熔融共混和溶解—涂覆型导电纤维研究

论文摘要

在熔融共混制备碳黑/聚酯导电纤维中,首先研究了碳黑含量、偶联剂处理、分散剂用量以及基体树脂组成等对碳黑/聚酯母粒导电性能和渗流阈值的影响。结果表明,采用2%钛酸酯偶联剂对碳黑进行处理,以质量比为60/40的聚酯/聚乙烯共混物作为基体树脂,可制备出具有低填充而高导电性的母粒。在此基础上,采用熔融纺丝法制备了碳黑/聚酯共混导电纤维。研究表明,所得母粒不仅具有较高的导电性能,还具有较好的纺丝可纺性,其所得纤维的力学性能较好,缓解了通常为改进纤维导电性能而增加碳黑含量所引起的负面影响。对碳黑/聚酯共混导电纤维性能的研究表明,纤维导电性能对温度和拉伸具有依赖性,显示电阻正效温度系数及“正效拉力系数”效应。 本文提出一种新的制备导电纤维的方法,即溶解-涂覆法。以聚酯和聚己内酰胺纤维为例,研究了溶解-涂覆工艺条件对所得纤维导电性能和力学性能的影响,探讨了工艺原理并优化了工艺条件。结果表明,在本研究范围内,聚酯纤维较优的溶解-涂覆工艺条件为:双涂覆槽、溶剂为质量比为1/1的苯酚/四氯乙烷溶液、卷绕辊转速30rpm、溶解聚酯含量5%;相应聚己内酰胺纤维较优的工艺条件为:单涂覆槽、溶剂为75%甲酸溶液、卷绕辊转速100rpm、溶解PA6含量7%。在此条件下,分别以碳黑、锑掺杂二氧化锡和聚苯胺粒子为导电成分,制备了溶解.涂覆型聚酯和聚己内酰胺导电纤维并对所得纤维的结构与性能进行了研究。结果表明,溶解-涂覆型导电纤维具有较低体积比电阻并基本保持基体纤维的原有特性,克服了传统涂覆法中导电涂层易脱落、导电耐久性较差的缺点。研究了所得纤维导电性能对温度和拉伸的依赖性,建立了纤维导电性能对拉伸依赖性的数学模型。此外,分析和讨论了聚苯胺涂覆型导电纤维的掺杂性能,发现掺杂酸种类、掺杂酸浓度、掺杂时间及再掺杂次数等均对纤维导电性能有较大影响。 将涂覆型导电纤维以嵌织方式织入基体织物中,研究了含导电纤维抗静电织物的性能,分别用一元和多元线性回归模型对导电纤维间距、导电纤维含量及织物重量等与织物抗静电性能的关系进行了分析和讨论。结果表明,除导电纤维含量外,导电纤维在织物中的分布状态对织物的抗静电性能也有较大影响。

