1前言导电高分子作为导电剂加人到纤维中制得的导电纤维与其它导电纤维相比有其独有的特点。如果导电高分子在纤维中分散均匀,容易形成良好的导电通道,比颗粒填料作为导电剂制得的纤维有较低的导电阈值和较高的电导率。但是,导电篼分子的稳定性对纤维的导电性能和其它性能具有较大影响。对以聚苯胺(PAn)为导电剂而言,由于聚苯胺的导电性能强烈地依赖于酸性,因此该纤维的导电性能受酸渗杂程度和外界环境的影响较大。
纤维中导电组份的取向程度和测试电场对纤维的导电性能也有一定的影响。本文将就影响聚苯胺/PA11共混纤维导电性能的诸多因素进行讨论。
2实验将纤维在不同的pH值酸溶液中浸泡12小时后,取出晾干。用四探针法测出其电阻值为i⑴),探针间距为Z(cm),纤维的密度为p=1.5g/cm3,根据以下公式得到纤维的体积电导率:3结果与讨论3.1聚苯胺含量对纤维导电性能的彩响在PAn/PAll共混导电纤维中,聚苯胺作为导电剂对纤维的导电性能起到决定性的作用。在同一个共混体系中,聚苯胺在基体聚合物中分散状态保持一定的情况下,聚苯胺含量越高越有利于导电性能的提高。从可看出,聚苯胺在纤维中的含量从5%增加到20%,纤维的电导率提篼了近4个数量级。
纤维中聚苯胺含量对纤维导电性能的影响拉伸倍数:1*2.7倍;2*3.7倍3.2拉伸倍数对纤维导电性能的影响结构型导电篼分子作为导电剂加入到基体聚合物中,在拉伸过程中,拉伸应力对导电篼分子和基体聚合物都会有作用,尽管对二者的拉伸效果不同。聚苯胺作为导电剂分散到PA11中,在拉伸过程中,大分子导电剂会随之取向,这种取向的导电高分子有利于其在基体中形成良好的导电通道。因而从理论上讲,拉伸取向有利于结构型导电篼分子和基体聚合物共混体系导电性能的提高。在PAn/PAll这一共混体系中,随着拉伸倍数的提篼,纤维的电导率可提篼2 ~5倍(见)。3.3酸度对纤维导电性能的影响国家自然科学基金会资助项目(29774024)纤维的研究工作,近期又开展了高性能纤维的研究和开发工作。
拉伸倍数对纤维导电性能的影响质子酸是聚苯胺的掺杂剂,在本纺丝原液中,浓硫酸既是溶剂,又是聚苯胺的掺杂剂。将纤维在循环水中浸泡24小时以上,以便使内部的酸尽可能地释放出来,再采用不同pH值溶液浸泡该纤维24小时,取出干燥,测得纤维的导电性能见。以聚苯胺为导电剂的复合材料受到酸浓度的影响是由聚苯胺本身的性质决定的,因而该种导电纤维在碱性条件下便失去了导电性能。
pH值处理纤维溶液的pH值对导电纤维的影响3.4测试电压对纤维导电性能的彩响PAn/PAll共混导电纤维在不同的测试电压下测得的电导率值不同(见)。从图中可看出,对于同一样品,随施加在样品上电场强度的增加,测量出的导电性能有所提篼。
PAn/PAll共混导电纤维可以归属于复合型导电篼分子材料范围,此类导电篼分子存在三种导电机制,即渗流理论、隧道效应和场致发射理机理同时存在,不同的条件下以某一种为主。在低导电填料含童、较低的外加电压作用下,导电粒子间的间距较大,形成链状或网状导电通道的几率较小,这时徼效应机理起主要作用,在低导电填料含量、较篼的外加电场下,场致发射变得显著;在高导电填料含量下,导电粒子间的间距小,形成链状或网状导电通道的几率大,这时导电通道即渗流的作用更明显。
按照以上三种理论,结合PAn/PAll共混体系的实际结果可知,在篼电压下纤维的导电性能不仅有导电通道即渗流的贡献,还有场致发射的贡献,从而使纤维在高电场下表现出较高的电导率,在低电场下场致发射对电导率没有贡献或贡献较小,所以呈现出相对较差的导电性能。
3.5纤维导电性能随施加电场时间的衰减在一定的电场作用下,纤维的电导率随时间的变化发生衰减。从可以看出,对纤维施加恒定的电场强度500V/m,随着在纤维上施加稳定电场时间的延长,纤维的导电性能有所下降。*初的十几分钟内,电导率有明显下降,之后的时间里,纤维的电导率下降不明显。当施加电场的时间延长到72小时以后,电导率下降不到一个数量级。
4结论由于聚苯胺本身的特性,在pH值较低的环境中处理该纤维有利于提高导电性能。增大聚苯胺在纤维中的用量和增加纤维的后拉伸倍数,均有利于提高纤维的导电性能。对纤维施加较大的电场强度,纤维表现为更篼的导电性能。随着在纤维上施加稳定电场时间的延长,纤维的导电性能稍有下降。(本校龚静华老师、袁孟红老师和黄素萍老师以及中国科学院长春应用化学研究所景通赋研究员和王献红研究员对本工作给予了大力支持和帮助,在此表示衷心的感谢)