Page 145 - 《精细化工》2019年第11期

第 11 期 汤龙其，等: 低电阻率聚吡咯-碳纤维纸基复合材料的制备 ·2293·

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合物的机械加工问题。将 PPY 与碳纸前驱体制备成 碳纸前驱体定量为 60 g/m ，取前驱体总质量分数
复合材料，不仅解决了各自缺陷，同时其导电性可 15%的处理后 CF，放入质量分数为 10%的 CMC 溶
[9]
以通过控制 PPY 的生成量来调节 ，得到低电阻率 液中超声分散 30 min；取前驱体总质量分数 85%的
的 PPY-CF 纸基复合材料。Kaynak 等 [10] 采用棒状涂 浆粕在疏解器中疏解 5 min；把疏解好的浆粕和处理
覆法将 CF/膨胀石墨/纳米纤维素分散体涂覆在纸张 好的 CF 在纸页抄造器中抄造成型；最后把制备的
表面，得到低电阻率的复合材料。Liu 等 [11] 通过原 湿纸页经压榨（0.4 MPa）、干燥（105 ℃）得到最
位聚合制备 PPY 涂布的棉导电织物。黄文靖等 [12] 终的碳纸前驱体。制备工艺如图 1 所示。
采用自组装聚合法制备了具有低电阻率木质素磺酸
/PPY 导电纸。丁春跃 [13] 在纸浆纤维悬浮液体系中通
过原位聚合法制备了 PPY 包覆型导电纸。综上，多
数研究使用 PPY 和植物纤维制备出复合纤维，或者

通过涂布的方法使 PPY 附着在纸张上，然而关于
图 1 CF 前驱体制备图
PPY 在碳纸前驱体上聚合制备出纸基复合材料的研
Fig. 1 Preparation of carbon fiber precursor
究鲜有报道。
本文采用化学氧化法在碳纸前驱体上聚合制备
1.3 PPY-CF 纸基复合材料的制备
了 PPY-CF 纸基复合材料，通过对比不同种类碳纸
用旋转蒸发仪和低温冷却循环槽（温度 85 ℃，
前驱体、氧化剂、掺杂剂和吡咯（PY）浓度，考察
真空度–90 kPa）蒸馏提纯 PY，以 n（掺杂剂）∶n
其对 PPY-CF 纸基复合材料体积电阻率的影响，并
（PY）=1∶2 组成掺杂剂溶液，n（氧化剂）∶
探寻最佳的低电阻率 PPY-CF 纸基复合材料制备工
n(PY)=1∶1 配成氧化剂溶液。把碳纸前驱体放入掺
艺，以期为低电阻率复合材料的制备提供新思路。
杂剂溶液中浸渍至饱和（吸收掺杂剂溶液 20 mL 左
1 实验部分 右），然后采用喷雾法，即把 2.5 mL 氧化剂喷到浸
渍饱和的碳纸前驱体上，在 0 ℃下反应 6 h，取出，
1.1 试剂与仪器 再次喷 2.5 mL 氧化剂，0 ℃反应 6 h；最后经压榨干
CF（5 mm），江苏奥神新材料有限公司；植物 燥得到 PPY-CF 纸基复合材料。制备工艺如图 2 所示。
浆纤维为加拿大漂白硫酸盐针叶浆（SP，经打浆机
疏解，平衡水分后使用，打浆度为 35°SR），齐峰新
材料股份有限公司；芳纶 1414 浆粕（AP，打浆度
为 19°SR，长度 0.3~0.6 mm），深圳市纤谷有限公司；
PY、FeCl 3 、过硫酸铵（APS）、十二烷基磺酸钠
（SDS）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、对甲苯磺酸
钠（TSNa）、羧甲基纤维素钠（CMC）、高锰酸钾
（KMnO 4 ）、蒽醌-2-磺酸钠（AQS）、乙醇（C 2 H 5 OH）、
H 2 O 2（质量分数 30%）、NaOH，分析纯，国药集团

化学试剂有限公司。
图 2 PPY-CF 纸基复合材料的制备图
Nicolet iS10 型傅里叶变换红外光谱仪，美国赛
Fig. 2 Preparation of PPY-CF paper-based composites
默飞世尔科技（中国）有限公司；su1510 型扫描电
子显微镜，日本日立株式会社；ZQS2 型打浆机、 1.4 实验工艺的探索
ZQS4 型纤维解离器、ZQJ1-B-II ϕ200 mm 型纸张抄 首先，探讨前驱体种类对复合材料电阻率的影
取器，陕西科技大学机械厂；KH-400KDE 型超声波 响。采用 SP 或 AP 分别与 CF 抄造成碳纸前驱体，
清洗器，昆山禾创超声仪器有限公司；FLUCK 并选用 APS 为氧化剂，SDBS 为掺杂剂，PY 溶液浓
8846A 型精密数字多用表，江苏金湖华泰计量仪器 度为 0.6 mol/L 在得到的前驱体上制备出复合材料。
有限公司。 测试 前驱体 AP/CF、前驱 体 SP/CF、复 合材料
1.2 碳纸前驱体的制备 PPY/SP/CF 与复合材料 PPY/AP/CF 的电阻率来探究
首先对 5 mm CF 表面进行预处理，在 400 ℃的 前驱体种类对复合材料电阻率的影响。
马弗炉灼烧 30 min，然后在质量分数为 10%的 NaOH 然后，探究氧化剂种类对复合材料电阻率的影
溶液中浸泡 1 h，过滤洗涤干燥得到处理后的 CF； 响。在化学氧化法制备 PPY 时，通常使用的氧化剂