论文目录

• 第一章 前言
• 1.1 导电纤维概述
• 1.1.1 导电纤维制备方法
• 1.1.2 导电纤维种类及特点
• 1.1.3 国内外研究概况
• 1.1.4 应用
• 1.2 导电粒子填充材料的导电性能
• 1.2.1 导电机理
• 1.2.2 影响导电性能的因素
• 1.2.3 导电性能的外界依赖性
• 1.3 导电粒子
• 1.3.1 碳黑
• 1.3.2 锑掺杂二氧化锡
• 1.4 聚苯胺
• 1.4.1 性能与应用
• 1.4.2 聚苯胺导电纤维制备方法
• 1.5 抗静电织物
• 1.5.1 静电危害
• 1.5.2 抗静电织物加工方法
• 1.5.3 含导电纤维织物的抗静电机理
• 1.6 本课题目的及主要研究内容
• 第二章 碳黑填充聚酯导电母粒的研究
• 2.1 概述
• 2.1.1 碳黑分散
• 2.1.2 渗流导电行为
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原材料与试剂
• 2.2.2 母粒制备
• 2.2.3 测试
• 2.2.3.1 FTIR分析
• 2.2.3.2 粒径测试
• 2.2.3.3 TG测试
• 2.2.3.4 体积比电阻
• 2.2.3.5 表观粘度
• 2.2.3.6 溶解试验
• 2.2.3.7 正效温度系数效应试验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 偶联剂对母粒性能的影响
• 2.3.2 分散剂对母粒性能的影响
• 2.3.3 PET/PE共混物组成对母粒性能的影响
• 2.3.4 挤出工艺对母粒性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 碳黑/聚酯共混导电纤维的研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原材料与试剂
• 3.1.2 母粒制备
• 3.1.3 纤维制备
• 3.1.4 测试
• 3.1.4.1 体积比电阻
• 3.1.4.2 力学性能
• 3.1.4.3 DSC分析
• 3.1.4.4 DMA分析
• 3.1.4.5 SEM观察
• 3.1.4.6 纤维导电性能的温度依赖性
• 3.1.4.7 纤维导电性能的拉伸依赖性
• 3.1.4.8 耐水洗性能
• 3.1.4.9 非织造布表面电荷密度
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 碳黑含量对纤维性能的影响
• 3.2.2 偶联剂对纤维性能的影响
• 3.2.3 共混物对纤维性能的影响
• 3.2.4 纤维导电性能的温度依赖性
• 3.2.5 纤维导电性能的拉伸依赖性
• 3.2.6 耐水洗性能
• 3.2.7 含碳黑/聚酯纤维非织造布研究
• 3.3 本章小结
• 第四章 碳黑涂覆型导电纤维的研究
• 4.1 溶解-涂覆法的提出
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原材料与试剂
• 4.2.2 涂覆液制备
• 4.2.3 碳黑涂覆型纤维制备
• 4.2.4 测试
• 4.2.4.1 纤维溶解速率常数测试
• 4.2.4.2 体积比电阻
• 4.2.4.3 力学性能
• 4.2.4.4 导电性能的温度依赖性
• 4.2.4.5 导电性能的拉伸依赖性
• 4.2.4.6 耐水洗性能
• 4.2.4.7 DSC分析
• 4.2.4.8 DMA分析
• 4.2.4.9 SEM观察
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 PA6纤维溶解-涂覆工艺原理研究
• 4.3.1.1 纤维导电性能
• 4.3.1.2 纤维力学性能
• 4.3.2 PET纤维溶解-涂覆工艺原理研究
• 4.3.2.1 纤维力学性能
• 4.3.2.2 纤维导电性能
• 4.3.3 碳黑涂覆型纤维性能研究
• 4.3.3.1 力学性能及热性能
• 4.3.3.2 导电耐久性
• 4.3.3.3 纤维导电性能的温度依赖性
• 4.3.3.4 纤维导电性能的拉伸依赖性
• 4.4 本章小结
• 第五章 锑掺杂二氧化锡涂覆型导电纤维的研究
• 5.1 锑掺杂二氧化锡
• 5.2 分散机理
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 原材料与试剂
• 5.3.2 ATO涂覆液制备
• 5.3.3 ATO涂覆纤维制备
• 5.3.4 测试
• 5.3.4.1 ATO悬浮液的稳定性
• 5.3.4.2 ATO悬浮液的分散性
• 5.3.4.3 体积比电阻
• 5.3.4.4 力学性能
• 5.3.4.5 导电性能的温度依赖性
• 5.3.4.6 导电性能的拉伸依赖性
• 5.3.4.7 耐水洗性能
• 5.3.4.8 X-射线衍射分析
• 5.3.4.9 SEM观察
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 ATO涂覆液研究
• 5.4.1.1 分散方式
• 5.4.1.2 分散剂
• 5.4.1.3 ATO含量对纤维体积比电阻的影响
• 5.4.2 纤维力学性能
• 5.4.3 纤维导电性能研究
• 5.4.3.1 导电耐久性
• 5.4.3.2 导电性能的温度依赖性
• 5.4.3.3 导电性能的拉伸依赖性
• 5.5 本章小结
• 第六章 聚苯胺涂覆型聚酰胺导电纤维的研究
• 6.1 聚苯胺的结构
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 原材料与试剂
• 6.2.2 导电纤维制备
• 6.2.3 含导电纤维织物制备
• 6.2.4 掺杂试验
• 6.2.5 测试
• 6.2.5.1 粒径测试
• 6.2.5.2 DSC分析
• 6.2.5.3 FTIR分析
• 6.2.5.4 TG测试
• 6.2.5.5 体积比电阻
• 6.2.5.6 力学性能
• 6.2.5.7 热稳定性能
• 6.2.5.8 耐水洗性能
• 6.2.5.9 SEM观察
• 6.2.5.10 织物表面电荷密度测试
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 PANI/PA6纤维表面形貌
• 6.3.2 PANI/PA6纤维体积比电阻和力学性能
• 6.3.3 掺杂对 PANI/PA6纤维导电性能的影响
• 6.3.3.1 掺杂酸种类
• 6.3.3.2 掺杂酸浓度
• 6.3.3.3 掺杂时间
• 6.3.3.4 再掺杂次数
• 6.3.4 温度稳定性
• 6.3.5 耐水洗性
• 6.4 本章小结
• 第七章 抗静电织物制备及其性能的研究
• 7.1 含导电纤维抗静电织物研究概况
• 7.2 织物抗静电性能的评价方法
• 7.3 实验部分
• 7.3.1 原材料与试剂
• 7.3.2 导电纤维制备
• 7.3.3 含导电纤维抗静电织物制备
• 7.3.3.1 织物设计
• 7.3.3.2 织物织造
• 7.3.4 织物中导电纤维含量测试
• 7.3.5 织物表面电荷密度测试
• 7.3.6 织物力学性能测试
• 7.3.7 织物耐水洗性能测试
• 7.4 结果与讨论
• 7.4.1 织物抗静电性能的研究
• 7.4.2 织物抗静电性能的一元线性回归模型分析
• 7.4.3 织物抗静电性能的多元线性回归模型分析
• 7.4.3.1 导电纤维含量与织物重量的多元线性回归方程
• 7.4.3.2 导电纤维含量与间距的多元线性回归方程
• 7.5 本章小结
• 第八章 全文结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文
• 致谢