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鍍銀導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)大學材料學院北京100022)
摘要:對短切聚酯纖維進行化學鍍銀,制備了用于導電高分子材料的導電填料,探討了氨水濃度、裝載量及穩(wěn)定劑對纖維化學鍍銀的影響。實驗表明,φ=0.10的氨水有利于化學鍍銀;通過調(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,但對包覆層的均勻性和致密性有影響。電性能測試表明,鍍銀纖維的體積電阻率可達3.35×10-3Ω·cm,以其作為導電橡膠填料,當含量為w=0.40時,其電阻率為1.54×10-1Ω·cm。
關鍵詞:化學鍍銀;聚酯纖維;裝載量;電阻率中圖分類號:TQ153文獻標識碼:A
目前,導電高分子材料由于易成型,質(zhì)量輕,容易加工等優(yōu)點已成為新一代高分子電子材料[1～2],廣泛應用于電磁屏蔽、抗靜電和導電等領域。因此,作為功能材料的一個重要分支,導電高分子材料是近來研究的熱點之一[3～4]。導電高分子材料可分為結(jié)構型和復合型兩大類。結(jié)構型導電高分子材料指材料本身具有導電性或通過摻雜后具有導電性的材料;復合型導電高分子材料指高分子材料本身不具導電性,但在加工成型階段通過加入導電填料可使其具有導電性。常用的導電填料主要有金屬(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,并以此作為導電填料所制得的導電材料將具有更廣闊的應用前景[5]。
聚酯纖維具有強度高、耐熱性好及機械性能優(yōu)良的特點。而金屬銀具有接觸電阻小、導電性、導熱性和耐腐蝕性優(yōu)良等優(yōu)點,但由于純銀的價格昂貴使其廣泛應用受到限制。本文用化學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,同時可大大降低成本。
1 實驗部分
1.1 試劑及原料
聚酯短纖維(PET):抗拉強度>800MPa,斷裂伸長率=(25±9)%,直徑=(20±4)μm,中國紡織研究院;AgNO3、NH3·H2O、NaOH、無水乙醇、葡萄糖和硫脲等均為市售分析純。
1.2 鍍銀纖維制備
以2mm長的短切PET纖維作為芯材,進行表面預處理,以形成具有催化活性的核心,使化學鍍銀容易進行。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,再用鹽基膠體鈀進行活化、敏化,然后經(jīng)去離子水徹底清洗后,置于鍍液中進行化學鍍銀。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射線衍射分析(XRD)用D/MAX-3C型X-Ray衍射儀(日本)進行;表面形態(tài)用QUAN-TA200型掃描電子顯微鏡(FeiCompany,美國)觀察;
鍍銀導電纖維的性能測試[6]:將一定量的導電纖維裝入1cm直徑的塑料圓筒內(nèi),兩端加以內(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),然后測量兩極間的電阻。由于空氣的存在,纖維與電極板真正的接觸面積不是S,而應為SF。纖維的體積電阻率(ρv)按下式計算:
式中:VE為纖維的實際體積(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。
導電橡膠的導電性能測試: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,測試其電阻值,并根據(jù)式(3)計算電阻率(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。
2 結(jié)果與討論
2.1 導電纖維的表面形態(tài)
