高分子纤维材料的多金属复合方法及多金属复合纤维技术

本发明专利技术公开了一种高分子纤维材料的多金属复合方法及多金属复合纤维。所述方法包括：使高分子纤维在包括氧化性酸、亲水剂的刻蚀液中刻蚀处理，得到微蚀纤维；对所述微蚀纤维进行表面活化处理，得到活化纤维；使所述活化纤维表面沉积多金属复合层，其中，所述多金属复合层至少包括包覆于所述活化纤维表面的化学镀镍底层以及至少一电镀铜层。本发明专利技术提供的高分子纤维材料的多金属复合方法利用氧化性酸和亲水剂的组合，避免了高分子纤维的龟裂、无效刻蚀以及纤维团聚的现象，提高了多金属复合层与高分子纤维的结合力、均匀性以及力学性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
高分子纤维材料的多金属复合方法及多金属复合纤维


[0001]本专利技术涉及复合纤维
，尤其涉及一种高分子纤维材料的多金属复合方法及多金属复合纤维。

技术介绍

[0002]高分子纤维，尤其是芳纶纤维独特的结构特征赋予了它高强、高模、耐腐蚀、耐热等一系列优异特点，被广泛的应用于航空航天、特种防护、建筑补强等方向。金属复合芳纶纤维作为新型高性能轻量化导电材料，兼具金属导电、可焊接、电磁屏蔽性和非金属纤维轻质、柔软、可编织性，该材料已在航空航天、人工智能穿戴等领域崭露头角。
[0003]现有技术中，金属复合芳纶纤维的制备方法主要有化学镀、化学镀+电镀、CVD、PVD、等方法，各方法工艺流程可归纳为前处理、金属复合、后处理。目前，现有技术中的制备方法所存在的主要问题如下：
[0004]前处理步骤存在的问题：
[0005]1)使用易燃、易爆、易挥发的试剂，增加安全事故风险，危害人体健康；
[0006]2)对纤维表面进行刻蚀时，难以控制刻蚀效果。例如：
①
选用较高浓度的硫酸，导致纤维沿径向龟裂，严重影响纤维的力学性能。选用低浓度的硫酸，对纤维表面无有效刻蚀处理；
②
选用二甲基亚砜为溶剂配制的试剂，导致纤维团聚，难以分散，影响后续金属复合的均匀性；
[0007]3)工艺时间过长。例如，一些相关专利中采用多巴胺水溶液下反应20小时进行芳纶改性，或在氢氧化钠溶液中超声波清洗30min，抑或在高锰酸钾溶液中浸泡20
‑
40分钟，工艺时间过长制约了产业化制备的应用前景。
[0008]金属复合步骤存在的问题：
[0009]1)复合金属种类单一，导致产品性能单一。如在芳纶纤维表面仅进行镀银，受限于银的耐环境性能，当银镀层腐蚀脱落，纤维丧失导电性，使得产品难以胜任恶劣服役环境，应用场景单一；
[0010]2)磁控溅射、热蒸镀、电子束蒸发等PVD生产方式成本过高。高昂的设备投入，拉升生产成本，制约了产品的市场推广应用。并且，受限于PVD设备的工作原理方式，难以在直径约 12微米芳纶纤维表面形成连续镀层。
[0011]3)物理浸涂，印染技术结合力差。如在疏水，光滑的芳纶纤维表面，仅进行物理浸涂导电物质，无法实现导电金属的有效复合。

