导电弹性纤维的研制

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导电纤维是纤维材料的一种,在许多领域有重要作用。本文中,作者对以聚氨酯弹性纤维为基体,采用化学镀的方法制备导电弹性纤维进行了研究。迄今为止,尚未见到有关导电弹性纤维的报道。化学镀法制备聚氨酯纤维基导电纤维的过程为:聚氨酯纤维经除油、粗化、敏化等表面处理后,浸没在预先设计的氧化—还原溶液体系中,实施化学镀,使纤维表面覆盖一层金属银,从而使其具有导电性能。对聚氨酯纤维表面预处理各步骤进行了研究,发现用有机溶剂法可以除去纤维表面的油剂及杂质,并且对纤维表面伤害较小。采用化学法粗化聚氨酯纤维,使其表面形成微观不平的粗糙表面,增加了纤维的表面积。粗化时间及粗化温度决定粗化效率的高低,化学粗化过程中,粗化温度和时间应密切配合;聚氨酯纤维的敏化,使粗化后的纤维表面吸附一层容易被还原的物质,通过氧化还原反应,使纤维表面附着一层金属层;活化处理后纤维表面有一定数量金属银微粒沉积,这些金属银微粒不仅具有催化作用,可以为金属银的结晶提供晶核。研究了纤维镀层质量与镀液条件的关系,发现硝酸银浓度、还原剂浓度、碱用量、镀液温度、反应时间等因素对纤维镀层质量都有影响。扫描电子显微镜、X射线衍射等测试结果表明,化学镀后聚氨酯弹性纤维表面覆盖了一层金属银;通过红外光谱测试还发现,化学镀银没有改变聚氨酯纤维基体本身的化学结构,其原有性能没受到太大的影响;利用纤维电子强力仪研究弹性纤维在镀银前后的力学性能的变化,发现聚氨酯弹性纤维镀银前后的力学性能基本不变,还保持了原有弹性。研究了纤维电导率与镀液条件的关系,发现硝酸银浓度、还原剂浓度、碱用量、镀液温度、反应时间等因素对纤维电导率都有影响;研究了镀银纤维的电导率与纤维表面所沉积金属银的质量的关系。发现随着纤维表面所沉积的金属银的相对质量的增加,纤维电导率也升高;研究了表面预处理对纤维电导率的影响,经表面预处理的聚氨酯纤维实施化学镀银后所得电导率达10~2S/cm,而没有作表面预处理的聚氨酯纤维镀银后电导率依然很小。研究了镀层耐久性对镀银纤维电导率的影响,发现随着放置时间的延长,镀银纤维的电导率有轻微的下降,但是下降趋势平缓;研究了镀层耐洗性对电导率的影响,发现镀银纤维的电导率随着洗涤次数的增加而降低。但经热处理的镀银纤维电导率的下降趋势较没有作热处理的缓慢。研究了镀银聚氨酯纤维不同拉伸比、不同压缩比与其电导率的关系。纤维电导率随着拉伸比的增大而减小,随压缩率的增大而增大,表明镀银聚氨酯纤维可以用来做压力传感器,也可以应用于软键盘。研究了多次拉伸后镀银纤维的电导率变化情况,发现镀银纤维经多次拉伸后,其电导率有下降趋势,但下降趋势较缓慢,经过10000次拉伸后,电导率基本趋于平衡,表明镀银聚氨酯纤维可以用来做软导线和传感器。研究了曲挠半径、曲挠次数对镀银纤维的电导率的影响。发现纤维电导率随着曲挠次数的增加基本上保持不变。曲挠半径对纤维电导率有较大的影响,曲挠半径过大或者过小,纤维电导率基本保持不变。当曲挠半径在1mm至5mm范围内变化时,随着半径的增大,纤维电导率也增大。预期导电弹性纤维在电子器件领域会有很好的应用前景。
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