[發(fā)明專利]一種基于碳納米材料的核殼結(jié)構(gòu)纖維及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710284688.4
• 申請(qǐng)日: 2017-04-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107177892B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈書(shū)海;唐振華;王飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): D01D1/02
• 分類號(hào): D01D1/02;D01D5/06;D01D5/34;D01D10/06;D01F8/16;D01F1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于碳納米材料的核殼結(jié)構(gòu)纖維及其制備方法，首先，將碳納米材料均勻分散于有機(jī)溶劑中，隨后將其與有機(jī)硅橡膠均勻混合，制成核層紡絲原液，殼層紡絲原液為純液態(tài)硅橡膠；其次，采用兩個(gè)注射泵將核層紡絲原液和殼層紡絲原液通過(guò)同軸紡絲針頭注入凝固浴中固化成形，隨后將固化的復(fù)合纖維通過(guò)洗滌池清洗，并采用收集裝置收集。最后，將復(fù)合纖維進(jìn)行干燥處理或者還原處理，便得到連續(xù)的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，成纖量大，纖維直徑可控，制備的核殼結(jié)構(gòu)纖維具有柔性和優(yōu)良的拉伸特性，克服了現(xiàn)有碳納米材料復(fù)合纖維拉伸率低、力學(xué)強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，可用于傳感器、柔性導(dǎo)線、可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能材料與聚合物基納米復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種基于碳納米材料的核殼結(jié)構(gòu)纖維及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，碳納米材料如碳納米管、石墨烯以及其衍生物因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)等性能被廣泛研究。多種碳納米材料復(fù)合纖維被開(kāi)發(fā)出來(lái)，主要包括碳納米管纖維、石墨烯纖維等。碳納米管纖維主要通過(guò)化學(xué)氣相沉積合成可紡的碳納米管陣列，隨后從碳納米管陣列中紡絲獲得碳納米管纖維(Science 2004,306,1358)；石墨烯纖維主要是由液晶相濕法紡絲法(Nat.Commun.2011,2,571)、限域水熱組裝法(Adv.Mater.2012,24,1856)等。這些制備方法獲得的碳納米材料復(fù)合纖維電導(dǎo)率高，但是這些碳納米材料復(fù)合纖維的拉伸率低，力學(xué)性能較差，同時(shí)很難制備出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如核殼結(jié)構(gòu))的復(fù)合纖維。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種基于碳納米材料的核殼結(jié)構(gòu)纖維及其制備方法，使制備出的纖維具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和柔性。

為了達(dá)到上述目的，一種基于碳納米材料的核殼結(jié)構(gòu)纖維的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，將碳納米材料與有機(jī)溶劑混合均勻，得到濃度為1～20mg/mL的碳納米材料有機(jī)溶劑懸浮液；

步驟二，將碳納米材料有機(jī)溶劑懸浮液與硅橡膠主劑以質(zhì)量比(0.3:100)～(10:100)混合均勻后，將其加熱到有機(jī)溶劑沸點(diǎn)直至完全去除有機(jī)溶劑，隨后冷卻至室溫，再加入硅橡膠固化劑，攪拌均勻后進(jìn)行除氣處理，得到核層紡絲原液；

步驟三，將硅橡膠主劑與固化劑按照所需比例進(jìn)行混合，攪拌均勻后進(jìn)行除氣處理，得到殼層紡絲原液；

步驟四，采用兩個(gè)注射泵將核層紡絲原液和殼層紡絲原液通過(guò)同軸紡絲針頭注入90～150℃的凝固浴中，得到核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維原絲，隨后將其清洗收集后進(jìn)行干燥處理，便得到連續(xù)的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維。

所述步驟一中，有機(jī)溶劑包括丙酮、乙醇、乙二醇、異丙醇、四氫呋喃，N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種或者多種按照任意比例混合。

所述步驟四中，凝固浴采用二甲基硅油。

所述硅橡膠為雙組份室溫硫化液態(tài)硅橡膠。

所述步驟四中，同軸紡絲針頭包括用于注射核層紡絲原液的內(nèi)針頭和用于注射殼層紡絲原液的外針頭，內(nèi)針頭的內(nèi)徑為0.1～2mm，外針頭的內(nèi)徑為0.4～2.7mm，核層注射速度為20～300μL/min，殼層注射速度為20～500μL/min。

所述步驟四中，同軸紡絲針頭將核層紡絲原液和殼層紡絲原液注入90～150℃的凝固浴中后，停留5～200s。

所述清洗采用洗滌劑，洗滌劑包括去離子水、異丙醇和乙醇中的一種或者多種按照任意比例配制。

所述除氣處理在真空度0.001～0.2Pa下進(jìn)行，持續(xù)10～30min。

一種基于碳納米材料的核殼結(jié)構(gòu)纖維，包括采用碳納米材料-硅橡膠復(fù)合材料的核層，核層外包裹有采用硅橡膠的殼層。