聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電紗的電學(xué)與力學(xué)性能

洪劍寒, 韓 瀟, 陳建廣， 彭蓓福, 蘇 敏, 惠 林, 梁廣明

(1. 紹興文理學(xué)院 紡織服裝學(xué)院， 浙江 紹興 312000； 2. 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇 蘇州 215009；3. 鹽城城市絲利得英絲綢有限公司， 江蘇 鹽城 224311)

聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電紗的電學(xué)與力學(xué)性能

洪劍寒1,2, 韓 瀟1, 陳建廣3， 彭蓓福1, 蘇 敏1, 惠 林1, 梁廣明1

(1. 紹興文理學(xué)院 紡織服裝學(xué)院， 浙江 紹興 312000； 2. 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇 蘇州 215009；3. 鹽城城市絲利得英絲綢有限公司， 江蘇 鹽城 224311)

針對(duì)原位聚合的紗線連續(xù)導(dǎo)電處理方法存在原料利用率低的問(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)了制備工藝，制備了聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯/聚苯胺(PTT/PANI)復(fù)合導(dǎo)電紗線，研究了氧化劑濃度對(duì)復(fù)合導(dǎo)電紗線導(dǎo)電性能以及力學(xué)性能的影響關(guān)系。結(jié)果表明：利用該法可以連續(xù)制備高電導(dǎo)率的PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗線，隨著氧化劑濃度的提高，PTT紗線表面聚苯胺電導(dǎo)率先增大后降低，但紗線電導(dǎo)率逐漸提高趨于穩(wěn)定。在大拉伸條件下，紗線電阻隨拉伸的增大而增大，并成指數(shù)關(guān)系。在小應(yīng)變拉伸-回復(fù)循環(huán)條件下，復(fù)合導(dǎo)電紗線的電阻變化較為復(fù)雜。復(fù)合導(dǎo)電紗線的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率較處理前有所下降，初始模量有所增大。

聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯； 聚苯胺； 原位聚合； 連續(xù)制備； 導(dǎo)電性能； 力學(xué)性能

聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纖維為20世紀(jì)90年代中期開發(fā)出的一種改性聚酯纖維，具有優(yōu)異的綜合性能，目前已經(jīng)在PTT形狀記憶面料、泳裝、運(yùn)動(dòng)衣、地毯、高檔混紡針織內(nèi)衣、高檔PTT/羊毛精紡產(chǎn)品等方面得到廣泛應(yīng)用。雖然PTT纖維的靜電現(xiàn)象較其他大多數(shù)合成纖維為輕，但其高電阻率(1016Ω·cm)和低吸濕性(回潮率0.2%～0.5%)，使其仍無(wú)法避免靜電的產(chǎn)生，因此在加工和使用中易因靜電而帶來(lái)各種問(wèn)題，同時(shí)其高電絕緣性也限制了其在導(dǎo)電、電磁屏蔽等方面的功能開發(fā)。導(dǎo)電性能的獲得，不僅可使PTT纖維制品在生產(chǎn)和使用過(guò)程中免除靜電所帶來(lái)的困擾，而且在智能服裝、織物傳感器、電磁屏蔽材料等目前無(wú)法涉足的領(lǐng)域帶來(lái)潛在應(yīng)用價(jià)值，提高PTT纖維制品的功能性及附加值。

常規(guī)合成纖維的導(dǎo)電化加工主要以碳黑、金屬、金屬化合物等無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料作為導(dǎo)電組分。自20世紀(jì)70年代被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，導(dǎo)電高分子材料特別是聚苯胺(PANI)一直是纖維導(dǎo)電化研究方向的熱點(diǎn)。聚苯胺導(dǎo)電纖維的多種制備方法中，以原位聚合法最受關(guān)注，被認(rèn)為是最具有應(yīng)用前景的制備方法。近年來(lái)以原位聚合法制備的各類聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電纖維屢見不鮮，如導(dǎo)電滌綸、導(dǎo)電錦綸[1]、導(dǎo)電羊毛[2]、導(dǎo)電棉纖維[3]、導(dǎo)電纖維素纖維[4]、導(dǎo)電蠶絲[5]、導(dǎo)電超高分子量聚乙烯纖維[6]、導(dǎo)電椰殼纖維[7]等。本課題組在前期研究中也曾以PTT纖維為基材，制得了電導(dǎo)率為10-1S/cm數(shù)量級(jí)的導(dǎo)電PTT纖維[8]。

