聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的制备及其性能研究

摘要

聚砜酰胺（PSA）纤维是我国自主研发并拥有独立知识产权的耐高温有机纤维，拥有耐热性、热稳定性和阻燃性等优良的性能，但常规的PSA纤维存在体积比电阻高的问题，容易产生静电，对其后续加工以及在防护类服装领域的应用存在一定的影响。而聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）是一种新型的导电聚合物材料，具有分子结构简单、能隙小、电导率高等优点。
　　因此，本论文尝试利用PEDOT的导电性与聚砜酰胺的耐高温性能，制备一种性能优良的功能复合型导电纱线，提出以聚砜酰胺短纤纱作为基底，自行搭建气相沉积装置，通过气相沉积聚合的方法在聚砜酰胺纱线表面原位聚合PEDOT，制备得到聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线。
　　本课题运用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱分析（FTIR）及热重分析（TG）等手段对制备得到的导电复合纱线进行系列测试表征，对其力学性能、导电性能、环境稳定性和电热性能进行综合分析。在气相沉积实验的基础上，研究氧化剂(FeCl3)浓度、沉积时间、浸渍时间对导电复合纱线导电性能的影响，尝试探索PSA/PEDOT导电复合纱线的导电机理和电热机理，以及PSA/PEDOT导电复合纱线在勾连、绞纱、串联、并联模式下的电热行为。
　　除此之外，为研究不同纤维材料的纱线性质、同种材料不同基底结构对导电复合纱线的性能影响，选择常规的聚酰胺6长丝纱、聚酯短纤纱、聚砜酰胺织物作为基底进行PEDOT的气相沉积实验，与聚砜酰胺（PSA）/PEDOT沉积复合纱线的导电性能进行比较。
　　实验结果和研究表明：
　　1）选定三氯化铁为氧化剂，并得出气相沉积反应条件的改变对导电复合纱线质量比电阻的影响曲线，以此确定在本实验条件下制备聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的最佳工艺流程和气相沉积聚合反应条件：以三氯化铁为氧化剂，在浓度为80g/L、气相沉积的时间为10min、氧化浸渍时间为60min的工艺参数条件下，可制得导电复合纱线的质量比电阻最低，其值为0.94Ω·g·cm2。
　　2）SEM和FTIR分析结果表明，本实验条件下在聚砜酰胺基底纱线表面形成了一层连续、致密的薄膜状聚3,4-乙烯二氧噻吩导电层，构成导电通路，赋予聚砜酰胺纱线优良的导电性能。TG的分析结果显示，以聚砜酰胺纱线为基底，可以使得表面沉积的PEDOT导电层的热稳定性能有一定程度的提高。
　　3）力学性能测试结果表明，PEDOT在纱线表面的沉积使得聚砜酰胺纱线的力学性能有所降低，并且随着氧化剂浓度的增加呈下降趋势；但当氧化剂浓度到达一定的数值后，制备得到的导电复合纱线的强力趋于稳定。
　　4）基底纱线的性质和结构对导电复合纱线的导电性能有一定的影响，本实验制备得到的导电复合纱线的导电性能从高到低的顺序为：聚砜酰胺>聚酯>聚酰胺6。此外，聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线具有良好的耐环境稳定性，随着时间、温度及水洗次数的改变，导电复合纱线的质量比电阻不断增加，导电性能不断降低，并最终趋于稳定。
　　5）由循环伏安法分析可得，本实验条件下制备得到的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的导电性能符合欧姆定律，在直流稳压条件下，可将导电复合纱线视为纯电阻材料。当对聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线两端加诸一定的电压时，其发热温度随着电压的增大而持续增加，而随着加压时间的延长出现先增加后逐渐趋于稳定的现象；
　　6）通过勾连、绞纱、串联及并联等结构模式组合得到的聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线具有良好的电热性能；以聚砜酰胺织物为基底，直接在织物表面进行气相沉积反应得到的导电复合织物也具有良好的导电及电热性能，织物沉积后抽取单根纱线，发现织物内纱线级别的气相沉积效果在经纬密度不大时与单根纱线的沉积效果相差不大。
　　导电纤维（纱线）是智能纺织品的重要组成部分，可被广泛用于信号源发射器、传感器、制动器和控制单元等应用领域。本课题采用气相沉积聚合法制备得到的导电复合纱线导电性能良好且具有电热性能，使得其在智能防护、军事装备及医疗领域等领域具有潜在的用途。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 导电高分子的研究进展

1.2 聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）制备方法的研究进展

1.3 聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）的应用

1.4 研究目的和主要内容

第二章 聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的制备和性能表征

2.1 实验部分

2.2 聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的性能表征

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的导电性能

3.1 结构型导电高分子的导电性能研究[63, 64]

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的环境稳定性

4.1 实验部分

4.2 实验结果与讨论

4.3 本章小结

第五章 聚砜酰胺/PEDOT导电复合纱线的电热性能

5.1 电热的机理

5.2 实验部分

5.3 实验结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