[發明專利]碳納米管/導電聚合物復合纖維、其連續制備方法及系統

有效

• 申請號: 202011161732.0
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112410924B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 吳昆杰;董仕軒;勇振中;張永毅;李清文
• 申請（專利權）人: 江西省納米技術研究院
• 主分類號: D01F6/94
• 分類號: D01F6/94;D01F1/09;C08G73/06;D01D13/00;D01D1/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種碳納米管/導電聚合物復合纖維、其連續制備方法及系統。所述制備方法包括：采用浮動催化CVD法，使碳源經催化生長反應生成碳納米管氣凝膠；使碳納米管氣凝膠與導電聚合物單體水溶液接觸，使導電聚合物單體均勻滲透進入碳納米管間隙，同時使碳納米管氣凝膠在溶液表面張力作用下進行收縮，制得碳納米管/導電聚合物單體復合纖維；以及，在氧化劑的作用下，使碳納米管/導電聚合物單體復合纖維中的導電聚合物單體聚合生成導電聚合物，從而獲得碳納米管/導電聚合物復合纖維。本發明提供的復合纖維中聚吡咯的分布更為均勻、導電性能更高；同時本發明中碳納米管纖維的制備與聚吡咯的復合過程可連續進行，簡化了工藝流程。

技術領域

本發明屬于纖維合成技術領域，本發明涉及一種碳納米管/導電聚合物復合纖維、其連續制備方法及系統，特別涉及一種基于浮動催化CVD法連續制備碳納米管/導電聚合物復合纖維、其連續制備方法及系統。

背景技術

碳納米管具有輕質、高強度、高導電、高熱穩定性等優良特性，使其成為替代傳統金屬的一種極具潛力的新型導電材料。由于碳納米管內部電子彈道輸運特性，碳納米管本身的電阻很小，因而在碳納米管纖維、薄膜等導電體中，電阻主要來源于相鄰碳管間的界面電阻。

現有碳納米管/導電聚合物復合纖維的制備方法，采用先將預制碳納米管纖維浸泡單體溶液，再進行聚合反應的方式(例如：Ryu?et?al.,Adv.Mater.,2015,27,3250-3255；Chen?et?al.,J.Mater.Chem.A,2013,1,2211–2216)，由于預制碳納米管纖維中，碳納米管間或管束間存在著大量的納米到微米尺度的間隙/孔洞，加之碳納米管對常用溶劑的浸潤性較差，使得單體溶液很難進入這些間隙中，從而造成后續聚合形成的導電聚合物在纖維中的分布不均勻，影響碳納米管/導電聚合物復合纖維導電性能的提升效果；另外，現有技術中碳納米管纖維的制備和碳納米管/導電聚合物復合纖維的制備這兩個過程獨立進行，工藝復雜度較高。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種碳納米管/導電聚合物復合纖維、其連續制備方法及系統，以克服現有技術的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種碳納米管/導電聚合物復合纖維的連續制備方法，其包括：

采用浮動催化CVD法，使碳源經催化生長反應生成碳納米管氣凝膠；

使所述碳納米管氣凝膠與導電聚合物單體水溶液接觸，從而使所述導電聚合物單體均勻滲透進入碳納米管間隙，同時使所述碳納米管氣凝膠在溶液表面張力作用下進行收縮，制得碳納米管/導電聚合物單體復合纖維；

在氧化劑的作用下，使所述碳納米管/導電聚合物單體復合纖維中的導電聚合物單體發生氧化聚合反應生成導電聚合物，從而獲得碳納米管/導電聚合物復合纖維。

本發明實施例還提供了由前述方法制備的碳納米管/導電聚合物復合纖維。

本發明實施例還提供了一種碳納米管/導電聚合物復合纖維的連續制備系統，其包括：

碳納米管氣凝膠制備裝置，其至少包括反應腔室，至少用以使碳源、催化劑催化生長反應生成碳納米管氣凝膠；

纖維制備裝置，其至少用以使碳納米管氣凝膠與導電聚合物單體水溶液接觸，并進行液致收縮，制得碳納米管/導電聚合物單體復合纖維；

聚合裝置，其至少用以使所述碳納米管/導電聚合物單體復合纖維中的導電聚合物單體發生氧化聚合反應生成導電聚合物，獲得碳納米管/導電聚合物復合纖維；以及，

收集裝置，其至少用以收集生成的碳納米管/導電聚合物復合纖維。