一種新型的導電玻璃纖維材料的製作方法
2023-04-23 07:46:26
專利名稱：一種新型的導電玻璃纖維材料的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種導電纖維材料，具體為ー種新型的導電玻璃纖維材料。
背景技術：
玻璃纖維是無機非 金屬材料中的ー種新型功能材料和結構材料，它具有不燃性、耐高溫、抗腐蝕、強度高、密度小、吸溼低及延伸小等優良特性，故廣泛應用於傳統エ藝、農業、建築業、電子、通訊、核能、航空、航天、兵器、艦艇以及海洋開發、遺傳工程等高新科技產業，成為21世紀人類必不可少的可持續發展的高新技術材料；但是玻璃纖維本身呈現電絕緣性，導電性很差；導電玻璃纖維是玻璃鍍層技術與玻璃纖維表面處理技術相結合而開發出來的產品，它是在纖維表面包覆導電性良好的金屬、金屬合金或金屬氧化物而製成的；它具有導電性好、密度小、產品外觀好、能批量生產以及價格便宜等特點；由於這些優良特性，故而導電玻璃纖維可以應用於屏蔽材料、抗靜電複合材料、電熱材料以及隱身複合材料等領域；消除玻璃纖維靜電現象的途徑主要是降低纖維表面電阻率，方法有三種ー是在纖維中混入抗靜電劑，使纖維表面具有吸溼性和離子性，從而提高其導電性而使電荷洩漏；ニ是使材料與導電性介質混合，常用導電介質為炭黑；三是對纖維表面進行改性處理，在纖維表面鍍上ー層薄薄的導電層，以提高導電率；國內對於玻璃纖維抗靜電處理還主要停留在摻雜抗靜電劑與炭黑；加入抗靜電劑處理的玻璃纖維的抗靜電性能對環境溼度比較敏感，即溼度大抗靜電效果好，反之亦反；其次抗靜電性和使用期限有一定的局限性；而摻雜炭黑的玻璃纖維導致製品外觀是黑色的，在注重環境協調的今天，黒色不能讓人賞心悅目是其缺點，同時納米炭黑成本很高，而非納米狀的又不能形成導電迴路；鍍金屬導電層的情況下，金屬中導電率較高的有Ag、Cu、Al、Ni，但由於銀將導致鍍膜成本過高所以限制了其應用；鍍銅、鋁纖維具有較好的導電性能，但放置一段時間或經熱處理後其導電性急劇下降；這是由於新製備的銅、鋁鍍層具有較高的表面靜電吸塵性能和氧化性能，容易從周圍環境中吸收雜質或被氧化形成氧化層影響導電性；鍍鎳層不像鍍銅、鋁層容易氧化，但是鎳的電導率較低;總之，鍍金屬的エ藝過程很複雜，並且價格昂貴；同吋，纖維表面鍍上金屬後，經摩擦和洗滌後導電物質也較易剝落，耐磨性和耐洗滌性差，影響了纖維的使用性能；因此，開發ー種能夠消除這些不足的抗靜電方法勢在必行；氧化錫是ー種寬帶η型半導體，具有金紅石結構，禁帶寬為3. 6eV,室溫下的電導率很低，但是可以通過引入摻雜劑來提高電導率；摻雜的氧化錫薄膜是ー種透明的導電薄膜，摻銻ニ氧化錫薄膜由於其具有低電阻率和在可見光範圍內的高透光率而擁有廣闊的應用前景；透明就意味著帶隙寬度大而自由電子少，而導電率高則要求材料的自由電子多，從而不透明；而摻銻ニ氧化錫同時具備了這兩種特性，從而解決了理論和エ藝上的矛盾；在摻銻氧化錫中，銻通常以替位原子的形式代替了錫的位置，可以實現在摻雜沒有引起氧化錫晶體結構變化的條件下，使得銻摻雜氧化錫的電阻率比純氧化錫電阻率低；這是因為雜質銻離子對載流子的散射和晶格缺陷共同引起載流子遷移率變化而形成的；銻摻雜氧化錫是ー種新型的多功能導電粒子，因導電性與化學性質穩定、耐高溫、抗氧化性能好、耐磨、易於分散、高導電、高透明度等優良特性而被廣泛用於抗靜電、防靜電、光電子器件、太陽能電池以及電磁屏蔽領域中；因此，它與傳統導電和抗靜電材料相比擁有許多明顯的優點；在玻璃纖維表面鍍上銻摻雜氧化錫薄膜可以實現耐高溫以及電磁屏蔽並舉，可以在各種極限環境下使用，有利於開發各種產品，改善玻璃纖維的使用性能；對於氧化錫薄膜的製備方法有很多種，如化學沉積法、磁控濺射法、噴霧熱解法、噴塗法、溶膠凝膠法等；這些方法中，溶膠凝膠法是目前受到廣泛重視的ー類方法，因為它是ー種大面積製備氧化錫薄膜的快速而成本低廉的方法，所得到的產品均勻度高、純度好、副反應少、反應過程易於控制、反應溫度低，同時可以在任意的基底上得到性能優良的氧化錫薄膜；早在1997年美國NASA Langley Research Center的Derek D. Hass等人就利用溶膠凝膠エ藝在纖維表面鍍上金屬氧化物薄膜，使得纖維表面具有很好的電磁屏蔽特性；國 內也有關於在玻璃纖維上採用溶膠凝膠法塗覆金屬氧化物的報導；但是關於採用溶膠凝膠法在玻璃纖維上塗覆ATO的國內外未見報導。
