[發明專利]一種利用靜電紡絲制備納米碳纖維絲束的方法

有效

• 申請號: 201710924331.8
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107503000B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 黃濤;俞昊;俞彬;楊通輝;朱美芳
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22;D01D5/00;D01D5/14
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 黃志達;魏峯

本發明涉及一種利用靜電紡絲制備納米碳纖維絲束的方法，制備過程是將聚丙烯腈溶解在良溶劑中，得到紡絲溶液，將紡絲溶液進行靜電紡絲，采用水浴集束接收裝置，所得絲網經導絲器和卷繞裝置收集，后牽伸，烘干，預交聯，碳化得到納米碳纖維絲束。本發明的方法簡單，易操作，可連續化生產，具有良好的應用前景；制備得到的納米碳纖維絲束具有良好的導電性和柔性，表面結構可控，可編織，廣泛應用于傳感器、導電織物、柔性電極材料等可穿戴電子產品領域。

技術領域

本發明屬于納米碳纖維領域，特別涉及一種利用靜電紡絲制備納米碳纖維絲束的方法。

背景技術

在如今電子產品風靡全球的背景下，柔性可穿戴設備越來越受到廣大消費者的青睞。而現在電子產品中普遍使用的傳感器，儲能單元中的電極等都是硬性材料，如何使其柔性化是目前可穿戴設備發展所面臨的挑戰之一。

靜電紡納米纖維的質量輕，超強的柔順性，滿足可穿戴性要求等特點，使得其成為制備柔性器件的良好途徑。納米級的碳纖維絲束具有較高的比表面積，非常高的取向度，強度高，導電性佳等優點，使得其能用于制備柔性的傳感器，纖維基鋰離子電池，纖維基超級電容器等柔性儲能器件，由于其可編織的特點，也可用于制備智能服裝。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種利用靜電紡絲制備納米碳纖維絲束的方法，該方法簡單，易于操作，可連續化生產，制備得到的納米碳纖維絲束廣泛應用于傳感器、導電織物、柔性電極材料等可穿戴電子產品領域。

本發明的一種利用靜電紡絲制備納米碳纖維絲束的方法，包括：

(1)將聚丙烯腈溶解在良溶劑中形成溶液，得到紡絲溶液，靜電紡絲，采用水浴集束接收裝置，所得絲網經導絲器和卷繞裝置收集，得到聚丙烯腈納米絲束，其中聚丙烯腈溶液的濃度為8wt％～16wt％；

(2)將步驟(1)中聚丙烯腈納米絲束進行后牽伸，得到牽伸后的聚丙烯腈納米絲束；

(3)將步驟(2)中牽伸后的聚丙烯腈納米絲束烘干，預交聯，在惰性氣體中碳化，得到納米碳纖維絲束。

所述步驟(1)中良溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中一種或幾種。

所述步驟(1)中靜電紡絲的工藝參數為：紡絲電壓為5～30KV，推進速率為0.05ml/h～5ml/h，接收距離為5～30cm。

所述步驟(1)中導絲器橫向移動，移動速度為2～14cm/min；卷繞裝置卷繞速度為5～100m/min。

所述步驟(2)中將步驟(1)中聚丙烯腈納米絲束進行后牽伸是在沸水浴中進行，沸水浴長度為不小于1m。

所述步驟(2)中后牽伸的牽伸比為1～7，牽伸比由第一道棍和第二道輥的速度比控制。

所述步驟(3)中烘干的溫度為50～100℃。

所述步驟(3)中預交聯為電子束輻照交聯、γ射線輻照交聯、微波交聯、熱交聯中的一種或幾種。

所述步驟(3)中惰性氣體為氮氣、氦氣、氬氣中的一種或幾種，惰性氣體為超高純惰性氣體。

所述步驟(3)碳化溫度為900～1400℃，升溫速率為1～10℃/min，碳化時間為15～60min。

本發明的一種利用靜電紡絲制備納米碳纖維絲束的方法，該方法通過調控適宜的聚丙烯腈溶液濃度，經流體輔助靜電紡絲工藝制備高取向結構的納米紗線，再將所得紗線進行后牽伸，最后在惰性氣氛下高溫碳化，從而制得納米碳纖維絲束。

有益效果

(1)本發明的方法簡單，易操作，可連續化生產，具有良好的應用前景；