因采用溶液內(nèi)分步浸漬反應(yīng)的方法，傳統(tǒng)原位聚合法并不能適應(yīng)連續(xù)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。前期研究中，本課題組提出了基于原位聚合法的聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電紗線的連續(xù)制備方法[9]，該方法使紗線吸附苯胺單體后又連續(xù)通過(guò)含有氧化劑和摻雜酸的混合溶液，使紗線帶上苯胺、氧化劑和摻雜酸，在空氣中反應(yīng)形成聚苯胺導(dǎo)電層，成功制備了電導(dǎo)率高達(dá)1 S/cm的超高分子量聚乙烯/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電紗線，并在一定的條件下具有良好的導(dǎo)電穩(wěn)定性。

前期研究中發(fā)現(xiàn)，吸附有高純度苯胺單體的紗線在浸漬混合溶液的過(guò)程中，苯胺單體就析出到混合溶液內(nèi)，致使反應(yīng)液被耗用而生成聚苯胺，混合溶液的實(shí)際濃度不穩(wěn)定。因此，反應(yīng)液須以較快的速度更新以保證其濃度的穩(wěn)定，但實(shí)際上被吸附到紗線表面的反應(yīng)液非常少，絕大部分的反應(yīng)液都通過(guò)溢流口排出(處理12 m紗線需要消耗反應(yīng)液10 mL，反應(yīng)液內(nèi)摻雜酸濃度為1.75 mol/L，氧化劑的濃度為0.66 mol/L)[10]，因此反應(yīng)液的浪費(fèi)非常嚴(yán)重，不僅增加了成本，也對(duì)環(huán)境帶來(lái)不良影響。

為解決前期工作中存在的反應(yīng)液消耗過(guò)大的問(wèn)題，使其更適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，本文對(duì)基于原位聚合的紗線連續(xù)導(dǎo)電處理工藝進(jìn)行了改進(jìn)，并以PTT長(zhǎng)絲為基材，制備了PTT/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電紗線，研究了其電學(xué)與力學(xué)性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

PTT長(zhǎng)絲(166.7 dtex/72 f)，由江蘇盛虹科技股份有限公司提供。

試劑：苯胺(上海凌峰化學(xué)試劑有限公司，AR)，過(guò)硫酸銨(上海試劑總廠，AR)，鹽酸(昆山金城試劑有限公司，AR)。

1.2 PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗的制備

針對(duì)前期研究中反應(yīng)液消耗較多的問(wèn)題，對(duì)紗線的導(dǎo)電處理工藝進(jìn)行了改進(jìn)，導(dǎo)電處理裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

注：1—紗筒； 2—浸漬槽； 3—浸沒(méi)輥； 4—壓輥； 5—浸漬槽； 6—溢流管； 7—氧化劑儲(chǔ)存罐； 8—流量調(diào)節(jié)開關(guān)； 9—壓輥； 10—負(fù)壓吸風(fēng)裝置； 11—廢液接收皿； 12—紗線儲(chǔ)存 容器。圖1 PTT長(zhǎng)絲連續(xù)化導(dǎo)電處理裝置Fig.1 Apparatus for conductive processing of PTT/PANI composite yarn

