[發明專利]一種碳納米管-石墨烯導電纖維的制備方法

在審

• 申請號: 202110171887.0
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112981939A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 高勤;唐學堅;邢平星;張笑
• 申請（專利權）人: 新材料與產業技術北京研究院金華分院
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;D06M15/263;D06P1/52;D06P1/673
• 代理公司: 北京知呱呱知識產權代理有限公司 11577
• 代理人: 孫志一

本發明公開了一種碳納米管?石墨烯導電纖維的制備方法，所述碳納米管?石墨烯導電纖維的原材料包括纖維原絲、水性碳納米管分散液、水性石墨烯分散液、去離子水、陰離子型分散劑、丙烯酸酯類共聚物乳液和助劑；制備方法包括:配漿工序、整經和張力調節工序、上漿工序、熱風干燥工序、滾筒烘干工序和繞筒工序；其中，配漿工序為將去離子水、水性石墨烯分散液、陰離子型分散劑在第一攪拌條件下混合，然后再加入水性碳納米管分散液在第二攪拌條件下混合，得到混合物；對混合物進行研磨，得到研磨后的混合物；對研磨后的混合物添加丙烯酸酯類共聚物乳液和助劑并在第三攪拌條件下混合得到碳納米管?石墨烯染色漿料。

技術領域

本發明涉及纖維技術領域，具體涉及一種碳納米管-石墨烯導電纖維的制備方法。

背景技術

導電纖維是通過電子傳導和電暈放電而消除靜電的功能性纖維，通常是指在標準狀態下，電阻率小于10⁷Ω·cm的纖維即達到了導電纖維的要求，導電纖維制成的導電織物還具有優異的導電、導熱、屏蔽、吸收電磁波等功能，在各行各業都有廣泛的應用。根據導電纖維的組成成分的差異，可以分為金屬導電纖維，碳素導電纖維、有機高分子導電纖維和復合型導電纖維。

目前常用制造導電纖維方法有兩類。一類是通過導電粒子與聚合物共混制備導電母粒，導電母粒再與成纖聚合物混煉紡絲。這種方法獲得的纖維一般具有良好的拉伸強度并可以通過后續加工得到卷曲變形的導電長絲。但是，這種方法制造的導電纖維一般表面電阻率只能達到10⁴Ω·cm^-1。另一類是以浸染方式給纖維原絲表面涂層使不導電纖維具備導電能力，由于導電成分在纖維表面，這種方法會在一定程度上降低纖維的強度及柔韌性，但可以獲得優于第一類方法的表面導電能力，所以使纖維在電熱與傳感領域更具應用價值。

浸染所使用的染色漿料性能的優劣會嚴重影響導電纖維的導電導熱性能。纖維染色漿料一般含有導電粒子、水性樹脂、分散劑和助劑。常見導電粒子有金屬離子、炭黑、碳納米管；常見的水性樹脂有聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯樹脂，聚醚樹脂；常見的分散劑有陰離子型分散劑，非離子型分散劑；常見的助劑有穩定劑，黏膠、消泡劑、阻燃劑等。

在常見導電粒子中，用含碳納米管的染色漿料制備的導電纖維具有最高的導電能力10³Ω·cm^-1-10⁴Ω·cm^-1，但依然很少達到500Ω·cm^-1以內。碳納米管是一種只有數個到數十個納米長度的碳素材料，在1991年由日本的飯島澄男(Sumio Iijima)博士發現。由于碳納米管具有很好的物理化學性質，碳納米管分散液被廣泛用作導電添加劑、涂料及染料用來提高纖維材料的機械性能和導電能力。

石墨烯是一種片狀二維碳素材料，在2004年由英國曼徹斯特大學的安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)兩位教授成功制備。石墨烯具有優異的物理化學性能，是目前世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，也是目前世上電阻率最小的材料，常溫下其電子遷移率超過15000cm²/V·s，比碳納米管或硅晶體高，而電阻率只約10^-6Ω·cm，比銅或銀更低。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，通過將石墨烯作為導電添加劑添加到碳納米管染料中形成石墨烯與碳納米管“片-線”三維立體網絡導電結構可以染料的導電能力。

然而，石墨烯作為導電添加劑加入現有的碳納米管染料中，纖維浸染后易使表面上漿量不均勻，進而使纖維的纖度不均，導電性能不穩定。過量的石墨烯亦會使纖維表面導電涂層容易脆裂，使用后導電能力衰減很快。

發明內容

為此，本發明提供一種碳納米管-石墨烯導電纖維的制備方法，以解決現有技術中石墨烯作為導電添加劑加入現有的碳納米管染料中會使纖維原絲表面上漿量不均勻，導電性能不穩定，上漿后纖維纖度不均易脆裂的問題。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：