[發明專利]一種多功能碳納米管復合紗線的制備方法

在審

• 申請號: 201711323447.2
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108049166A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 許福軍;徐思悅;李維;高揚;應芷欣;王志勇;吳建花
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D06M11/50
• 分類號: D06M11/50;D06M15/333;D06M15/263;D06M11/64;D06M11/54;D06M15/55;D06M11/74
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;吳小麗

本發明提供了一種多功能碳納米管復合紗線的制備方法，首先將碳納米管紗線放入膨松劑、相容劑和樹脂基體的混合溶液中，靜置；當混合溶液中的膨松劑滲入碳納米管紗線內部后，會分解產生微氣泡，產生微爆破作用，使得碳納米管紗線的結構逐漸疏松，同時起到除雜作用；并使樹脂基體分子或者納米顆粒進入紗線內部，形成初步的碳納米管復合紗線；再將初步的碳納米管復合紗線加熱烘干，通過混合溶液蒸發過程中產生的芯吸力，使初步的碳納米管復合紗線結構緊實并固化，制備得到多功能碳納米管復合紗線。本發明方法簡單易行，成本低，可以實現產業化；所制備的復合紗線在智能紗線、線狀電極和智能織物等領域具有重要的應用。

技術領域

本發明涉及一種多功能碳納米管復合紗線的制備方法。

背景技術

碳納米管是一種具有特殊碳六元環結構的一維量子材料，徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，具有優異的的力學、電學和熱學性能。隨著納米技術的發展，應用化學氣相沉積法等手段，碳納米管可以直接制備成紗線。碳納米管紗線繼承了碳納米管的優異性能。碳納米管紗線可以織造或者組成各種結構的工程及應用材料，具有非常廣泛的應用前景。

然而，由于碳納米管紗線中的孔隙尺寸很小，表面沒有活動官能團，熱塑性的大分子樹脂幾乎無法進入其內部，限制了碳納米管集合體復合材料的制作與應用。例如專利CN101462391 A以及專利號CN 104371129 A中所述的碳納米管復合材料的制作方法，其用到的樹脂就是熱固性小分子環氧樹脂，而對于大分子樹脂就無法浸入，這就限制了碳納米管復合材料的發展。

而恰恰熱塑性復合材料可以回收利用，具有較大的環保、經濟優勢，如何使碳納米管紗線和大分子樹脂共同制成復合材料成為了當下的熱門研究方向。

發明內容

本發明要解決的技術問題是如何使碳納米管紗線和大分子樹脂共同制成復合材料。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種多功能碳納米管復合紗線的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：將碳納米管紗線放入膨松劑、相容劑和樹脂基體的混合溶液中，靜置；當混合溶液中的膨松劑滲入碳納米管紗線內部后，會分解產生微氣泡，產生微爆破作用，使得碳納米管紗線的結構逐漸疏松，同時起到除雜作用；并使樹脂基體分子或者納米顆粒進入紗線內部，形成初步的碳納米管復合紗線；

步驟2：將步驟1中獲得的初步的碳納米管復合紗線加熱烘干，通過混合溶液蒸發過程中產生的芯吸力，使初步的碳納米管復合紗線結構緊實并固化，制備得到多功能碳納米管復合紗線。

優選地，所述步驟1中，碳納米管紗線的形式為單壁碳納米管、多壁碳納米管或者單壁碳納米管與多壁碳納米管的組合紗線；碳納米管紗線為導體、半導體或者導體與半導體的組合體。

優選地，所述步驟1中，碳納米管紗線的制備方法為浮動催化化學氣相生長法或碳納米管陣列直接拉膜法。

優選地，所述步驟1中，相容劑為與碳納米管紗線互溶的溶液；所述與碳納米管紗線互溶的溶液為乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液。

優選地，所述步驟1中，膨松劑為質量百分比濃度10％～70％的過氧化氫溶液，或質量百分比濃度10％的稀硝酸溶液和亞硫酸鈉的混合液。

更優選地，所述質量百分比濃度10％的稀硝酸溶液和亞硫酸鈉的混合液中，稀硝酸溶液和亞硫酸鈉的重量比為20∶1。

優選地，所述步驟1中，樹脂基體為聚乙烯醇溶液，或溶于酒精或者丙酮的樹脂聚合物。

更優選地，所述溶于酒精或者丙酮的樹脂聚合物為環氧樹脂或不飽和聚酯。

優選地，所述步驟1中，相容劑有助于進入碳納米管紗線內部；膨松劑用于產生微氣泡；因此相容劑和膨松劑的混合溶液能夠進入碳納米管紗線內部并產生微氣泡，實現碳納米管紗線的間隙調控，相容劑和膨松劑二者缺一不可。