PTT從紗筒上退繞出來(lái)之后，進(jìn)入含有苯胺單體和摻雜酸的混合溶液浸漬槽(前期工作中槽內(nèi)為純苯胺單體)，從槽內(nèi)引出后經(jīng)壓輥擠壓，使紗線吸附上苯胺和摻雜酸，擠壓后多余的混合溶液落回浸漬槽內(nèi)。其后紗線通過(guò)含有氧化劑溶液的浸漬槽(前期工作中槽內(nèi)為氧化劑和摻雜酸的混合溶液)，使紗線在被卷離溶液后其表面帶有苯胺單體、摻雜酸和氧化劑的混合溶液。紗線被引離浸漬槽后經(jīng)壓輥擠壓，以促進(jìn)混合溶液在紗線上的均勻分布并向紗線內(nèi)部纖維空隙之間滲透。為了防止紗線在通過(guò)浸漬槽時(shí)，紗線上的苯胺和摻雜酸析出與氧化劑反應(yīng)造成溶液內(nèi)氧化劑的濃度不穩(wěn)定，浸漬槽內(nèi)的反應(yīng)液僅留存少量(2 mL左右)，并由氧化劑儲(chǔ)存罐7通過(guò)流量調(diào)節(jié)開關(guān)持續(xù)供應(yīng)，供應(yīng)速度以槽內(nèi)不產(chǎn)生聚苯胺沉淀為宜，過(guò)多的溶液通過(guò)溢流管溢出被接收于廢液接收皿內(nèi)。壓輥后設(shè)置了一個(gè)負(fù)壓吸風(fēng)裝置，將紗線引離擠壓區(qū)并呈松散狀置于紗線儲(chǔ)存容器內(nèi)，使紗線表面附著的混合溶液充分反應(yīng)生成聚苯胺，待其干燥后卷繞成紗筒。

本文中所用摻雜酸為鹽酸，取0.1 mol苯胺單體用10 mL去離子水稀釋后與含有0.1 mol鹽酸的36%鹽酸溶液混溶制成混合溶液。氧化劑采用過(guò)硫酸銨(APS)，變換濃度分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mol/L和1.2 mol/L，制得的PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗分別命名為PP-1、PP-2、PP-3、PP-4、PP-5和PP-6。

與前期的工作相比，本文在以下2個(gè)方面促使了原料耗用量的減少：首先，浸漬槽2內(nèi)為苯胺和鹽酸的混合溶液，紗線吸附混合溶液后被壓輥擠壓，多余的混合溶液又落回浸漬槽2內(nèi)，因此苯胺和鹽酸的混合溶液可以被完全利用；其次，紗線通過(guò)浸漬槽5時(shí)，因紗線上為濃度較低的苯胺和鹽酸溶液而非前期工作中的純苯胺單體，溶液滲出到APS溶液的速度大大降低，可以較長(zhǎng)時(shí)間保持APS溶液濃度的穩(wěn)定，因此只需及時(shí)補(bǔ)充因紗線表面吸附帶走的APS溶液即可，而無(wú)需補(bǔ)充過(guò)多溶液以平衡濃度，因此APS溶液的耗用量大大減少。本文中，在16.8 m/min的導(dǎo)電處理速度下，APS溶液的耗用量在0.5～1.5 mL/min之間，隨APS溶液濃度的提高，耗用量有所增大。較前期高達(dá)10～12 mL/min的APS/HCl混合溶液耗用量相比，生產(chǎn)成本下降幅度達(dá)95%以上。

1.3 測(cè)試分析

1.3.1 PTT纖維導(dǎo)電處理前后表面形貌

PTT長(zhǎng)絲導(dǎo)電處理前后的表面結(jié)構(gòu)采用日立S-4800冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(日本)觀察。

1.3.2 導(dǎo)電性能

將導(dǎo)電紗在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下平衡24 h后，用ZC-90G高絕緣電阻測(cè)量?jī)x(上海太歐電氣有限公司，中國(guó))測(cè)量一定長(zhǎng)度紗線的電阻，按下式計(jì)算其電導(dǎo)率。

式中：σ為電導(dǎo)率，S/cm；L為導(dǎo)電紗測(cè)試長(zhǎng)度，cm；S為導(dǎo)電紗截面積，cm2；R為導(dǎo)電紗測(cè)試長(zhǎng)度內(nèi)電阻，Ω。