發明內容本實用新型的目的在於提供ー種具有高導電性、高透明度、耐磨性好、穩定的化學性質、耐高溫、抗氧化等特點的ー種新型的導電玻璃纖維材料。為實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案為該導電玻璃纖維材料，包括玻璃纖維，其特徵在於在玻璃纖維的外表面上設有銻摻雜氧化錫導電溶膠凝膠塗覆層；本實用新型與現有技術相比的有益效果與現有技術相比，本實用新型的導電玻璃纖維材料採用具有優良特性的銻摻雜氧化錫整理劑對玻璃纖維進行整理，因而具有優良的導電性和透明性，且不受氣候環境和使用環境的限制，持久耐用，可以克服鍍金屬導電玻璃纖維所具有的特點，銻摻雜氧化錫能均勻分布在玻璃纖維表面；該導電玻璃纖維的玻璃纖維基底經過前處理後具有很好的鍍層附著力，且塗覆層是具有高導電、淺色透明、耐高溫、優異的抗氧化性以及抗輻射性等優良特性的銻摻雜氧化錫塗膜。
圖I為本實用新型剖面圖；圖中I.玻璃纖維，2.銻摻雜氧化錫導電溶膠凝膠塗覆層。
具體實施方式
以下結合附圖詳細描述本實用新型的一個實施例如圖I所示，本實用新型包括玻璃纖維1，在玻璃纖維I的外表面上設有厚度均勻一致的銻摻雜氧化錫導電溶膠凝膠塗覆層2 ；該導電玻璃纖維材料的製備方法，採用以下エ藝步驟第一歩採用玻璃纖維I清洗乾燥技術對玻璃纖維I進行前處理先將玻璃纖維I放入丙酮中進行超聲波處理3次，毎次15min，再放入無水こ醇中超聲波處理3次，毎次處理IOmin,最後放入去離子水中超聲波處理2次，每次lOmin，將潔淨的玻璃纖維I放入熱風乾
燥箱中直至乾燥；第二步採用溶膠凝膠法製備銻摻雜氧化錫溶膠，按照0.6-1. lmol/L四氯化錫-乙醇的濃度稱取四氯化錫晶體，本實施例稱取35. 06g四氯化錫晶體溶解在IOOml無水乙醇中超聲震蕩15min，並通過加熱到80°C磁力攪拌2h，直至無色透明溶液，然後放在30°C恆溫水浴鍋中陳化30min，得到穩定的純二氧化錫溶膠；按照1%的摩爾摻雜比稱取O. 228g的三氯化銻溶解在二氧化錫溶膠溶液中，再在80°C下回流2h得到四氯化錫濃度為lmol/L，最後放入30°C恆溫水浴鍋中12h，得到銻摻雜的二氧化錫溶膠；第三步採用提拉浸潰法將玻璃纖維I浸入溶膠溶液5min後，以8cm/s的速率平穩垂直提拉出來；第四步對玻璃纖維I進行乾燥以及退火處理將浸潰過的玻璃纖維I放入80°C的乾燥箱中30min，最後將玻璃纖維I放入馬弗爐中在450°C溫度下進行熱處理2h，得到導電玻璃纖維材料,並經過SEM分析，表明納米粉體顆粒均勻，呈橢球形，平均粒徑在87 nm左右，團聚較少，分散性較好；同時經過XRD分析，表明該銻摻雜氧化錫薄膜為四方金紅石型結構；通過測得導電玻璃纖維的體積比電阻維持在106Ω ·πι的水平，具有很好的抗靜電性；並且通過對導電玻璃纖維表面進行AFM分析，其表面粗糙度為O. 65nm，表明導電層厚度比較均勻一致；摻雜銻的原理銻離子取代錫離子後，會產生一個正電中心，釋放的電子便是自由電子，當銻離子摻雜濃度提高時，自由載流子濃度也增大，從而提高導電性。
權利要求1.ー種新型的導電玻璃纖維材料，包括玻璃纖維(1)，其特徵在於在玻璃纖維(I)的外表面上設有銻摻雜氧化錫導電溶膠凝膠塗覆層(2 )。
專利摘要本實用新型涉及一種新型的導電玻璃纖維材料，其特徵在於在玻璃纖維(1)的外表面上設有厚度均勻一致的銻摻雜氧化錫導電溶膠凝膠塗覆層(2)。本實用新型的導電玻璃纖維材料採用具有優良特性的銻摻雜氧化錫整理劑對玻璃纖維進行整理，因而具有優良的導電性和透明性，且不受氣候環境和使用環境的限制，持久耐用，可以克服鍍金屬導電玻璃纖維所具有的特點，銻摻雜氧化錫能均勻分布在玻璃纖維表面；該導電玻璃纖維的玻璃纖維基底經過前處理後具有很好的鍍層附著力，且塗覆層是具有高導電、淺色透明、耐高溫、優異的抗氧化性以及抗輻射性等優良特性的銻摻雜氧化錫塗膜。
文檔編號H01B5/14GK202650582SQ201220272758
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者王瑞, 殷翔芝, 張淑潔, 肖琪 申請人:江蘇雙山集團股份有限公司