專利名稱：一種芳綸纖維表面金屬化處理方法
技術領域：
本發明屬于纖維材料的表面金屬化處理領域，具體是芳綸纖維表面的金屬化處理方法。
背景技術：
作為一種新型非金屬材料，芳綸纖維的應用遍及航空、航天、建筑、文體等各個方面。芳綸是一種耐高溫(最高使用溫度為240°C，Tg>300°C，分解溫度為500°C )、高模量、高強度、耐磨損、低電導率、密度為鋼絲1/4的纖維材料，其強度超過了鋼絲，常常被作為制備高性能復合材料的增強物質。未經表面處理的芳綸纖維由于表面光滑,惰性大,表面能低，缺乏有化學活性的官能團，反應活性低，與基體的粘接性差等缺點，從而直接影響復合材料的力學性能，限制了其應用。經過表面處理后，芳綸纖維增強的材料的力學性能，如剪切強 度有很大提高，因此芳綸纖維的表面改性研究一直是研究熱點。目前對芳綸纖維表面處理使用較多的表面處理方法有化學改性處理、表面涂層處理(包括偶聯劑處理及浸潤劑處理)、等離子體處理和射線輻射法，提高了芳綸纖維的表面活性，改善了纖維與橡膠或樹脂基體的界面結合。而芳綸纖維表面直接采用金屬化處理的相關研究則沒有。在芳綸纖維表面進行金屬化處理后，可以明顯地提高其導電性、柔韌性、耐熱性和耐化學腐蝕性，有利于增強與金屬基體界面結合強度，可用于增強金屬基復合材料的力學性能，發揮芳綸纖維的優異性能，獲得力學性能優異的芳綸纖維/金屬基復合材料。
發明內容
本發明的目的是提供一種使材料鍍層無孔隙、厚度均勻的芳綸纖維表面的金屬化處理方法。解決本發明的技術問題所采取的技術方案是采用以次亞磷酸鹽作為還原劑，金屬鹽作為主鹽的鍍液，通過化學鍍方法在芳綸纖維表面沉積金屬鍍層。其表面金屬化處理過程包括除油、粗化、敏化、活化、預鍍、化學鍍等步驟。具體步驟包括如下
(1)將芳綸纖維進行除油和粗化處理后，先采用氯化亞錫敏化液敏化3 5分鐘，再采用氯化鈀活化液活化3 8分鐘；
(2)將步驟(I)中處理后的芳綸纖維在預鍍液中預鍍；
(3)將經過預鍍后的芳綸纖維在溫度為50 80°C的化學鍍液中進行化學鍍30 90分鐘，化學鍍液的成分范圍為金屬鹽次亞磷酸鹽醋酸鈉檸檬酸鈉穩定劑15 50g/L 35 150g/L :10 40 g/L:15 60 g/L，O. 01 lmg/L，調節鍍液的 PH 值為 3. 5 11. 5，最終制得經過表面處理的芳綸纖維。所述除油和粗化處理采用含堿的濃度為15 45被％的酒精在溫度為30 45°C的條件下處理30 90分鐘，酒精為純酒精，堿可以為NaOH、KOH等堿性物質。所述氯化亞錫敏化液的配方為氯化亞錫SnCl2 · 2H20 :10 20g/l，鹽酸HCl :25 45g/l,錫 Sn :3 5g/l。所述氯化鈀活化液的配方為氯化鈀PdCl2 :0. I O. 5g/l，鹽酸HCl 20 35ml/l，或者硝酸銀AgNO3 :2 8g/l，鹽酸HCl :25 40ml/l。所述預鍍液的成分為金屬鹽15 30 g/Ι,次亞磷酸鹽20 40 g/Ι,醋酸鈉15 20 g/Ι,酒石酸鈉鉀1 2m g/1，調節鍍液的pH在4 6左右，預鍍時間4 10分鐘，溫度45 70°C。所述金屬鹽可以為硫酸鎳、氯化鎳、硫酸銅或氯化銅等。 所述次亞磷酸鹽為次亞磷酸鈉或次亞磷酸鉀。
所述穩定劑為酒石酸鈉鉀，硫脲，硫代硫酸鈉的一種或幾種任意比例的混合。所述步驟(3)中調節鍍液的PH采用氨水與乳酸的任意比例混合物調節。本發明芳綸纖維表面的金屬化處理方法利用化學鍍的原理，由于芳綸纖維表面在活化過程中生成一層具有催化活性的貴金屬鈀或銀微粒，次亞磷酸鹽在貴金屬的催化作用下釋放出初生態的原子氫，初生態的原子氫被吸附在貴金屬表面，使鍍液中的金屬陽離子還原，在貴金屬表面上沉積金屬鍍層。本發明的有益效果如下