紗線表面聚苯胺電導(dǎo)率：假設(shè)纖維表面的聚苯胺導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)均勻且連續(xù)分布，則用模型表示皮芯結(jié)構(gòu)PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電纖維，皮層為高導(dǎo)電組分聚苯胺，芯層為低導(dǎo)電組分基質(zhì)纖維，如圖2所示。

圖2 皮芯結(jié)構(gòu)導(dǎo)電纖維物理模型Fig.2 Physical model of conductive fiber with skin/core structure

該復(fù)合導(dǎo)電纖維的電阻R，可以看成是聚苯胺電阻RP和基質(zhì)纖維電阻RF的并聯(lián)[11]，即：

而當(dāng)基質(zhì)纖維的電阻遠(yuǎn)大于聚苯胺的電阻時(shí)，二者之并聯(lián)電阻即可近似看成是后者的電阻，即R=RP。因此聚苯胺的電導(dǎo)率可按下式計(jì)算：

式中：σP為聚苯胺的電導(dǎo)率，S/cm；L為導(dǎo)電紗測(cè)試長(zhǎng)度，cm；SP為聚苯胺導(dǎo)電層截面積，cm2；R為導(dǎo)電紗測(cè)試長(zhǎng)度內(nèi)的電阻，Ω。

紗線拉伸應(yīng)變條件下的電阻測(cè)試(應(yīng)變-電阻傳感性能)：采用自制的測(cè)試夾頭連接高絕緣電阻測(cè)試儀進(jìn)行，紗線夾持于固定夾頭和活動(dòng)夾頭上，通過(guò)旋鈕旋轉(zhuǎn)絲桿改變活動(dòng)夾頭的位置，用高絕緣電阻測(cè)試儀記錄其在不同伸長(zhǎng)狀態(tài)下的電阻值。

1.3.3 力學(xué)性能測(cè)試

導(dǎo)電處理前后的PTT紗線力學(xué)性能采用Instron 3365萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，按照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試，試樣夾持長(zhǎng)度為250 mm，拉伸速度為250 mm/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 PTT纖維導(dǎo)電處理前后表面形貌分析

圖3示出PTT長(zhǎng)絲紗導(dǎo)電處理前后的表面形貌。圖3(a)為未經(jīng)處理的PTT纖維呈圓柱形，表面光滑。圖3(b)～(g)分別為PP-1、PP-2、PP-3、PP-4、 PP-5和PP-6復(fù)合導(dǎo)電紗線，其表面有聚苯胺附著。從圖中可以看出，在APS濃度較低時(shí)，PTT纖維表面的聚苯胺為薄片狀結(jié)構(gòu)，且纖維表面并未被完全包裹，有部分的裸露部位，如圖3(b)、(c)；隨著APS濃度的提高，纖維表面的聚苯胺逐漸增多，厚度增大，纖維表面包裹得越發(fā)嚴(yán)密。從圖中還可看出，在較高的APS濃度下，纖維表面的APS和苯胺反應(yīng)速度較低時(shí)，APS濃度大大提高，導(dǎo)致纖維表面的聚苯胺呈現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，其結(jié)構(gòu)變得粗糙，如圖3(e)～(g)所示。

圖3 導(dǎo)電PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗表面形貌(×1 000)Fig.3 Surface morphology of PTT/PANI (×1 000)

2.2 PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗電導(dǎo)率

表1示出PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗及其表面聚苯胺的導(dǎo)電性能。由表可看出，隨著氧化劑APS濃度的提高，導(dǎo)電紗的導(dǎo)電性能逐漸增強(qiáng)，表現(xiàn)為電阻的降低和電導(dǎo)率的提高。APS濃度提高至1.0 mol/L以上時(shí)，紗線的導(dǎo)電性能趨于穩(wěn)定。而聚苯胺電導(dǎo)率的變化與紗線電導(dǎo)率變化規(guī)律有所不同，在APS濃度較低時(shí)，聚苯胺的電導(dǎo)率隨其濃度增大而急劇提高，在0.8 mol/L時(shí)達(dá)到最高值，之后隨著APS濃度的繼續(xù)提高，聚苯胺電導(dǎo)率又有下降的趨勢(shì)，PP-6的電導(dǎo)率僅為PP-4的50%左右。

