[發明專利]碳納米管纖維及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201811500314.2
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109680367A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 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: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12;D01F11/14;C08G83/00
• 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，對改性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，改性物選自乙烯基吡啶?苯乙烯?丁二烯嵌段共聚物及苯乙烯?異戊二烯?丁二烯嵌段共聚物中的至少一種；將改性碳納米管陣列進行紡絲，得到改性纖維；及在改性纖維上設置前驅體，并在第二保護性氣體氛圍下于150℃～300℃下反應，得到碳納米管纖維，前驅體選自雙(2,3?環氧基環戊基)醚、三苯基縮水甘油醚基甲烷、聚丙二醇二縮水甘油醚及聚乙二醇二縮水甘油醚的至少一種。上述制備方法得到的碳納米管纖維兼具較好的彈性和較高的拉伸強度。

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

納米纖維具有加高的比表面積、較大的長徑比、較高的表面活性，在紡織、包裝、生物材料及醫療與衛生健康等領域具有非常廣闊的應用前景。尤其是在紡織行業，納米纖維被用于制作各種防護服及功能性布料。其中，碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能，逐漸被用于制備布料纖維。然而，傳統的碳納米管制成的納米纖維的彈性和拉伸強度較差，不能滿足實際需求。

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的兼具較好的彈性和較高的拉伸強度。

此外，還提供一種碳納米管纖維及其應用。

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，對改性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，所述改性物選自乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物及苯乙烯-異戊二烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一種；

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前驅體，并在第二保護性氣體氛圍下于150℃～300℃下反應，得到碳納米管纖維，所述前驅體選自雙(2,3-環氧基環戊基)醚、三苯基縮水甘油醚基甲烷、聚丙二醇二縮水甘油醚及聚乙二醇二縮水甘油醚的至少一種。

上述碳納米管纖維的制備方法，采用紫外光照射將改性物接枝于碳納米管陣列的上，改性物選自乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物及苯乙烯-異戊二烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一種，由于改性物具有與環氧基親和的鏈段及與環氧基疏離的鏈段，使得改性物能夠自組裝形成球形膠，以提高碳納米管纖維的彈性，通過在改性纖維上設置前驅體，前驅體選自雙(2,3-環氧基環戊基)醚、三苯基縮水甘油醚基甲烷、聚丙二醇二縮水甘油醚及聚乙二醇二縮水甘油醚的至少一種，改性物中與環氧基親和的鏈段能夠在分子間作用力的驅動下于前驅體結合，并包裹與環氧基疏離的鏈段，以得到具有較高拉伸強度的碳納米管纖維。經試驗驗證，上述制備方法得到的碳納米管纖維的伸長率為3.0％～4.7％，拉伸強度為7.0GPa～8.5GPa，兼具較好的彈性和較高的拉伸強度。

在其中一個實施例中，所述對改性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；及

在第三保護性氣體氛圍下，將形成所述催化劑層的所述第一基底升溫至700℃～900℃后，再通入碳源氣體反應，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2:1～4:1。

在其中一個實施例中，所述碳源氣體的流速為8mL/min～12mL/min，通入所述碳源氣體進行反應的時間為10min～25min。

在其中一個實施例中，所述乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中，所述乙烯基吡啶鏈段、所述苯乙烯鏈段與所述丁二烯鏈段的摩爾比為1：3：3～1：1：1；及/或，