I、鍍層無孔隙且厚度均勻，從而提高了芳綸纖維的導電性、柔韌性、耐熱性和耐化學腐蝕性。通過使用本發明研制的金屬化處理配方，采用此表面金屬化處理方法，更好地起到提高芳綸纖維導電性和耐蝕性的作用。2、本發明在芳綸纖維表面形成的金屬層厚度能夠達到I μ m以上，金屬層與芳綸纖維界面結合程度很好，沒有脫落，為增強芳綸纖維與金屬基體界面結合強度的起到關鍵作用。本發明金屬化處理方法可以在芳綸纖維表面鍍覆一層均勻致密、無孔隙金屬鍍層，從而將提高芳綸纖維的導電性、耐蝕性和使用壽命，亦可將芳綸纖維作為金屬基復合材料的增強體，從而提高復合材料的力學性能。
圖I是本發明金屬化處理前芳綸纖維的微觀組織掃描電鏡 圖2是本發明實施例I的金屬化處理后芳綸纖維的微觀組織掃描電鏡 圖3是本發明實施例2的金屬化處理后芳綸纖維的微觀組織掃描電鏡圖。
具體實施例方式實施例I (單層鎳鍍層):本實施例的芳綸纖維表面金屬化處理方法的具體步驟為 Cl)將芳綸纖維采用含NaOH濃度為20wt%的酒精在溫度為35 °C的條件下處理30分
鐘進行除油和粗化處理后，先采用氯化亞錫敏化液敏化3分鐘，再采用氯化鈀活化液活化3分鐘；氯化亞錫敏化液的配方為氯化亞錫SnCl2 ·2Η20 :15g/l，鹽酸HCl 45g/l，錫Sn 5g/I ;氯化鈀活化液的配方為氯化鈀PdCl2 :0. lg/Ι，鹽酸HCl 20ml/l ；
(2)將步驟(I)中處理后的芳綸纖維在預鍍液中預鍍，預鍍液成分為硫酸鎳15 g/Ι，次亞磷酸鈉40 g/Ι,醋酸鈉15g/l，酒石酸鈉鉀1m g/1，調節鍍液的pH在5，溫度65°C，預鍍4分鐘；(3)將經過預鍍后的芳綸纖維在溫度為50°C的化學鍍液中進行化學鍍30分鐘，化學鍍液的成分范圍為硫酸鎳次亞磷酸鈉醋酸鈉檸檬酸鈉酒石酸鈉鉀50g/L 35g/L 10g/L 20 g/L, O. 01mg/L，采用氨水與乳酸的任意比例混合物調節鍍液的PH值為3. 5，最終制得經過表面處理的芳綸纖維。 經上述處理,如圖2所示,獲得鍍層厚度為I. 05 μ m。實施例2 (雙層鎳銅鍍層)本實施例的芳綸纖維表面金屬化處理方法的具體步驟為
(I)將芳綸纖維采用含堿的濃度為15wt%的酒精在溫度為30°C的條件下處理50分鐘進行除油和粗化處理后，先采用氯化亞錫敏化液敏化4分鐘，再采用氯化鈀活化液活化4分鐘；氯化亞錫敏化液的配方為氯化亞錫SnCl2 · 2H20 :10g/l，鹽酸HCl :30g/l，錫Sn 3g/l ；硝酸銀活化液的配方為硝酸銀AgNO3 :6g/l，鹽酸HCl :25ml/l。(2)將步驟(I)中處理后的芳綸纖維在預鍍液中預鍍，預鍍液成分為氯化鎳20g/l，亞磷酸鉀30g/l，醋酸鈉18g/l，酒石酸鈉鉀1.5m g/1，調節鍍液的pH在4，溫度45 °C，預鍍6分鐘；
(3)將經過預鍍后的芳綸纖維在溫度為60°C的化學鍍液中進行化學鍍(鍍鎳)50分鐘，化學鍍液的成分范圍為硫酸鎳次亞磷酸鉀醋酸鈉檸檬酸鈉硫脲20g/L 100g/L 20g/L 15 g/L, O. 4mg/L，采用氨水與乳酸的任意比例混合物調節鍍液的PH值為8。(4)再將經過步驟(3)化學鍍的芳綸纖維進行二次化學鍍(鍍銅)在溫度為60°C的化學鍍液中進行化學鍍50分鐘，化學鍍液的成分范圍為硫酸銅次亞磷酸鉀醋酸鈉檸檬酸鈉硫代硫酸鈉20g/L100g/L20 g/L :15 g/L，O. 3mg/L，采用氨水與乳酸的任意比例混合物調節鍍液的PH值為11. 5，最終制得經過表面處理的芳綸纖維。經上述處理，如圖3所示，獲得的雙層鍍層厚度為I. 50 μ m左右。實施例3 :本實施例的芳綸纖維表面金屬化處理方法的具體步驟為