紗線電導(dǎo)率的變化是多方面共同作用的結(jié)果，如紗線表面聚苯胺的氧化程度和摻雜程度、聚苯胺導(dǎo)電層的厚度以及聚苯胺在紗線表面的連續(xù)程度均可對(duì)其產(chǎn)生影響。如隨著APS濃度的提高，紗線表面聚苯胺含量逐漸提高，這對(duì)載流子的通行有利，對(duì)紗線電導(dǎo)率的提高具有積極意義；但APS濃度的提高對(duì)聚苯胺氧化程度的提高并非完全有利于其導(dǎo)電性能的增強(qiáng)，只有當(dāng)氧化程度一定，即其大分子中的苯式結(jié)構(gòu)和醌式結(jié)構(gòu)各占一半時(shí)電導(dǎo)率最高，過(guò)低或過(guò)高的氧化程度均不利于其導(dǎo)電能力的增強(qiáng)。本文中0.8 mol/L的APS濃度對(duì)形成高導(dǎo)電的聚苯胺是有利的，但因?yàn)榇藭r(shí)紗線表面的聚苯胺含量相對(duì)偏低(質(zhì)量增大率為9.6%)，紗線與聚苯胺復(fù)合系統(tǒng)的導(dǎo)電性能并非最優(yōu)。而在更高的APS濃度下，雖然此時(shí)聚苯胺的電導(dǎo)率有所下降，但得益于其含量的提高(PP-5和PP-6的質(zhì)量增大率分別為16.3%和25.3%)，紗線與聚苯胺復(fù)合系統(tǒng)的導(dǎo)電性能反而有所增強(qiáng)。還可看出，聚苯胺含量的大幅增加，紗線電導(dǎo)率的提高卻非常有限。

因此，選擇合適的氧化劑濃度，不僅有利于降低生產(chǎn)成本，也有利于紗線在較低的增重率下獲得較優(yōu)的導(dǎo)電性能。

2.3 紗線拉伸后的電阻變化分析

作為一種回彈性能良好且初始模量較低的纖維，PTT纖維產(chǎn)品在使用中發(fā)生拉伸變形不可避免，因此，研究PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗線在拉伸及回彈狀態(tài)下的電阻變化情況非常有必要。圖4示出樣品PP-4在拉伸至斷裂時(shí)的電阻變化情況。

圖4 PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗拉伸狀態(tài)下的電阻變化Fig.4 Resistance changes of PTT/PANI composite yarn under extension

從圖中可看出，PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗的電阻隨著伸長(zhǎng)的增大而增大。對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行回歸分析，導(dǎo)電紗的電阻與應(yīng)變呈指數(shù)關(guān)系，擬合方程為y=1.927 1e0.074 8x(相關(guān)系數(shù)r=0.995 3)。

PTT纖維斷裂伸長(zhǎng)較大，但是聚苯胺的脆性較大，變形能力小，在紗線發(fā)生伸長(zhǎng)時(shí)，聚苯胺的伸長(zhǎng)能力明顯弱于基質(zhì)纖維，易發(fā)生斷裂，隨著伸長(zhǎng) 的增大，聚苯胺導(dǎo)電層的斷裂現(xiàn)象越明顯，甚至出現(xiàn)大量的聚苯胺導(dǎo)電層脫落。聚苯胺導(dǎo)電層連續(xù)結(jié)構(gòu)的破壞，嚴(yán)重阻礙了載流子沿紗線長(zhǎng)度方向的通行，因此電阻大大提高，這已被前期研究所證實(shí)[8]。

