專利名稱：導(dǎo)電間位芳綸纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能高分子材料制造領(lǐng)域，特別涉及一種導(dǎo)電間位芳綸纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
間位芳綸是集熱穩(wěn)定性、阻燃性、防腐性和耐輻射性等多種性能于一身的特種功能性纖維，是航空、航天、國防、軍工、軍服、消防、化工、海洋開發(fā)、賽車、環(huán)保等諸多領(lǐng)域中的重要基礎(chǔ)材料。其熱穩(wěn)定性和高強(qiáng)阻燃性使其獲得了 “防火纖維”之美譽(yù)。但是間位芳綸纖維同其他高分子材料一樣，其良好的電絕緣性和介電性能，限制了間位芳綸在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。比如，環(huán)保方面使用的工業(yè)能源用過濾袋，由于其使用場合煙氣溫度較高，需要耐高溫度的芳綸過濾氈來進(jìn)行除塵凈化。當(dāng)工業(yè)粉塵在濃度達(dá)到一定程度后(即爆炸極限)，如遇靜電火花或外界點火等因素，極易導(dǎo)致爆炸和火災(zāi)。因此要求制作除塵布袋的濾料必須是具有防靜電性的耐高溫材料。對于其他很多行業(yè)，如油氣田，燃?xì)庹?，加油站，電子行業(yè)，冶金，航空航天等使用防護(hù)服裝面料的領(lǐng)域，在要求防護(hù)服裝面料具有抗靜電的同時，也需要具有良好的阻燃防護(hù)功能，以保證突發(fā)狀況的人身安全。但目前市場上存在的如尼龍、滌綸基導(dǎo)電纖維等，其熔點偏低(200°C _220°C便可融化)，不適合用在溫度高于200°C的高溫應(yīng)用領(lǐng)域使用，對于很多需要防靜電的同時又要求人體防護(hù)的行業(yè)達(dá)不到應(yīng)用要求。這就需要一種既能耐受高溫，又能防靜電的有機(jī)材料。目前的導(dǎo)電纖維主要是以滌綸、丙綸、腈綸、錦綸等傳統(tǒng)纖維為基材或混紡或復(fù)合制備導(dǎo)電纖維，尚無以間位芳綸為基材的導(dǎo)電纖維方面的研究報道和產(chǎn)品。因市場的需要，也有芳綸纖維與導(dǎo)電纖維以混紡和交織的方式形成新型織物，使織物獲得了阻燃防靜電的防護(hù)功能。杜邦公司開發(fā)的最新芳綸產(chǎn)品Aracon是采用磁控濺射技術(shù)，將金屬濺射在對位芳綸纖維表面形成很薄的膜，具有`抗靜電作用，同時能屏蔽高頻輻射和信號。到目前為止，尚無間位芳綸為基材導(dǎo)電纖維的相關(guān)專利和報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)電間位芳綸纖維的制備方法，根據(jù)該方法制得的導(dǎo)電間位芳綸纖維不但具有間位芳綸的本質(zhì)阻燃、耐高溫、尺寸穩(wěn)定性、可紡性等優(yōu)異性能，同時具有電阻率(IO4-1O5) Ω · Cm的優(yōu)異的導(dǎo)電性能。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種間位芳綸導(dǎo)電纖維的制備方法，主要包括以下步驟(I)導(dǎo)電組分的表面活化處理導(dǎo)電組分可以選用碳納米管或者導(dǎo)電炭黑或兩者的組合物。其中碳納米管為多壁碳管、直徑小于30nm、長度小于IOOnm ;導(dǎo)電炭黑為粉末狀、粒徑小于IOOnm。碳納米管的表面活化處理，是將碳納米管在表面處理劑中加熱至60-80°C超聲回流2-6h，然后超聲處理、水洗、烘干備用，經(jīng)該方法處理的碳納米管增強(qiáng)了和聚合物的相容性；優(yōu)選將碳納米管在濃硝酸和濃硫酸混合液(體積比2:1)中加熱至60-80°C，超聲回流2_6h，然后超聲水洗、150°C烘干備用。導(dǎo)電炭黑的表面活化處理，是將導(dǎo)電炭黑在溶劑中加熱至50-70°C的條件下浸泡24h，然后超聲分散2h，備用。