，用去离子水漂洗干净。
[0013](2)预处理:将纤维浸入含5 g/L硫酸钴的二甲亚砜的水溶液中，其中二甲亚砜的体积浓度为30%，50 °C下浸泡Ih后取出。
[0014](3)还原:将预处理后的纤维放入15g/L硼氢化钠溶液中进行还原处理，温度为20°C,60 min后取出。
[0015](4)化学镀镍:将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为:硫酸镍40g/L，次亚磷酸钠10 g/L，二甲氨基硼烷10g/L，柠檬酸钠30 g/L，氨水15ml/L，镀液温度为40°C，施镀时间0.5h0
[0016]实施例2
本实施例的具体过程和步骤如下所述:
(I)除油:将聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(PPTA)放入丙酮溶液中，超声波清洗40 min后取出，用去离子水漂洗干净。
[0017](2)预处理:将纤维浸入含30 g/L硝酸钴的二甲亚砜和N-甲基吡咯烷酮的水溶液中，其中二甲亚砜体积浓度为20%，N-甲基吡咯烧酮的体积浓度为10%，100°C下浸泡4h后取出。
[0018](3)还原:将预处理后的纤维放入5g/L硼氢化钾溶液中进行还原处理，温度为50°C, 30 min后取出。
[0019](4)化学镀镍:将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为:硫酸镍15g/L，次亚磷酸钠20 g/L, 二甲氨基硼烷3g/L，柠檬酸钠20 g/L,氨水5ml/L，镀液温度为60°C，施镀时间Ih。
[0020]实施例3
本实施例的具体过程和步骤如下所述:
(I)除油:将聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(PPTA)放入丙酮溶液中，超声波清洗SOmin后取出，用去离子水漂洗干净。
[0021](2)预处理:将纤维浸入含50g/L氯化钴的二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺的水溶液中，其中二甲基甲酰胺的体积浓度为15%，二甲基乙酰胺的体积浓度为15%，30 °C下浸泡2h后取出。
[0022](3)还原:将预处理后的纤维放入25g/L硼氢化钠溶液中进行还原处理，温度为35°C, 20 min后取出。
[0023](4)化学镀镍:将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为:硫酸镍25g/L，次亚磷酸钠15 g/L，二甲氨基硼烷6g/L，柠檬酸钠25 g/L,氨水10ml/L，镀液温度为80°C，施镀时间Ih。
[0024]实施例4
本实施例的具体过程和步骤如下所述:
(I)除油:将聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(PPTA)放入丙酮溶液中，超声波清洗60min后取出，用去离子水漂洗干净。
[0025](2)预处理:将纤维浸入含30g/L硝酸银的二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲亚砜三者混合物的水溶液中，其中二甲基甲酰胺的体积浓度为10%，N-甲基吡咯烷酮的体积浓度为10%，二甲亚砜的体积浓度为10%，50 °C下浸泡2h后取出。
[0026](3)还原:将预处理后的纤维放入25g/L硼氢化钠溶液中进行还原处理，温度为35°C, 20 min后取出。
[0027](4)化学镀镍:将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为:硫酸镍25g/L，次亚磷酸钠15 g/L，二甲氨基硼烷8g/L，柠檬酸钠25 g/L,氨水10ml/L，镀液温度为80°C，施镀时间Ih。
[0028]实施例5
本实施例的具体过程和步骤如下所述:
(I)除油:将聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(PMIA)放入丙酮溶液中，超声波清洗30min后取出，用去离子水漂洗干净。
[0029](2)预处理:将除油后纤维浸入含20g/L醋酸银的N-甲基吡咯烷酮和二甲亚砜混合物的水溶液中，其中N-甲基吡咯烷酮的体积浓度为15%，二甲亚砜的体积浓度为15%，50°C下浸泡Ih后取出。
[0030](3)还原:将预处理后的纤维放入10g/L硼氢化钾溶液中进行还原处理，温度为30°C, 20 min后取出。
[0031](4)化学镀镍:将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为:硫酸镍25g/L，次亚磷酸钠15 g/L，二甲氨基硼烷8g/L，柠檬酸钠25 g/L,氨水10ml/L，镀液温度为80°C，施镀时间Ih。
【主权项】
1.一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤: a.洗涤及除油:将芳香族聚酰胺纤维放入丙酮中，超声波清洗40?80min后取出，用去离子水漂洗干净； b.预处理，使纤维溶胀，增大纤维表面积和润湿性，并在表面吸附一层还原后具有催化活性的金属离子，以改善纤维基体和后续镀层的结合牢度； c.还原:将预处理后的纤维放入5~25g/L还原剂硼氢化钠水溶液或硼氢化钾水溶液中浸渍，在20?50 °(:下，浸渍20?60 min后取出； d.化学镀镍: 镀镍液用下列物质和水配制而成，反应液中各物质的含量为: 硫酸镍15?40g/L 次亚磷酸钠(还原剂)10?20 g/L 二甲氨基硼烷(还原剂)3?10g/L 柠檬酸钠(络合剂)20?30 g/L 氨水(PH调节剂)5?15ml/L 将还原后的芳纟仑纤维浸入镀镍液中，40?80 °0下，反应0.5?I h后取出，用去离子水漂洗干净，置于干燥箱中干燥30 min,得到表面均匀镀覆有镍的芳香族聚酰胺纤维，SP导电芳纶纤维。2.根据权利要求1所述的一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法，其特征在于所述芳香族聚酰胺纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(PPTA)和聚间苯二甲酰对苯二胺纤维(PMIA)03.根据权利要求1所述的一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法，其特征在于步骤b预处理过程为:将除油后的纤维放入预处理液中，其中预处理液中盐的浓度为5?50g/L，在30?100 °(:下，浸渍I?4 h后取出，用去离子水漂洗干净。4.根据权利要求3所述的预处理液，其特征在于预处理液中盐的成分为氟化钴、氯化钴、溴化钴、硫酸钴、硝酸钴等钴盐，以及硝酸银、醋酸银等银盐。5.根据权利要求3所述的预处理液，其特征在于预处理液中溶剂的成分为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲亚砜和二甲基甲酰胺等一种或几种混合物的水溶液。
【专利摘要】本发明涉及一种镀镍芳香族聚酰胺纤维的制备方法，具体包括如下步骤：(a)洗涤及除油；(b)采用预处理试剂对纤维表面进行预处理，使纤维溶胀，表面吸附一层还原后具有催化活性的金属离子，增大纤维表面积和润湿性；(c)还原；(d)化学镀镍。本发明制备的镀镍芳香族聚酰胺纤维，兼具优异的导电性能和耐热、阻燃、轻质、高强等特性，且镍镀层的耐磨性、抗腐蚀性能优良。该镀镍纤维可用于制备抗静电和电磁屏蔽织物，以及特种电缆的屏蔽层及导体材料。因此，可广泛应用于航空、航天、军工、通讯等特殊部门；也可以满足从事雷达、医疗和电视转播等工作人员的个体防护需求。
【IPC分类】C23C18/36, D06M101/36, C23C18/20, D06M11/83
【公开号】CN105133301
【申请号】CN201510568766
【发明人】白瑞成, 庞宏伟, 唐志勇, 邵勤思, 张涛, 李爱军
【申请人】上海大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月9日