然而，采用傳統(tǒng)原位聚合法制得的PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電纖維在較低伸長(zhǎng)下就表現(xiàn)出電阻的急劇增大不同(伸長(zhǎng)5%即增大5倍以上，伸長(zhǎng)20%增大20倍)[8]，本次實(shí)驗(yàn)制得的PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗在拉伸時(shí)的電阻變化是非常緩和的，伸長(zhǎng)5%，其電阻僅增大20%，伸長(zhǎng)20%其電阻也僅增大2.3倍。造成這種現(xiàn)象的主要原因在于，傳統(tǒng)原位聚合法以短纖維在溶液中反應(yīng)為主，因工藝需要，纖維之間較為分散，制得的PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電纖維均為單根纖維狀態(tài)，因此拉伸時(shí)產(chǎn)生的聚苯胺導(dǎo)電層斷裂即造成了導(dǎo)電通道的中斷，因此電阻變化較大。而本文中制得的復(fù)合導(dǎo)電紗線的纖維表面、纖維與纖維之間的空隙中都包覆與填塞了聚苯胺，其整體性大大提高，在拉伸時(shí)即使單根纖維上的聚苯胺發(fā)生斷裂，各根纖維之間的聚苯胺相互接觸所產(chǎn)生的接觸電阻也可保證在整個(gè)紗線方向上的連續(xù)性不受較大的破壞，因此其電阻的變化較小。當(dāng)然過(guò)大的拉伸勢(shì)必造成連續(xù)性的明顯破壞，如在拉伸30%之后，導(dǎo)電紗的電阻變化就較為劇烈。

PTT纖維雖然有較好的彈性，但其產(chǎn)品在使用時(shí)并不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的伸長(zhǎng)，因此，研究較小應(yīng)變條件下PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗線反復(fù)拉伸-回復(fù)的電阻變化更有意義。為此，研究了最大應(yīng)變?yōu)?%的多次拉伸回復(fù)條件下紗線的電阻變化情況，循環(huán)拉伸次數(shù)為4次，結(jié)果如圖5所示。

圖5 復(fù)合導(dǎo)電紗5%循環(huán)拉伸的電阻變化Fig.5 Resistance of composite yarn under 5% cyclic stretching

由圖可看出，在4次循環(huán)拉伸-回復(fù)的過(guò)程中，紗線的電阻總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，第1次至第4次拉伸-回復(fù)過(guò)后，紗線的電阻較未拉伸時(shí)分別增加了12.47%、26.82%、38.59%和59.16%。這種現(xiàn)象主要在于多次拉伸之后，紗線上的聚苯胺破損逐漸累積所造成的。

在回復(fù)階段的初始階段，紗線電阻由于變形回復(fù)之后聚苯胺沿纖維軸向的斷裂空隙逐漸減小重新接觸而逐漸減小，但減小到一定程度之后，電阻又呈上升趨勢(shì)，且隨拉伸-回復(fù)循環(huán)次數(shù)的增多，電阻上升越明顯，這同樣也是由于塑性變形而導(dǎo)致紗線蓬松所引起的。

2.4 PTT長(zhǎng)絲紗處理前后力學(xué)性能分析

PTT長(zhǎng)絲紗導(dǎo)電處理前后的力學(xué)性能如表2所示。

表2 PTT長(zhǎng)絲紗導(dǎo)電處理前后力學(xué)性能Tab.2 Mechanical property of PTT and PTT/PANI composite yarns

經(jīng)導(dǎo)電處理后，PTT長(zhǎng)絲紗的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率有一定程度的下降，特別是在低APS濃度時(shí)，斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率有明顯的下降，如PP-1的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率較處理前分別下降17.5%和32.0%。隨著APS濃度的提高，導(dǎo)電紗的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率有一定程度的提高，在較高濃度下時(shí)與原紗的差異已非常小。與斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的變化不同，PTT長(zhǎng)絲紗經(jīng)導(dǎo)電處理后，其初始模量有所提高，且隨APS濃度的提高呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，但變化幅度較小。導(dǎo)電處理過(guò)程中紗線表面吸附的鹽酸量是一定的，但APS的濃度有所差異，在APS濃度較低時(shí)，部分苯胺與鹽酸未能參加聚合反應(yīng)，殘留在紗線表面，從而使PTT纖維產(chǎn)生溶脹，導(dǎo)致紗線的斷裂強(qiáng)力與斷裂伸長(zhǎng)降低；而隨著APS濃度的提高，紗線表面的苯胺與鹽酸參加聚合反應(yīng)的比例提高，殘留逐漸減少，因此對(duì)紗線的破壞作用大大減小。

