一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的制备方法技术领域
本发明提供一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的制备方法。该工艺通过化学镀方法在芳纶纤维表面镀覆金属导电薄层，从而赋予纤维抗静电及导电功能，同时保留了纤维的轻质高强、耐热阻燃，手感柔软等固有特性，是一种新型复合材料。可广泛应用于航空、航天、航海、军工、医疗等特种领域，用作个体防护的电磁屏蔽材料和轻质导电材料。同时，本发明提供了一种化学镀镍/铜双镀层的无钯活化方法。
背景技术
芳香族聚酰胺纤维简称芳纶纤维，英文为Aramidfiber,最先由美国杜邦公司研制，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不熔化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶及其复合材料已广泛用于航空航天和军事用途，如波音757、767等飞机的壳体、防弹衣、防弹背心、头盔、航天加压服装、高强度降落伞、导弹壳体材料、特种缆线、火箭壳体、航天飞机贮能罐和其他高压容器等。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程，因此被称为“梦的纤维”。
但芳纶纤维同其它高分子材料一样，其良好的电绝缘性和介电性能，限制了芳纶纤维在一些领域的应用。目前，赋予芳纶纤维导电性的方法主要有磁控溅射、共混纺丝、化学镀等方法。专利CN101705615A讲述了一种镀镍镀铜芳香族聚酰胺导电纤维的制备方法，但其制备过程中采用粗化方法破坏了纤维的表皮结构，损坏了纤维的力学性能，缩小了纤维的应用范围，并且采用了钯活化方法，成本较高，不利于大规模生产。
目前国内导电纤维多以涤纶，尼龙，棉纤维等为基底。以芳纶纤维为基底的导电纤维鲜有报道，且存在很多缺陷，镀层与纤维基体的结合力很差。国外仅有美国杜邦公司掌握生产该类产品的核心技术。
本专利采用化学镀方法制备的芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维，镀镍后的纤维如图1所示，镀铜后的纤维如图2所示。与国内已有的关于导电芳纶纤维的报道相比，本专利所采用的无钯活化制备方法，不仅在工艺上操作简单、经济，且预处理过程不采用损坏纤维力学性能的粗化方法，从而保证了纤维在对力学性能要求较高的领域的应用，获得的镀层与纤维基体的结合力强，镀层的性质稳定。所制备的芳纶镀镍/铜双镀层复合纤维导电性能优异，在轻质导电材料领域和电磁屏蔽领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明目的之一是提供一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的制备方法。
本发明目的之二是提供一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的无钯活化方法。
本发明通过对芳纶纤维先进行清洗除油处理，除去纤维在加工过程中所吸附的油剂和表面污垢；除油后，对纤维表面进行预处理，使纤维溶胀，增大纤维表面积和润湿性，并在表面吸附一层还原后具有催化活性的金属离子，改善纤维基体和后续镀层的结合牢度；将预处理后的纤维放入还原剂的溶液中浸渍，使吸附在纤维表面的金属离子被还原成金属颗粒，该金属颗粒层可以作为纤维和后续镀层间的锚接点，同时也具有催化的功能；然后在纤维的表面化学镀镍，化学镀铜，最终得到一种镀镍镀铜芳纶导电纤维。
本发明一种芳纶镀镍/铜双镀层复合导电纤维的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：
a.洗涤及除油：将芳纶纤维放入丙酮中，超声波清洗40～80min后取出，用去离子水漂洗干净；
b.预处理：将除油后的纤维放入5～50g/L硝酸银的二甲亚砜水溶液中，其中二甲亚砜的体积浓度为10~30%，在30～100℃下，浸渍1～4h后取出，用去离子水漂洗干净；
c.还原：将预处理后的纤维放入5~25g/L还原剂硼氢化钠水溶液或硼氢化钾水溶液中浸渍，在20～50℃下，浸渍20～60min后取出；
d.化学镀镍：
