[发明专利]金属包覆高分子纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于先进复合材料技术领域，特别涉及一种金属包覆高分子纤维及其制备方法。

背景技术

金属微丝具有尺寸细小、高强度、耐高温、稳定性能好、重量轻等一系列优点，被广泛应用于航空航天、电子信息、交通运输、石油化工、国防军工以及日常生活等各个领域。但是，随着科学技术的发展，传统的金属微丝暴露出密度较高、抗震性能差、强度仍然偏低等问题，难以满足民用高新技术领域和国防军工建设发展的多样性需求。

聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、蜘蛛丝等高分子纤维具有高的比强度、比模量和耐高温等一系列优异性能，在国民经济和国防军工各个领域用途广泛[吴国梅.21世纪超高性能之PBO高分子纤维材料.高科技纤维与应用，2002，27(3)：15-18]。但是，上述高分子纤维表面光滑且活性低，不适合于将其直接用作增强相制备高性能复合材料，且高分子纤维不具有金属微丝优良的导电、导热等性能，影响了高分子纤维的广泛应用。因此，以高性能的高分子纤维为基体，实现金属在高分子纤维表面的负载，开发出既具有金属微丝的导电、导热等性能，又具有高分子纤维的高比强度、高比模量等优良特性的金属包覆高分子纤维复合材料，具有重要意义。

迄今为止，围绕高分子材料表面包覆纳米无机粉体以及在纳米无机粉体表面负载金属的研究已有一些报导。如Junhui He等人在蜘蛛丝上包覆纳米TiO₂粉体[Junhui He，Toyoki Kunitake.Preparation and thermalstability of gold nanoparticles in silk-templated porous filaments of titaniaand zirconia.Chemistry of Materials，2004，16：2656-2661]，Baomei Wen等人对单晶相纳米TiO₂粉体线上负载金属[Baomei Wen，Chunyan Liu，Yun Liu.Depositional characteristics of metal coating on single-crystal TiO₂nanowires.American Chemical Society，2005，109(12)：372-375]。但是，由于高分子纤维与金属之间的结合性能很差，目前有关金属包覆高分子纤维复合材料制备方面的研究尚未见到公开报导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属包覆高分子纤维及其制备方法，利用包覆层金属的电、磁以及导热等性能和基体高分子纤维的高强度、高韧性、低密度等特点，开发比传统的金属微丝具有更轻的质量、更高的强度和耐用性以及更好的柔韧性的金属包覆高分子纤维复合材料。

本发明的金属包覆高分子纤维以聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、蜘蛛丝等中的至少一种高分子纤维为基体，以纳米二氧化钛、纳米氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化镍、纳米氧化钴等中的至少一种纳米无机粉体作为改性材料，采用浸渍涂覆法在高分子纤维表面包覆一层纳米无机粉体薄膜作为过渡层，然后采用化学镀法在纳米无机粉体包覆高分子纤维复合材料表面负载金属，开发金属包覆高分子纤维复合材料。

本发明所述的表面负载金属为：铜、银、镍、铝、金、铁等金属及其合金中的至少一种。

本发明所述金属包覆高分子纤维的制备工艺如下：

1、取经过表面改性后的纳米无机粉体置于体积为其10～100倍的无水乙醇中，控制温度为50～100℃，超声分散20～120min，制备出均匀分散的乳液；

2、将采用化学法或物理法进行表面改性后的高分子纤维浸于上述乳液中，同时乳液中滴加占乳液体积0.1～10％的偶联剂，继续超声振荡60～600min；

3、将表面包覆纳米无机粉体的高分子纤维取出，于100～300℃烘干处理60～180min，制得纳米无机粉体包覆高分子纤维复合材料；

4、将等体积比的金属盐和酒石酸钾钠配制为溶液A，将等体积比的甲醛和碱配制为溶液B；

5、将纳米无机粉体包覆高分子纤维复合材料浸入溶液A中，同时加入溶液B，超声振荡10～60min；

6、将表面包覆金属的纳米无机粉体包覆高分子纤维复合材料取出，于50～200℃真空烘干处理60～180min，即可制得金属包覆高分子纤维复合材料。