上述采用常規(guī)超聲波功率1000-1500W即可。(2)將導(dǎo)電組分同溶劑、分散劑按比例加入高速混合設(shè)備中，攪拌速度1000r/min，控制溫度在50-80°C，使其充分混合；然后對其進(jìn)行研磨，達(dá)到合理的尺寸，最大尺寸在200納米以下。(3)將研磨好的導(dǎo)電組分溶液加入到聚合物溶液中，充分混合均勻，然后冷卻、脫泡得到導(dǎo)電纖維紡絲液；(4)采用濕法紡絲工藝，經(jīng)過計量泵、噴絲組件、凝固、拉伸、水洗、熱處理等后處理，得到具備導(dǎo)電性能的間位芳綸纖維。所述步驟(I)中的表面處理劑為濃硝酸、濃硫酸中的一種或兩種的混合物。所述的溶劑為有機(jī)溶劑二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮等極性溶劑中的一種。所述的分散劑為有機(jī)分散劑，包括十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙烯基吡咯烷酮中的一種或兩種，分散劑的加入可以提高碳納米管和導(dǎo)電炭黑的分散性倉泛。所述步驟(2)中三者的質(zhì)量比例為導(dǎo)電組分分散劑溶劑為(1-5) : (O. 1-1):(4-9)。其用量為可使導(dǎo)電組分充分分散溶解形成均勻的分散溶液即可。所述步驟(3)中紡絲時，紡絲液的聚合物為聚間苯二甲酰間苯二胺。步驟(3)中，分散后的導(dǎo)電組分溶液添加量為聚合物質(zhì)量的2-15%。本發(fā)明的目的在于提供一種具備耐高溫、阻燃和導(dǎo)電性能的高性能纖維，間位芳綸具備阻燃、耐高溫、尺寸穩(wěn)定性、可紡性等優(yōu)異性能，而導(dǎo)電組分比如碳納米管具有高比強(qiáng)度、良好的柔韌性和導(dǎo)電性能，并且可以對纖維起到增強(qiáng)作用。碳納米管呈管狀、長徑比大，碳納米管在聚合物基材中互相接觸產(chǎn)生隧道效應(yīng)，從而讓聚合物纖維具有了導(dǎo)電性能，同時可以提高纖維的強(qiáng)力等性能。導(dǎo)電炭黑是具有低電阻的炭黑，具有粒徑小、比表面積大且粗糙、結(jié)構(gòu)高、表面潔凈等特點。導(dǎo)電碳黑在纖維制品中形成連續(xù)相結(jié)構(gòu)，賦予纖維導(dǎo)電性能。我們采用了添加一定量的碳納米管或?qū)щ娞亢谟诰酆衔锶芤褐?，利用濕法紡絲技術(shù)，直接紡絲得到了導(dǎo)電間位芳綸纖維。經(jīng)試驗證實，其具備耐高溫、阻燃和導(dǎo)電性能。


圖1是導(dǎo)電性能隨溫度變化圖；圖2是纖維瞬時耐溫性比較(265°C X5min);圖中左圖是間位芳綸基導(dǎo)電纖維，右圖是滌綸基導(dǎo)電纖維。
具體實施方式
為進(jìn)一步說明本發(fā)明，結(jié)合以下實施例具體說明實施例1.首先將碳納米管在濃硝酸和濃硫酸混合液(體積比2:1)中加熱至60-80°C超聲回流3h，然后超聲水洗、150°C烘干備用，經(jīng)處理的導(dǎo)電組分增強(qiáng)了和聚合物的相容性；然后將表面處理后的碳納米管、十六烷基三甲基溴化銨、二甲基乙酰胺按質(zhì)量比1: 1:8的比例加入高速混合設(shè)備中，控制溫度在60-80°C，使其充分混合60min ;再對其進(jìn)行研磨，最大尺寸小于200納米；將研磨好的碳納米管按5%的量添加到間位芳綸紡絲液中，充分混合均勻，然后冷卻、過濾、脫泡得到導(dǎo)電纖維紡絲液；采用濕法紡絲工藝，聚合物紡絲液經(jīng)紡絲泵增壓后通過直徑為O. 01-0. 3mm的噴絲孔擠出，經(jīng)凝固浴液形成纖維，然后經(jīng)過50-70°C水洗、120-180°C烘干后，再經(jīng)270-450°C熱處理，得到具備導(dǎo)電性能的間位芳綸纖維。需強(qiáng)調(diào)的是，不同的紡絲工藝和熱處理溫度等對導(dǎo)電纖維的性能都有影響。所得間位芳綸導(dǎo)電纖維的纖密度為2. 