[發明專利]碳納米管/聚酰胺6復合納米纖維長絲紗及其制備方法

有效

• 申請號: 201010151036.1
• 申請日: 2010-04-08
• 公開（公告）號: CN101845680A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 潘志娟;劉洋;李杰
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: D01F6/90
• 分類號: D01F6/90;D01D1/02;D01D5/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種連續的納米級纖維紗，具體涉及一種以碳納米管和聚酰胺6復合構成的納米纖維長絲紗及其制備方法。

背景技術

碳納米管(CNTs)自從1991年被發現以來，由于其具有超強的力學性能、極高的化學和熱穩定性，良好的導電和光電性能及獨特的一維納米結構等所特有的納米效應，在高性能結構材料、多功能材料、信息材料、生物醫用材料和催化劑等多方面有著廣闊的應用前景。國內外研究人員在CNTs/聚合物復合材料的制造加工技術與工藝、產品的結構和性能等方面做了大量的研究，以期應用于電子工業、汽車制造、房屋建筑和航天工業等領域。采用一般的合成纖維紡絲方法(熔體紡絲法、干法紡絲和濕法紡絲等)制備碳納米管增強復合纖維的研究也較多，如：Jacbo等對CNTs增強PP纖維做了細致的研究；Dalton等將碳納米管分散于十二烷基硫酸鋰去離子水溶液中形成懸浮液，制備了CNTs/PVA凝膠纖維；郭振福等將碳納米管加入到純PA6中，制備出含有改性碳納米管的PA6母粒，采用與純PA6切片共混熔體紡絲的方法，制備了CNTs/PA6復合纖維；其他研究人員的產品與技術有：CNTs/聚丙烯/聚乳酸復合纖維(CN101413154A)、全芳香聚酰胺/CNTs復合纖維(CN1005490904C)、PBO/單壁碳納米管復合纖維(CN101338463A)、一種含碳納米管的Lyocell纖維(CN100535209C)、碳納米管增強聚丙烯腈基碳纖維(CN101250770A)、CNTs/聚酰亞胺復合纖維(CN101187078A)以及凍膠超高分子量聚乙烯/CNTs管復合纖維(CN1194121C)等。

靜電紡絲是一種新型的制備納米級纖維的紡絲技術，以高聚物溶液等為紡絲液可以制備得到直徑從數納米到數百納米的纖維。由于該方法具有設備簡單、成本低等優點，近年來國內外的研究人員采用該紡絲方法制備的各種靜電紡納米纖維材料已有100多種。隨著靜電紡絲技術的發展，研究人員將關注的目光投向了利用靜電紡絲技術制備聚合物/CNTs復合纖維，研究了包括PAN、PVA、PEO、PMMA、PA6、PBT、PBO、PLLA和絲素等多種聚合物與單壁碳納米管(SWNTs)或多壁碳納米管(MWNTs)的共混靜電紡絲，如：高性能的碳納米管/PBO復合纖維的電紡絲制備方法(CN101250769A)，一種高取向碳納米管復合纖維及其制備方法(CN1304656C)等。然而，上述制備得到的產品的形式大都是纖維隨機排列的非織造布。這種片狀材料存在著纖維集合體結構無序且不易控制、產品的二次加工受到限制、只能以單一的形式被使用等缺陷。因此，若能采用靜電紡絲的方法連續紡制碳納米管/聚酰胺6復合納米纖維長絲紗，并通過后處理改善產品的性能，進一步拓寬其應用領域，具有積極的現實意義。

發明內容

本發明目的是提供一種碳納米管/聚酰胺6復合納米纖維長絲紗。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種碳納米管/聚酰胺6復合納米纖維長絲紗的制備方法，包括如下步驟：

(1)碳納米管的預處理：先用硝酸與硫酸構成的混合酸對碳納米管進行超聲波氧化處理，使碳納米管上被破壞的側壁碳環端氧化為羧基；然后從混合酸中分離出碳納米管，再用去離子水清洗，直至清洗液的pH值為7；然后將其烘干備用；

(2)制備紡絲液：a)將步驟(1)得到的碳納米管加入到質量分數為88～98％的甲酸中，超聲波處理30～90min，使碳納米管均勻分散于甲酸中；b)將聚酰胺6加入到上述碳納米管/甲酸分散液中，經磁力攪拌至聚酰胺6完全溶解，形成聚酰胺6/碳納米管/甲酸混合液；c)將步驟b)得到的混合液用超聲波處理30～120min，即得到分散均勻的紡絲液；紡絲液中碳納米管的質量分數為0.1％～10％，聚酰胺6的質量分數為15～30％；

(3)制備浴液：將平平加O溶解于去離子水中制得質量百分比0.4～1.2％的浴液；

(4)采用靜電紡絲方法，將步驟(2)得到的紡絲液加入紡絲管中，連接高壓電源的正極，將步驟(3)得到的浴液加入浴槽內，連接高壓電源的負極，從紡絲管噴出的紡絲液在浴液中形成纖維束，集束后的纖維經卷繞成形獲得初紡紗；

(5)后處理：將步驟(4)得到的初紡紗在步驟(3)的浴液中進行濕拉伸，即得到所述碳納米管/聚酰胺6復合納米纖維長絲紗。