[發明專利]高彈性導電纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201110237446.2
• 申請日: 2011-08-18
• 公開（公告）號: CN102953137A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 尚頌民;曾煒;陶肖明
• 申請（專利權）人: 香港理工大學
• 主分類號: D01F1/09
• 分類號: D01F1/09;D01F6/94;D01F6/90;D01F6/46
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 郭偉剛

技術領域

本發明涉及導電聚合物領域，尤其涉及一種高彈性導電纖維，以及其制備方法。

背景技術

隨著電子器件的大型化和輕便化，高彈性導電聚合物的研究引起了人們的廣泛關注，有望成為傳統的金屬導電材料的更新換代產品。其可用于制備面積較大的太陽能電池、傳感器、電激發器以及其他新型的柔性電子產品。與傳統的金屬導電材料相比較，高彈性導電聚合物具有可拉伸、折疊以及可變成任意復雜的曲線形狀等多方面的優點，可應用在任意曲面，以及面積較大的電子產品的活動部件上。

目前導電聚合物的制備方法主要包括以下三種：

1、后處理方法，即，使用導電材料處理聚合物，使導電材料附著在聚合物薄膜或纖維的表面，以賦予聚合物導電性。

后處理方法有主要有三種：(1)利用粘合劑將導電成分涂敷黏附在聚合物表面；(2)通過化學或電化學方法將本征導電高聚物沉積在聚合物表面；(3)利用真空噴涂或者電鍍使金屬微粉沉積在聚合物表面。這其中方法(1)是最為傳統的涂覆方法，其步驟一般包括將粘合劑用適當的溶劑稀釋，之后將導電成分分散于其中，以配制成涂覆液，然后將其涂覆于纖維表面，當溶劑揮發且粘合劑固化后，導電成分依靠粘合劑粘覆于纖維表面。

該方法所制備導電纖維的缺點是涂層較厚，纖維手感硬，同時導電微粒易于脫落。

2、熔融或溶液共混法，即，將導電成分(如，導電碳黑、金屬粉末如銅、銀、鎳、鎘等或其硫化物、氧化物等淺色導電化合物)與聚合物基體熔融或溶液共混，使導電成分摻雜在聚合物中，以賦予聚合物基體導電性。

導電摻雜物本身通常表現良好的電子性能、可控性和穩定性，但機械強度差；而聚合物基體雖擁有良好的力學性能，但其電子特性差。通過該方法，將導電摻雜物加入到軟的聚合物，可以提高基質材料的電子特性，并同時的揉合了優良的機械強度及優良電性能，而這正是實現柔性電子產品的關鍵。

然而，該方法的缺點是，由于摻雜物之間相互有很強的范德華作用力，摻雜物粒子在聚合物基體中傾向于形成團聚，很難均勻分散，嚴重影響了所制備的導電聚合物的力學性能和電學性能。

3、本征導電高聚物直接紡絲法，即將本征導電高聚物直接紡絲。本征導電高聚物主要有聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTH)、聚對苯(PPP)等。其中，聚苯胺材料因其原料價格較低、合成工藝較簡單、導電性能的穩定性較好等特點而受到重視。

直接紡絲法主要有三種：(1)將聚苯胺的中間產物非導電的翠綠亞胺(EB)溶液經質子酸摻雜，經濕法紡絲制得導電纖維；(2)在PANI-EB溶液中摻雜十二烷基苯磺酸(DBSA)或與含有機金屬鋅的混合物共混塑化后，在熔融狀態下加工成纖維；以及(3)采用電化學方法制備納米聚苯胺導電纖維。

然而，直接紡絲法的缺點是，由于本征導電高聚物不熔不溶的特點限制了其在加工成膜以及直接紡絲等方面的應用。

因此，上述這些方法制備的導電聚合物均無法獲得具有優異力學性能(可拉伸、折疊和變形性)和導電性能兩者，并同時具有穩定性的高彈性導電聚合物。

碳納米管(CNT，包括單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管)因其獨特的物理性質而受到越來越多的關注，特別是碳納米管卓越的導電性、機械增強性質和熱穩定性，使其有潛力成為導電聚合物優良的導電摻雜物。近年來，碳納米管/導電聚合物復合材料的研究頗受關注。

然而現有技術中，碳納米管因彼此之間的范德華力，而在聚合物材料中易成束，難以均勻分散的問題仍然沒有得到克服，這極大地影響了復合材料的導電性。

此外，如何實現碳納米管在聚合物基體中的對齊和有序排列也是碳納米管/聚合物導電復合物面臨的另一問題。

因此，依然需要對碳納米管/聚合物導電復合材料中碳納米管的分散和有序排列進行改進。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中的以上的問題，提供一種具有優異力學性能(可拉伸、折疊和變形性)和導電性能兩者，并同時具有穩定性的高彈性導電聚合物。

本發明進一步要解決的技術問題，提供一種制備高彈性導電纖維的方法。

為此，本發明一方面提供一種高彈性導電纖維，包括以下原料：碳納米管、離子液體和高彈性聚合物，其中，所述碳納米管與所述高彈性聚合物的重量比為1∶8～20；所述碳納米管與所述離子液體的重量比為4～6∶1。

優選實施方案中，所述碳納米管為直徑1～50nm、長度10～50μm的單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管，或它們的混合物。