2dtex,斷裂強(qiáng)度為3. 8cN/dtex，楊氏模量41. 6cN/dtex,斷裂伸長為 32%,電阻率為 6. 5 X IO4 Ω · cm。實施例2.將表面處理后的導(dǎo)電組分碳納米管、十六烷基三甲基溴化銨、二甲基乙酰胺按質(zhì)量比2:1:7的比例加入高速混合設(shè)備中，控制溫度在50-70°C，使其充分混合30min ;然后對其進(jìn)行研磨，最大尺寸小于200納米；將研磨好的碳納米管按8%的量添加到間位芳綸紡絲液中，充分混合均勻， 然后冷卻、過濾、脫泡得到導(dǎo)電纖維紡絲液；采用濕法紡絲工 藝，經(jīng)過凝固、拉伸、水洗、熱處理等后處理，得到具備導(dǎo)電能力的間位芳綸纖維。所得間位芳綸導(dǎo)電纖維的纖密度為2. 2dtex,斷裂強(qiáng)度為4. 2cN/dtex,斷裂伸長為31%，電阻率為9. 6 XlO4 Ω · cm。實施例3.將表面處理后的導(dǎo)電組分碳納米管和導(dǎo)電炭黑(質(zhì)量比1:1)，再和聚乙二醇辛基苯基醚、甲基吡咯烷酮按質(zhì)量比3:1:6的比例加入高速混合設(shè)備中，控制溫度在60-80°C，使其充分混合60min ;然后對其進(jìn)行研磨，最大尺寸小于200納米；將研磨好的碳納米管和導(dǎo)電炭黑按5%的量添加到間位芳綸紡絲液中，充分混合均勻，然后冷卻、過濾、脫泡得到導(dǎo)電纖維紡絲液；采用濕法紡絲工藝，經(jīng)過凝固、拉伸、水洗、熱處理等后處理，得到具備導(dǎo)電性能的間位芳綸纖維。所得間位芳綸導(dǎo)電纖維的線密度為2. 2dtex,斷裂強(qiáng)度為3. 9cN/dtex,斷裂伸長為 31%，電阻率為 2. 3 XlO4 Ω · cm。實施例4.將表面處理后的導(dǎo)電組分碳納米管和導(dǎo)電炭黑(質(zhì)量比3: 7)、再和聚乙二醇辛基苯基醚、二甲基乙酰胺按質(zhì)量比4:1:5的比例加入高速混合設(shè)備中，控制溫度在60-80°C，使其充分混合60min ;然后對其進(jìn)行研磨，最大尺寸小于200納米；將研磨好的碳納米管和導(dǎo)電炭黑按8%的量添加到間位芳綸紡絲液中，充分混合均勻，然后冷卻、過濾、脫泡得到導(dǎo)電纖維紡絲液；采用濕法紡絲工藝，經(jīng)過凝固、拉伸、水洗、熱處理等后處理，得到具備導(dǎo)電能力的間位芳綸纖維。所得間位芳綸導(dǎo)電纖維的纖密度為2. 2dtex,斷裂強(qiáng)度為3. 7cN/dtex,斷裂伸長為 31%，電阻率為 3. 7 X IO4 Ω · cm。實施例5.將表面處理后的導(dǎo)電組分導(dǎo)電炭黑、聚乙二醇辛基苯基醚、二甲基甲酰胺按2:1:7的比例加入高速混合設(shè)備中，控制溫度在60-80°C，使其充分混合60min ;然后對其進(jìn)行研磨，最大尺寸小于200納米；將研磨好的導(dǎo)電炭黑按8%的量添加到間位芳綸紡絲液中，充分混合均勻，然后冷卻、過濾、脫泡得到導(dǎo)電纖維紡絲液；采用濕法紡絲工藝，經(jīng)過凝固、拉伸、水洗、熱處理等后處理，得到具備導(dǎo)電能力的間位芳綸纖維。所得間位芳綸導(dǎo)電纖維的纖密度為2. 2dtex,斷裂強(qiáng)度為3. 5cN/dtex,斷裂伸長為 34%,電阻率為 5. 2 X IO4 Ω · cm。通過以上方法所制得的間位芳綸基導(dǎo)電纖維具有以下性能1.極強(qiáng)的阻燃性能間位芳綸基導(dǎo)電纖維具有間位芳綸的優(yōu)異的阻燃特性，極限氧指數(shù)LOI大于28%，不在空氣中自燃、融化或產(chǎn)生熔滴，炭化起始溫度為400°C。2.優(yōu)良的耐高溫性能如圖1所示，間位芳綸基導(dǎo)電纖維與其他基材的導(dǎo)電纖維相比(比如滌綸)由于基材自身耐高溫性能的差異，纖維的導(dǎo)電性能隨溫度變化表現(xiàn)出很大的不同，滌綸基材的導(dǎo)電纖維導(dǎo)電性能隨著溫度的升高逐漸變差，當(dāng)溫度升高到230°C，已無導(dǎo)電性。芳綸基材的導(dǎo)電纖維溫度升到275°C時導(dǎo)電性才開始下降，表現(xiàn)出較好的耐高溫性能。在265°C X 5min的高溫環(huán)境下，間位芳綸導(dǎo)電纖維高溫前后無明顯變化，而滌綸基導(dǎo)電纖維高溫后已融化。如圖2所示。3.較好的導(dǎo)電性能表I各種基材導(dǎo)電纖維導(dǎo)電性能比較
