[發明專利]一種芳綸1313/多壁碳納米管納米纖維及其制備方法

無效

• 申請號: 201210400214.9
• 申請日: 2012-10-21
• 公開（公告）號: CN102877152A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 潘志娟;何斌
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: D01F6/90
• 分類號: D01F6/90;D01F1/10;D01D5/00;D06C3/00
• 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

本發明涉及納米纖維的制備方法，具體涉及芳綸1313/多壁碳納米管納米纖維及其制備方法。

背景技術

芳綸1313，化學名稱為聚間苯二甲酰間苯二胺（PMIA）。該纖維的耐熱性特別突出，在260℃下連續使用1000h后，仍能保持原來強度的65%，在300℃下使用一個星期，保持原強度50%，此外還具有優良的阻燃性、電絕緣性、化學穩定性、耐輻射性以及機械性能等，因而被廣泛應用于特種防護服、高溫過濾材料、電絕緣材料以及蜂窩結構護墻材料等。PMIA具有高度規整的分子排列和結晶結構，且存在大量的分子間及分子內氫鍵，因此，PMIA的溶解比較困難。目前，PMIA的優良溶劑較少，主要有離子液體、含有氯化物（如LiCl或CaCl₂）的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）或N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）溶解體系等。當前對芳綸1313纖維的研究主要集中在其復合材料的研制及性能研究，而對靜電紡芳綸1313納米纖維方面的研究極少。

中國發明專利申請CN101838888A公開了一種靜電紡間位芳綸納米纖維的制備方法，由鹵鹽（如氯化鋰或氯化鈣）和可與鹵鹽形成絡合大陽離子的極性氧基團的溶劑（如DMF或DMAc）構成溶解體系，將間位芳綸材料溶解于溶解體系中，然后在高電壓紡絲條件下噴射形成間位芳綸納米纖維無紡布。該方法得到產品的形式是纖維隨機排列的纖維氈。這種氈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。

碳納米管(CNTs)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。碳納米管分單壁碳納米管（SWNTs）和多壁碳納米管（MWNTs）。但是，并未有如何構建芳綸1313/CNTs納米纖維的報道。

因此，如果提高芳綸1313纖維的取向性，以及研究多壁碳納米管（MWNTs）在芳綸1313溶液中的分散技術，是制備高度取向芳綸1313/多壁碳納米管納米纖維過程中需要解決的問題。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種芳綸1313/多壁碳納米管納米纖維及其制備方法，以獲得高度取向的靜電紡纖維，并進一步對該纖維進行強化。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種芳綸1313/多壁碳納米管納米纖維的制備方法，包括以下步驟：

(1)對多壁碳納米管進行處理，獲得接枝上聚乙二醇辛基苯基醚的多壁碳納米管；

(2)采用超聲波處理將步驟(1)獲得的接枝后的多壁碳納米管均勻分散到溶劑中，獲得含有多壁碳納米管的溶液，所述溶劑為N,N-二甲基乙酰胺；

(3)在溶劑中加入氯化鋰，形成含氯化鋰的溶解體系，將芳綸1313纖維加入到溶解體系中，攪拌溶解獲得含有芳綸1313的溶液，所述溶劑和步驟(2)中使用的溶劑相同；

(4)將步驟(2)獲得的含有多壁碳納米管的溶液和步驟(3)獲得的含有芳綸1313的溶液混合，經超聲波處理獲得多壁碳納米管均勻分散的紡絲液，紡絲液中，以重量計，芳綸1313的含量為8～16%，鹵化物的含量為5～8%，多壁碳納米管的含量為0.2～4%；

(5)采用靜電紡絲方法，獲得纖維呈定向排列的納米纖維氈，靜電紡絲條件為，紡絲電壓20～30KV，噴絲頭為內徑0.35～0.85mm，紡絲液流量0.1～0.6ml/h，收集輥轉速4～9m/min，噴絲頭橫向移動速度10～26cm/min紡絲距離8～15cm。

上述技術方案獲得的芳綸1313/MWNTs納米纖維氈，其中的纖維雖然呈定向排列狀態，但還是帶有一定的卷曲，取向程度還不是特別高，為提高取向度，進一步的技術方案，對步驟(5)獲得的納米纖維氈作后處理，處理方法為，把納米纖維氈沿纖維定向排列方向，一端固定懸掛于溫度為270～300℃的氛圍中，在另一端對其施加張力進行拉伸，拉伸應力為1.5~5MPa，時間為5~30min。在此過程中，纖維自身沿受力方向進一步伸展定向排列，同時纖維內大分子鏈和MWNTs在拉伸力作用下沿纖維軸向定向排列，從而提高纖維氈的拉伸斷裂強度和初始模量。

上述技術方案中，步驟(1)的處理方法是，

①對多壁碳納米管進行酸化處理，使多壁碳納米管上被破壞的側壁碳環端氧化為羧基；酸化方法可以采用現有技術，例如中國發明專利CN?101845680A中公開的方法。