從圖中可以看出，在高導(dǎo)電態(tài)下(樣品PP-4、PP-5和PP-6)，導(dǎo)電紗的力學(xué)性能與原紗基本沒(méi)有太大的差異，即本文所采用的基于原位聚合的紗線連續(xù)導(dǎo)電處理可保持PTT纖維原有的物理機(jī)械性能。

3 結(jié) 論

針對(duì)前期開發(fā)的基于苯胺原位聚合的紗線連續(xù)化導(dǎo)電處理方法中原料消耗過(guò)高的問(wèn)題，改進(jìn)了處理工藝，降低生產(chǎn)成本達(dá)95%以上。以改進(jìn)工藝制備了皮芯結(jié)構(gòu)的PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗線，并主要對(duì)其電學(xué)及力學(xué)性能進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論。

1)隨著APS濃度的提高，PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗線表面聚苯胺含量提高，聚苯胺結(jié)構(gòu)逐漸粗糙。

2)復(fù)合導(dǎo)電紗表面聚苯胺的電導(dǎo)率隨APS濃度的提高先提高后下降，但得益于聚苯胺含量的提高，紗線電導(dǎo)率逐漸提高趨于穩(wěn)定，本文實(shí)驗(yàn)條件下紗線電導(dǎo)率最高可達(dá)(0.90±0.10)S/cm。

3)在大應(yīng)變單次拉伸狀態(tài)下，PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗的電阻與應(yīng)變呈指數(shù)關(guān)系變化；在5%的小應(yīng)變拉伸-回復(fù)循環(huán)作用下，PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗線的電阻隨循環(huán)次數(shù)的增多而增大。

4)PTT紗線經(jīng)導(dǎo)電處理后其力學(xué)性能有所變化，但在高導(dǎo)電態(tài)下，PTT/PANI復(fù)合導(dǎo)電紗的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)與原紗基的差異極小，連續(xù)導(dǎo)電處理可保持PTT纖維原有的優(yōu)異力學(xué)性能。

FZXB

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Electrical and mechanical properties of conductive polytrimethylene terephthalate/polyaniline composite yarns

HONG Jianhan1,2, HAN Xiao1, CHEN Jianguang3, PENG Beifu1, SU Min1, HUI Lin1, LIANG Guangming1

(1.CollegeofTextileandGarment,ShaoxingUniversity,Shaoxing,Zhejiang312000,China; 2.SuzhouInstituteofTrade&Commerce,Suzhou,Jiangsu215009,China; 3.YanchengSideliSilkCo.,Ltd.,Yanchen,Jiangsu224311,China)

Aiming at the problem of the continuous conductive treatment method of yarns prepared by in-situ polymerization on low utilization ratio of raw materials, an improved process was presented to prepare conductive polytrimethylene terephthalate (PTT) /PANI composite yarns, and the electrical and mechanical properties thereof were studied in detail. The results indicated that high conductivity PTT/PANI composite yarns can be continuously prepared by the improved process. The conductivity of PTT increased first and then decreased, but the conductivity of the composite yarns increased and finally trended to be stable approximately, with the increase of the oxidant APS concentration. The resistance increased exponentially with the stretching of the composite yarn in large-strain. And the resistance change is complicated during the small strain stretch-recovery cycles. The breaking strength and breaking elongation of PTT yarns decreased and the initial modulus increased after the conductive treatment.

polytrimethylene terephthalate; polyaniline; in-situ polymerization; continuous preparation; electrical conductivity; mechanical property

10.13475/j.fzxb.20161003707

2016-10-17

2016-11-21

蘇州市科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(SG201444)；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20150360，BK20141267)；浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2016R428015)；紹興文理學(xué)院科研啟動(dòng)項(xiàng)目(20155036)

洪劍寒(1982—)，男，講師，博士。主要從事紡織材料與紡織工藝的教學(xué)與研究。E-mail：jhhong@usx.edu.cn。

TQ 342.83

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