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電間位芳綸纖維的制備方法，主要包括以下步驟 (1)導(dǎo)電組分的表面活化處理導(dǎo)電組分為碳納米管或?qū)щ娞亢诨蚱浣M合物； 其中碳納米管的表面活化處理，是將碳納米管在表面處理劑中加熱至60-80°C超聲回流2-6h，然后超聲處理、水洗、烘干備用； 其中導(dǎo)電炭黑的表面活化處理，是將導(dǎo)電炭黑在溶劑中加熱至50-70°C的條件下浸泡24h，然后超聲分散2h，備用； (2)將處理后的導(dǎo)電組分同溶劑、分散劑按比例，加入高速混合設(shè)備中，控制溫度在50-80°C，使其充分混合；然后對其進(jìn)行研磨，達(dá)到合理的尺寸，最大尺寸在200納米以下； (3)將研磨好的導(dǎo)電組分溶液加入到聚合物溶液中，充分混合均勻，然后冷卻、脫泡得到導(dǎo)電纖維紡絲液； (4)采用濕法紡絲工藝，經(jīng)過凝固、拉伸、水洗、熱處理后，得到具備導(dǎo)電性能的間位芳綸纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(I)中的表面處理劑為濃硝酸、濃硫酸中的一種或兩種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述溶劑為有機(jī)溶劑，包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中的分散劑為有機(jī)分散劑，包括十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙烯基吡咯烷酮中的一種或兩種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中三者的質(zhì)量比例為導(dǎo)電組分分散劑溶劑為(1-5) : (0.1-1): (4-9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)中的聚合物為聚間苯二甲酰間苯二胺。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的導(dǎo)電組分溶液添加量為聚合物質(zhì)量的2-15%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電間位芳綸纖維的制備方法，主要包括以下步驟(1)導(dǎo)電組分的處理；(2)將導(dǎo)電組分同溶劑、分散劑按比例加入高速混合設(shè)備中，控制溫度在50-80℃，使其充分混合；然后對其進(jìn)行研磨，達(dá)到合理的尺寸，最大尺寸在200納米以下；(3)將研磨好的導(dǎo)電組分溶液加入到聚合物溶液中，充分混合均勻，然后冷卻、脫泡得到導(dǎo)電纖維紡絲液；(4)采用濕法紡絲工藝，經(jīng)過凝固、拉伸、水洗、熱處理后，得到具備導(dǎo)電性能的間位芳綸纖維。根據(jù)該方法制得的導(dǎo)電間位芳綸纖維不但具有間位芳綸的本質(zhì)阻燃、耐高溫、尺寸穩(wěn)定性、可紡性等優(yōu)異性能，同時具有電阻率(104-105)Ω·cm的優(yōu)異的導(dǎo)電性能。
文檔編號D01F6/90GK103046155SQ20121055339
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者宋翠艷, 陳延平, 潘士東, 呂繼平, 鄧召良 申請人:煙臺泰和新材料股份有限公司