炭黑/聚氨酯导电纤维的制备及后处理性能的研究

摘要

有机导电纤维不仅具有密度小、成本低、易加工、耐腐蚀等特点，而且具有较高导电率和力学性能，广泛应用于纺织、服装以及相关领域。本课题以炭黑为导电添加剂，以热塑性聚氨酯为基体材料，以钛酸酯为偶联剂，以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，采用湿法纺丝，制备出性能优异的炭黑/聚氨酯导电纤维。
　　 本文深入的研究了炭黑与聚氨酯的质量比为1：4时，纺丝液配比、脱泡温度、纺丝温度、拉伸浴温度、第一拉伸辊和第二拉伸辊拉伸速度等纺丝工艺参数对炭黑/聚氨酯导电纤维纺丝工艺和导电纤维性能的影响，筛选出炭黑/聚氨酯导电纤维的最佳制备工艺参数。由于聚氨酯受炭黑填料的影响，炭黑/聚氨酯导电纤维断裂强度、初始模量比较低。为了提高导电纤维的断裂强度、初始模量，采用低毒高效的交联剂乙二胺进一步对其进行交联处理，使所得炭黑/聚氨酯纤维同时具有优异的导电性能和力学性能。本文进一步研究了交联温度、交联时间、交联剂质量分数等因素对纤维断裂强度、弹性回复率、初始模量等力学性能和导电性能的影响，结合差示扫描量热分析(DSC)，探讨了交联对导电纤维热性能的影响。
　　 结果表明：用乙二胺对炭黑/聚氨酯导电纤维进行交联，可以较大程度的提高导电纤维的断裂强度，在相对紧张状态交联比完全松弛状态交联的炭黑/聚氨酯导电纤维有更高的断裂强度和初始模量。而且在交联温度不超过50℃时，断裂强度、初始模量和弹性回复率随着交联温度的升高、交联时间的增长和交联剂浓度的增加而不断增加。然而，导电纤维的导电性能随着交联时间的增大、乙二胺的质量分数的提高、交联温度的升高，有较小幅度的下降。
　　 炭黑/聚氨酯导电纤维随着交联程度的增加，软链段的熔融峰的起始温度有所升高，甚至使软链段的熔融峰完全消失。硬链段的熔融峰的峰值开始随着交联程度的增加而增加，后来随着交联程度的增加而下降，熔融峰的面积也下降，熔融结晶减少。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 前言

1.1 导电纤维

1.1.1 导电纤维概述

1.1.2 导电纤维国内外发展状况

1.1.3 导电纤维的分类及制备

1.1.4 导电纤维的应用

1.2 有机复合导电纤维的导电机理

1.2.1 导电粒子在聚合物中的分布

1.2.2 导电通路的电子传输机制

1.3 化学交联

1.4 本课题的研究目的和意义

1.5 本课题的研究内容

第二章 实验原理

2.1 炭黑／聚氨酯导电纤维制备原理

2.1.1 聚氨酯的选取

2.1.2 聚氨酯湿纺溶剂

2.1.3 炭黑及导电原理

2.1.4 偶联剂

2.2 炭黑／聚氨酯导电纤维交联剂及交联原理

2.2.1 聚氨酯交联剂

2.2.2 聚氨酯交联剂的分类

2.2.3 聚氨酯交联机理

2.2.4 炭黑／聚氨酯导电纤维交联剂的选取

2.3 炭黑／聚氨酯导电纤维的导电机理和表征

2.3.1 导电纤维的导电机理

2.3.2 导电纤维的导电过程

2.3.3 纤维导电性的表征

第三章 炭黑／聚氨酯导电纤维的制备

3.1 原料及试剂

3.2 实验设备及测试仪器

3.3 聚氨酯／炭黑导电纤维的制备

3.3.1 炭黑／聚氨酯纺丝液的制备

3.3.2 制备导电纤维的纺丝工艺流程

3.3.3 导电纤维的制备

3.3.4 导电纤维纺丝工艺参数

3.3.5 导电纤维力学性能的测试

3.4 实验结果与讨论

3.4.1 纺丝溶液的配比对纺丝的影响

3.4.2 静置脱泡温度对纺丝液的影响

3.4.3 纺丝温度对纺丝的影响

3.4.4 拉伸浴温度对纺丝的影响

3.4.5 炭黑／聚氨酯导电纤维纺丝工艺参数的确定

3.5 本章小结

第四章 炭黑／聚氨酯导电纤维的交联

4.1 实验部分

4.1.1 原料和试剂

4.1.2 实验设备及测试仪器

4.1.3 炭黑／聚氨酯导电纤维的交联

4.1.4 DSC测试处理前后的样品

4.1.5 交联后的纤维力学性能的测试

4.1.6 弹性回复率测试

4.2 实验结果与分析

4.2.1 对不同交联时间的纤维进行DSC测试

4.2.2 交联对纤维断裂强度的影响

4.2.3 交联对导电纤维初始模量的影响

4.2.4 交联对纤维弹性回复率的影响

4.2.5 交联对导电性能的影响

4.3 本章小结

第五章 全文结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