[發明專利]碳納米管纖維及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201811457302.6
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109763213A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 鄧飛
• 申請（專利權）人: 深圳烯灣科技有限公司
• 主分類號: D01F11/14
• 分類號: D01F11/14;D01F9/12;D03D15/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 潘霞

本發明涉及一種碳納米管纖維及其制備方法和應用。該制備方法包括如下步驟：在第一保護性氣體氛圍下，對聚合物和碳納米管陣列進行紫外光照射處理以進行接枝反應，得到改性碳納米管陣列，聚合物選自醛酮樹脂及環己酮衍生物中的至少一種，紫外光為照射波長為198nm～289nm的單色窄帶光，照射功率為20mW～30mW；將改性碳納米管陣列進行紡絲，得到改性纖維；在改性纖維上設置增強體，并在第二保護性氣體氛圍下于80℃～100℃下反應，得到碳納米管纖維，增強體選自環氧樹脂及酚醛樹脂中的至少一種。上述制備方法得到的碳納米管纖維能夠用于制作兼具耐磨性和彈性的布料。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，特別是涉及一種碳納米管纖維及其制備方法和應用。

背景技術

碳納米管纖維由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳納米管纖維具有高強度及質量輕的特性，廣泛應用于機械制造、醫療衛生、高效防護、精細過濾及農業等領域。纖維布又稱碳素纖維布，在國際上被譽為“黑色黃金”，它繼石器和鋼鐵等金屬后，被國際上稱之為“第三代材料”。然而，傳統的碳納米管纖維制成的布料耐磨性較差，且彈性較低，嚴重限制布料的使用。

發明內容

基于此，有必要提供一種碳納米管纖維的制備方法，該制備方法得到的碳納米管纖維能夠用于制作兼具耐磨性和彈性的布料。

此外，還提供一種碳納米管纖維及其制備方法和應用。

一種碳納米管纖維的制備方法，包括如下步驟：

在第一保護性氣體氛圍下，對聚合物和碳納米管陣列進行紫外光照射處理以進行接枝反應，得到改性碳納米管陣列，所述聚合物選自醛酮樹脂及環己酮衍生物中的至少一種，所述環己酮衍生物的結構式如下：所述n為大于12的整數；所述紫外光為照射波長為198nm～289nm的單色窄帶光，照射功率為20mW～30mW；

將所述改性碳納米管陣列進行紡絲，得到改性纖維；及

在所述改性纖維上設置增強體，并在第二保護性氣體氛圍下于80℃～100℃下反應，得到碳納米管纖維，所述增強體選自環氧樹脂及酚醛樹脂中的至少一種。

上述碳納米管纖維的制備方法，通過紫外光照射，并設定紫外光為照射波長為198nm～289nm的單色窄帶光，照射功率為20mW～30mW，使得聚合物接枝于碳納米管陣列上，聚合物選自醛酮樹脂及環己酮衍生物中的至少一種，環己酮衍生物的結構式如下：n為大于12的整數，提高碳納米管陣列的彈性；通過在改性碳納米管纖維上設置增強體，增強體選自環氧樹脂及酚醛樹脂中的至少一種，增強體能夠與聚合物中的羰基形成氫鍵，以于碳納米管纖維上形成保護膜，提高碳納米管纖維的耐磨性，以使制成的碳納米管纖維能夠用于制作具有較高彈性和耐磨性的布料。經試驗驗證，采用上述制備方法得到的碳納米管纖維制成的布料的伸長率為4.1％～5.2％，有效磨耗次數為2.03×10⁴次～2.7×10⁴次，能夠應用于對彈性和耐磨性要求較高的產品中。

在其中一個實施例中，所述在第一保護性氣體氛圍下，對聚合物和碳納米管陣列進行紫外光照射處理以進行接枝反應的步驟之前，還包括制備所述碳納米管陣列的步驟：

在第一基底上形成催化劑層，所述催化劑選自鈷及鎳中的至少一種；

在第三保護性氣體氛圍下，將形成有所述催化劑層的所述第一基底升溫至650℃～750℃后，通入碳源氣體反應，得到所述碳納米管陣列，所述碳源氣體包括乙烯與己烷，所述乙烯與所述己烷的氣體分壓比為3:2～4:1。

在其中一個實施例中，所述催化劑由鎳和鈷組成，且所述鎳和所述鈷的質量比為0.8:1～1.2:1。