(I)將芳綸纖維采用含堿的濃度為45被％的酒精在溫度為45°C的條件下處理90分鐘進行除油和粗化處理后，先采用氯化亞錫敏化液敏化5分鐘，再采用氯化鈀活化液活化8分鐘；氯化亞錫敏化液的配方為氯化亞錫SnCl2 ·2Η20 20g/l，鹽酸HCl :25g/l，錫Sn 4g/l ；氯化鈀活化液的配方為氯化鈀PdCl2 : O. 5g/l，鹽酸HCl : 35ml/l。(2)將步驟(I)中處理后的芳綸纖維在預鍍液中預鍍，預鍍液成分為氯化銅30g/Ι，次亞磷酸鈉20 g/Ι，，醋酸鈉20 g/Ι，酒石酸鈉鉀2m g/1，調節鍍液的pH在6，溫度70°C，預鍍10分鐘；
(3)將經過預鍍后的芳綸纖維在溫度為50 80°C的化學鍍液中進行化學鍍30 90分鐘，化學鍍液的成分范圍為氯化銅次亞磷酸鈉醋酸鈉檸檬酸鈉穩定劑(酒石酸鈉鉀和硫脲的混合物)15g/L : 150g/L 40 g/L 60 g/L, I mg/L,采用氨水與乳酸的任意比例混合物調節鍍液的PH值為11. 5，最終制得經過表面處理的芳綸纖維。實施例4 :本實施例的芳綸纖維表面金屬化處理方法的具體步驟為
(I)將芳綸纖維采用含堿的濃度為45 丨％的酒精在溫度為30°C的條件下處理90分鐘進行除油和粗化處理后，先采用氯化亞錫敏化液敏化5分鐘，再采用氯化鈀活化液活化3分鐘；氯化亞錫敏化液的配方為氯化亞錫SnCl2 ·2Η20: 20g/l，鹽酸HCl: 45g/l，錫Sn: 5g/I ;氯化鈀活化液的配方為氯化鈀PdCl2 O. 2g/l，鹽酸HCl 30ml/l。
(2)將步驟(I)中處理后的芳綸纖維在預鍍液中預鍍，預鍍液成分為氯化銅15 g/1，次亞磷酸鈉20 g/Ι，醋酸鈉15 g/Ι，酒石酸鈉鉀2m g/1，調節鍍液的pH在4，溫度70°C，預鍍4分鐘；
(3)將經過預鍍后的芳綸纖維在溫度為80°C的化學鍍液中進行化學鍍30 90分鐘，化學鍍液的成分范圍為氯化銅次亞磷酸鈉醋酸鈉檸檬酸鈉硫脲50g/L: 150g/L 40 g/L 60 g/L, 0. 8mg/L,采用氨水與乳酸的任意比例混合物調節鍍液的PH值為6，最終制得經過表面處理的芳綸纖維。實施例5 :本實施例的芳綸纖維表面金屬化處理方法的具體步驟為
(1)將芳綸纖維采用含堿的濃度為45 丨％的酒精在溫度為30°C的條件下處理90分鐘進行除油和粗化處理后，先采用氯化亞錫敏化液敏化5分鐘，再采用氯化鈀活化液活化3分鐘；氯化亞錫敏化液的配方為氯化亞錫SnCl2 ·2Η20: 20g/l，鹽酸HCl: 45g/l，錫Sn: 5g/I ;氯化鈀活化液的配方為硝酸銀AgNO3 :2g/l，鹽酸HCl 30ml/l ；
(2)將步驟(I)中處理后的芳綸纖維在預鍍液中預鍍，預鍍液成分為氯化銅15g/Ι，次亞磷酸鈉20 g/Ι,醋酸鈉15 g/Ι，酒石酸鈉鉀2m g/1，調節鍍液的pH在4，溫度70°C，預鍍4分鐘；
(3)將經過預鍍后的芳綸纖維在溫度為80°C的化學鍍液中進行化學鍍30 90分鐘，化學鍍液的成分范圍為氯化銅次亞磷酸鈉醋酸鈉檸檬酸鈉硫脲50g/L: 150g/L 40g/L 60 g/L, lmg/L,采用氨水與乳酸的任意比例混合物調節鍍液的PH值為3. 5 11. 5，最終制得經過表面處理的芳綸纖維。實施例6 :本實施例的芳綸纖維表面金屬化處理方法的具體步驟為
(1)將芳綸纖維采用含堿的濃度為45 丨％的酒精在溫度為30°C的條件下處理90分鐘進行除油和粗化處理后，先采用氯化亞錫敏化液敏化5分鐘，再采用氯化鈀活化液活化3分鐘；氯化亞錫敏化液的配方為氯化亞錫SnCl2 ·2Η20: 20g/l，鹽酸HCl: 45g/l，錫Sn: 5g/I ;氯化鈀活化液的配方為硝酸銀AgNO3 :8g/l，鹽酸HCl 40ml/l ；
