鍍銀導(dǎo)電纖維的制備和性能

焦紅娟郭紅霞李永卿袁巖興王群

(北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院北京100022)

摘要:對(duì)短切聚酯纖維進(jìn)行化學(xué)鍍銀,制備了用于導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電填料,探討了氨水濃度、裝載量及穩(wěn)定劑對(duì)纖維化學(xué)鍍銀的影響。實(shí)驗(yàn)表明,φ=0.10的氨水有利于化學(xué)鍍銀;通過(guò)調(diào)整裝載量,可提高纖維的增重量率和硝酸銀的利用率;穩(wěn)定劑的加入可阻止鍍液自分解,但對(duì)包覆層的均勻性和致密性有影響。電性能測(cè)試表明,鍍銀纖維的體積電阻率可達(dá)3.35×10-3Ω·cm,以其作為導(dǎo)電橡膠填料,當(dāng)含量為w=0.40時(shí),其電阻率為1.54×10-1Ω·cm。

關(guān)鍵詞:化學(xué)鍍銀;聚酯纖維;裝載量;電阻率中圖分類(lèi)號(hào):TQ153文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

目前,導(dǎo)電高分子材料由于易成型,質(zhì)量輕,容易加工等優(yōu)點(diǎn)已成為新一代高分子電子材料[1～2],廣泛應(yīng)用于電磁屏蔽、抗靜電和導(dǎo)電等領(lǐng)域。因此,作為功能材料的一個(gè)重要分支,導(dǎo)電高分子材料是近來(lái)研究的熱點(diǎn)之一[3～4]。導(dǎo)電高分子材料可分為結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型兩大類(lèi)。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料指材料本身具有導(dǎo)電性或通過(guò)摻雜后具有導(dǎo)電性的材料;復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料指高分子材料本身不具導(dǎo)電性,但在加工成型階段通過(guò)加入導(dǎo)電填料可使其具有導(dǎo)電性。常用的導(dǎo)電填料主要有金屬(如金屬粉末、纖維及鍍金屬的粉末或纖維)和非金屬(包括非金屬纖維,如碳纖維和非金屬粉末,如石墨、炭黑等)。從材料本身的物理性能和導(dǎo)電性能兩方面考慮,將纖維狀非金屬材料表面金屬化,并以此作為導(dǎo)電填料所制得的導(dǎo)電材料將具有更廣闊的應(yīng)用前景[5]。

聚酯纖維具有強(qiáng)度高、耐熱性好及機(jī)械性能優(yōu)良的特點(diǎn)。而金屬銀具有接觸電阻小、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性?xún)?yōu)良等優(yōu)點(diǎn),但由于純銀的價(jià)格昂貴使其廣泛應(yīng)用受到限制。本文用化學(xué)鍍銀的方法在聚酯纖維表面包覆銀,使制備的鍍銀聚酯纖維兼具兩者的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)可大大降低成本。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　試劑及原料

聚酯短纖維(PET):抗拉強(qiáng)度>800MPa,斷裂伸長(zhǎng)率=(25±9)%,直徑=(20±4)μm,中國(guó)紡織研究院;AgNO3、NH3·H2O、NaOH、無(wú)水乙醇、葡萄糖和硫脲等均為市售分析純。

1.2　鍍銀纖維制備

以2mm長(zhǎng)的短切PET纖維作為芯材,進(jìn)行表面預(yù)處理,以形成具有催化活性的核心,使化學(xué)鍍銀容易進(jìn)行。具體操作為:將PET纖維用w=0.05的NaOH溶液粗化后,先用去離子水洗,再用鹽基膠體鈀進(jìn)行活化、敏化,然后經(jīng)去離子水徹底清洗后,置于鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍銀。鍍液的濃度組成:10～14g/L的AgNO3、φ=0.10的NH3·H2O、13g/L的NaOH、φ=0.05的無(wú)水乙醇;還原液濃度組成:10g/L葡萄糖、w=1.0×10-6～5.0×10-6的硫脲。鍍液溫度控制在20～30°C,施鍍時(shí)間約1h。鍍覆后用去離子水將纖維清洗干凈,在一定溫度下真空干燥。

1.3　性能表征

纖維的X射線(xiàn)衍射分析(XRD)用D/MAX-3C型X-Ray衍射儀(日本)進(jìn)行;表面形態(tài)用QUAN-TA200型掃描電子顯微鏡(FeiCompany,美國(guó))觀(guān)察;

鍍銀導(dǎo)電纖維的性能測(cè)試[6]:將一定量的導(dǎo)電纖維裝入1cm直徑的塑料圓筒內(nèi),兩端加以?xún)?nèi)徑相同的鍍金電極,將圓筒垂直放置,頂端壓上規(guī)定重量的重物(5kg),然后測(cè)量?jī)蓸O間的電阻。由于空氣的存在,纖維與電極板真正的接觸面積不是S,而應(yīng)為SF。纖維的體積電阻率(ρv)按下式計(jì)算:

式中:VE為纖維的實(shí)際體積(cm3);VF為圓筒的體積(cm3)。m為試樣質(zhì)量、S為電極板的面積,l為電極板間的距離、γ為纖維密度(均為已知)。F為填充度,本體系中為0.23。

導(dǎo)電橡膠的導(dǎo)電性能測(cè)試:用107液體硅橡膠,以正硅酸乙酯為交聯(lián)劑,二月硅酸二丁基錫為催化劑,加入固化劑后與制備的鍍銀導(dǎo)電纖維均勻混合,裝模,溫室硫化24h,然后制成28mm×28mm×12mm的圓柱體,測(cè)試其電阻值,并根據(jù)式(3)計(jì)算電阻率(ρ)

式中R為樣品的電阻,d為樣品圓柱體直徑,L為圓柱體長(zhǎng)。

2　結(jié)果與討論

2.1　導(dǎo)電纖維的表面形態(tài)