技术实现思路

[0012]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高分子纤维材料的多金属复合方法及多金属复合纤维。
[0013]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0014]第一方面，本专利技术提供一种高分子纤维材料的多金属复合方法，包括：
[0015]使高分子纤维在包括氧化性酸、亲水剂的刻蚀液中进行刻蚀处理，得到微蚀纤维；
[0016]对所述微蚀纤维进行表面活化处理，得到活化纤维；
[0017]在所述活化纤维表面沉积多金属复合层，其中，所述多金属复合层至少包括包覆于所述活化纤维表面的化学镀镍底层以及至少一电镀铜层。
[0018]第二方面，本专利技术还提供一种上述多金属复合方法制备得到的高分子纤维的多金属复合纤维。
[0019]基于上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：
[0020]本专利技术提供的高分子纤维材料的多金属复合方法利用氧化性酸和亲水剂的组合，刻蚀得到微蚀纤维，避免了高分子纤维的龟裂、无效刻蚀以及纤维团聚的现象，在高分子纤维表面构筑了形貌及粗糙度均适宜的表面微结构，极大地提高了多金属复合纤维中多金属复合层与高分子纤维的结合力以及多金属复合层的均匀性，同时，基于同样的原因，该刻蚀处理能够有效地避免高分子纤维的载荷损失，提高所制备的多金属复合的力学性能，为制备高品质的多金属复合纤维提供了一种切实有效的可行方案。
[0021]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
[0022]图1是本专利技术一典型的实施案例提供的微蚀芳纶纤维的表面形貌图；
[0023]图2是本专利技术一典型的实施案例提供的经过化学镀镍芳纶纤维的宏观光学照片；
[0024]图3是本专利技术一典型的实施案例提供的经过化学镀镍芳纶纤维的低倍率电镜图；
[0025]图4是本专利技术一典型的实施案例提供的经过电镀铜的芳纶纤维的宏观光学照片；
[0026]图5是本专利技术一典型的实施案例提供的经过第一电镀的镍芳纶纤维的宏观光学照片；
[0027]图6是本专利技术一典型的实施案例提供的经过电镀银的芳纶纤维的宏观光学照片；
[0028]图7是本专利技术一典型的实施案例提供的多金属复合芳纶纤维的截面形貌图；
[0029]图8是本专利技术一典型的实施案例提供的多金属复合芳纶纤维的径向元素分布图；
[0030]图9是本专利技术一典型的实施案例提供的多金属复合芳纶纤维的载荷保持率测试图；
[0031]图10是本专利技术一典型的实施案例提供的多金属(镍+铜)复合芳纶纤维制作的屏蔽套照片；
[0032]图11是本专利技术一典型的实施案例提供的用于制备多金属复合纤维的设备的部分结构示意图；
[0033]图12是本专利技术一典型的实施案例提供的用于制备多金属复合纤维的设备的部分结构示意图；
[0034]图13是本专利技术一典型的对比案例提供的刻蚀后的芳纶纤维表面形貌图；
[0035]图14是本专利技术另一典型的对比案例提供的刻蚀后的芳纶纤维表面形貌图；
[0036]图15是本专利技术又一典型的对比案例提供的刻蚀后的芳纶纤维表面形貌图；
[0037]图16是本专利技术又一典型的对比案例提供的打结镀层脱落形貌图。
具体实施方式
[0038]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0039]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0040]而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件或方法步骤区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件或方法步骤之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0041]参见图1
‑
图6，本专利技术实施例提供的一种高分子纤维材料的多金属复合方法，包括如下的步骤：
[0042]使高分子纤维在包括氧化性酸、亲水剂的刻蚀液中进行刻蚀处理，得到微蚀纤维。
[0043]对所述微蚀纤维进行表面活化处理，得到活化纤维。
[0044]在所述活化纤维表面沉积多金属复合层，其中，所述多金属复合层至少包括包覆于所述活化纤维表面的化学镀镍底层以及至少一电镀铜层。
[0045]基于上述技术方案，本专利技术所提供的多金属复合方法可以采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分子纤维材料的多金属复合方法，其特征在于，包括：使高分子纤维在包括氧化性酸、亲水剂的刻蚀液中进行刻蚀处理，得到微蚀纤维；对所述微蚀纤维进行表面活化处理，得到活化纤维；在所述活化纤维表面沉积多金属复合层，其中，所述多金属复合层至少包括包覆于所述活化纤维表面的化学镀镍底层以及至少一电镀铜层。2.根据权利要求1所述的多金属复合方法，其特征在于，所述微蚀纤维表面刻蚀产生多个刻蚀沟槽，所述刻蚀沟槽的深度为30
‑
50nm，宽度为300
‑
500nm，所述微蚀纤维表面的粗糙度为0.1
‑
0.5μm；所述氧化性酸包括硫酸和/或铬酸；所述亲水剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚乙二醇以及聚乙烯烷酮中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述刻蚀液中，硫酸的含量为50
‑
80mL/L，亲水剂的体积分数为1
‑
10％；优选的，所述刻蚀液的温度为28
‑
30℃，所述刻蚀处理的时间为4
‑
7min。3.根据权利要求1所述的多金属复合方法，其特征在于，所述高分子纤维包括芳纶、涤纶、尼龙、丙纶、超高分子聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并双恶唑纤维、聚苯并咪唑纤维、聚酰亚胺纤维中的任意一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述的多金属复合方法，其特征在于，所述表面活化处理包括催化步骤和解胶步骤；所述催化步骤包括：将所述微蚀纤维置于温度为25
‑
33℃的催化液中处理3
‑
6min，所述催化液包括浓度为2
‑
5ml/L的含钯催化剂、浓度为200
‑
300ml/L的37％的盐酸、浓度为40
‑
60g/L的氯化钠以及浓度为2
‑
4g/L的氯化亚锡；优选的，所述含钯催化剂包括浓度为5
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12g/L的氯化钯、浓度为120
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260mL/L的盐酸、浓度为30
‑
80g/L的氯化钠以及浓度为5
‑
13g/L的氯化亚锡；和/或，所述解胶步骤包括：将催化后的所述微蚀纤维置于温度为27
‑
54℃的解胶液中处理30s
‑
3min，所述解胶液包括浓度为15
‑
25g/L的加速剂以及体积分数为1.6
‑
2.6％的浓硫酸；优选的，所述加速剂包括浓度为150
‑
300g/L的硫酸亚锡和/或硫酸锡溶液。5.根据权利要求1所述的多金属复合方法，其特征在于，所述高分子纤维选自多丝束芳纶，所述化学镀镍底层的沉积方法具体包括：将所述活化纤维置于温度为55
‑
65℃的化学镍溶液中进行化学镀镍4
‑
8min，所述化学镍溶液包括浓度为15
‑
25g/L的六水合硫酸镍、浓度为2
‑
5g/L的二甲胺硼烷、浓度为5
‑
15g/L的柠檬酸、浓度为30
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50mL/L的盐酸以及浓度为0.01
‑
0.05g/L的二巯基苯并噻唑，并使...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清文，侯立干，刘丹丹，陈城，张永毅，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：