(2)將步驟(I)中處理后的芳綸纖維在預鍍液中預鍍，預鍍液成分為氯化銅15g/Ι，次亞磷酸鈉20 g/Ι,醋酸鈉15 g/Ι，酒石酸鈉鉀2m g/1，調節鍍液的pH在4，溫度70°C，預鍍4分鐘；
(3)將經過預鍍后的芳綸纖維在溫度為80°C的化學鍍液中進行化學鍍30 90分鐘，化學鍍液的成分范圍為氯化銅次亞磷酸鈉醋酸鈉檸檬酸鈉硫脲50g/L: 150g/L 40 g/L 60 g/L, lmg/L，采用氨水與乳酸的任意比例混合物調節鍍液的PH值為11. 5，最終制得經過表面處理的芳綸纖維。
權利要求
1.一種芳綸纖維表面金屬化處理方法，其特征在于具體步驟包括如下 (1)將芳綸纖維進行除油和粗化處理后，先采用氯化亞錫敏化液敏化3 5分鐘，再采用氯化鈀活化液活化3 8分鐘； (2)將步驟(I)中處理后的芳綸纖維在預鍍液中預鍍； (3)將經過預鍍后的芳綸纖維在溫度為50 80°C的化學鍍液中進行化學鍍30 90分鐘，化學鍍液的成分范圍為金屬鹽次亞磷酸鹽醋酸鈉檸檬酸鈉穩定劑15 50g/L 35 150g/L :10 40 g/L:15 60 g/L :0. 01 lmg/L，調節鍍液的 PH 值為 3. 5 11. 5，最終制得經過表面處理的芳綸纖維。
2.根據權利要求I所述的芳綸纖維表面金屬化處理方法，其特征在于所述除油和粗化處理采用含堿的濃度為15 45被％的酒精在溫度為30 45 °C的條件下處理30 90分鐘。
3.根據權利要求I所述的芳綸纖維表面金屬化處理方法，其特征在于所述氯化亞錫敏化液的配方為氯化亞錫SnCl2 · 2H20 :10 20g/l，鹽酸HCl 25 45g/l，錫Sn 3 5g/L·
4.根據權利要求I所述的芳綸纖維表面金屬化處理方法，其特征在于所述氯化鈀活化液的配方為氯化鈀PdCl2 :0. I O. 5g/l，鹽酸HCl 20 35ml/l，或者硝酸銀AgNO3 2 8g/l，鹽酸 HCl 25 40ml/l。
5.根據權利要求I所述的芳綸纖維表面金屬化處理方法，其特征在于 所述預鍍液的成分為金屬鹽15 30 g/Ι，次亞磷酸鹽20 40 g/Ι，醋酸鈉15 20g/Ι，酒石酸鈉鉀1 2m g/1，調節鍍液的pH在4 6，預鍍時間4 10分鐘，溫度45 70。。。
6.根據權利要求I或5所述的芳綸纖維表面金屬化處理方法，其特征在于所述金屬鹽可以為硫酸鎳、氯化鎳、硫酸銅或氯化銅。
7.根據權利要求I或5所述的芳綸纖維表面金屬化處理方法，其特征在于所述次亞磷酸鹽為次亞磷酸鈉或次亞磷酸鉀。
8.根據權利要求I所述的芳綸纖維表面金屬化處理方法，其特征在于所述穩定劑為酒石酸鈉鉀，硫脲，硫代硫酸鈉的一種或幾種任意比例的混合物。
9.根據權利要求I所述的芳綸纖維表面金屬化處理方法，其特征在于所述步驟(3)中調節鍍液的PH采用氨水與乳酸的任意比例混合物調節。
全文摘要
本發明屬于纖維材料的表面金屬化處理領域，具體是芳綸纖維表面的金屬化處理方法。采用以次亞磷酸鹽作為還原劑，金屬鹽作為主鹽的鍍液，通過化學鍍方法在芳綸纖維表面沉積金屬鍍層。其表面金屬化處理過程包括除油、粗化、敏化、活化、預鍍、化學鍍等步驟。本發明金屬化處理方法可以在芳綸纖維表面鍍覆一層均勻致密、無孔隙金屬鍍層，從而提高芳綸纖維的導電性、耐蝕性和使用壽命，亦可使芳綸纖維作為金屬基復合材料的增強體，從而提高復合材料的力學性能。
文檔編號D06M11/83GK102899890SQ20121042509
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者段永華, 孫勇, 方東升 申請人:昆明理工大學