镀镍液用下列物质和水配制而成，反应液中各物质的含量为：
硫酸镍15～40g/L
次亚磷酸钠(还原剂)10～20g/L
二甲氨基硼烷（还原剂）3～10g/L
柠檬酸钠（络合剂）20～30g/L
氨水（PH调节剂）5～15ml/L
将还原后的芳纶纤维浸入镀镍液中，40～80℃下，反应0.5～1h后取出，用去离子水漂洗干净，得到表面均匀镀覆有镍的芳纶纤维；
e.化学镀铜：
镀铜液用下列物质和水配制而成，反应液中各物质的含量为：
五水硫酸铜10～15g/L
酒石酸钾钠（络合剂）10～20g/L
Na2EDTA（乙二胺四乙酸二钠，络合剂）15～20g/L
NaOH（PH调节剂）10～15g/L
HCHO12～17g/L
双联吡啶（稳定剂）0.015～0.020g/L
亚铁氰化钾（稳定剂）0.007～0.010g/L
将镀镍纤维浸入镀铜液中，40～60℃下，反应0.5～1h后取出，用去离子水漂洗干净，置于干燥箱中干燥30min,得到内层为镍、外层为铜的双镀层导电芳纶纤维。
附图说明
图1为本发明实施例1所得镀镍芳纶纤维扫描电子显微镜（SEM）图。
图2为本发明实施例1所得镀镍镀铜导电芳纶纤维扫描电子显微镜（SEM）图。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
本实施例中的制备过程和步骤如下所述：
(1)除油，将芳纶纤维放入丙酮溶液中，超声波清洗60min后取出，用去离子水漂洗干净。
(2)预处理，将纤维浸入含5g/L硝酸银的二甲亚砜水溶液中，其中二甲亚砜的体积含量为30%，100℃下浸泡1h后取出。
(3)还原，将预处理后的纤维放入15g/L硼氢化钠溶液中进行还原处理，温度为20℃，60min后取出。
(4)化学镀镍，将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为：硫酸镍40g/L，次亚磷酸钠10g/L，二甲氨基硼烷10g/L，柠檬酸钠30g/L，氨水15ml/L，镀液温度为40℃，施镀时间0.5h。
(5)化学镀铜，将镀镍芳纶纤维放入镀铜液中，化学镀铜液组成为：五水硫酸铜10g/L，酒石酸钾钠15g/L，乙二胺四乙酸二钠15g/L，NaOH15g/L，HCHO12g/L，双联吡啶0.020g/L，亚铁氰化钾0.007g/L。镀液温度为40℃，施镀时间30min。
实施例2
本实施例中的制备过程和步骤如下所述：
(1)除油，将芳纶纤维放入丙酮溶液中，超声波清洗40min后取出，用去离子水漂洗干净。
(2)预处理，将纤维浸入30g/L硝酸银的二甲亚砜水溶液中，其中二甲亚砜的体积浓度为20%，60℃下浸泡2h后取出。
(3)还原，将预处理后的纤维放入5g/L硼氢化钾溶液中进行还原处理，温度为50℃，30min后取出。
(4)化学镀镍，将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为：硫酸镍15g/L，次亚磷酸钠20g/L，二甲氨基硼烷3g/L，柠檬酸钠20g/L，氨水5ml/L，镀液温度为60℃，施镀时间1h。
(5)化学镀铜，将镀镍芳纶纤维放入镀铜液中，化学镀铜液组成为：五水硫酸铜15g/L，酒石酸钾钠10g/L，乙二胺四乙酸二钠20g/L，NaOH10g/L，HCHO15g/L，双联吡啶0.015g/L，亚铁氰化钾0.010g/L。镀液温度为50℃，施镀时间60min。
实施例3
本实施例中的制备过程和步骤如下所述：
(1)除油，将芳纶纤维放入丙酮溶液中，超声波清洗80min后取出，用去离子水漂洗干净。
(2)预处理，将纤维浸入50g/L硝酸银的二甲亚砜水溶液中，其中二甲亚砜的体积浓度为10%，30℃下浸泡4h后取出。
(3)还原，将预处理后的纤维放入25g/L硼氢化钠溶液中进行还原处理，温度为35℃，20min后取出。
(4)化学镀镍，将还原后的纤维放入镀镍溶液中，化学镀镍液组成为：硫酸镍25g/L，次亚磷酸钠15g/L，二甲氨基硼烷6g/L，柠檬酸钠25g/L，氨水10ml/L，镀液温度为80℃，施镀时间1h。
(5)化学镀铜，将镀镍芳纶纤维放入镀铜液中，化学镀铜液组成为：五水硫酸铜12g/L，酒石酸钾钠20g/L，乙二胺四乙酸二钠17g/L，NaOH12g/L，HCHO17g/L，双联吡啶0.017g/L，亚铁氰化钾0.009g/L。镀液温度为60℃，施镀时间40min。