專利名稱：一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬復(fù)合導(dǎo)電纖維及其制備領(lǐng)域，特別是涉及一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電纖維是一種重要的差別化纖維品種，其電導(dǎo)率大于KT8Q4cm S用途非常廣泛，除通常用于抗靜電紡織品外，導(dǎo)電纖維高含量的紡織品還具有防爆和屏蔽微波的特性， 也是一種能潛在用于柔性超級電容器的新型材料。將很少量的導(dǎo)電纖維混入合成纖維中即可解決紡織加工中的靜電問題；導(dǎo)電纖維還可用作半導(dǎo)體工業(yè)、電子精密工業(yè)、醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)等領(lǐng)域的防塵、抗靜電工作服或多功能傳感器件。用導(dǎo)電纖維制成的抗靜電織物能降低化學(xué)纖維所帶的靜電給加油站、油庫等特殊場合帶來的安全生產(chǎn)威脅，減小化學(xué)纖維服裝對人體健康帶來的不利影響。導(dǎo)電纖維的制備通常采用向聚合物基體中添加導(dǎo)電組分，如金屬、金屬氧化物、 碳系材料和本征導(dǎo)電高分子來實現(xiàn)。如添加法，即向聚合物基體中添加導(dǎo)電組分，再紡絲制成導(dǎo)電纖維；后處理法(或表面涂覆法)，即在纖維后處理過程中，利用溶脹或涂覆等手段，將導(dǎo)電組分，或含有導(dǎo)電組分的漿液粘附到纖維表面。本征導(dǎo)電高分子能賦予導(dǎo)電纖維更有趣的功能，如電磁屏蔽、防腐、儲能、吸附等。公開號為CN 1450210A的專利公開了將有機磺酸摻雜的可溶性聚苯胺與聚丙烯腈共同溶解在混合溶劑中，采用濕法紡絲技術(shù)將混合溶液紡絲成型；公開號為CN 1316554A的專利采用濕法紡絲技術(shù)將聚苯胺和聚酰胺及摻雜劑共混溶液擠入凝固浴中，經(jīng)拉伸后制得導(dǎo)電纖維；公開號為CN 1749476A的專利報道了對聚酯、粘膠或羊毛用氧化劑進行預(yù)處理，再在其表面連續(xù)涂覆本征導(dǎo)電單體的方法；公開號為CN 1155167A的專利公開了一種含有平行排列的導(dǎo)電纖維的電化學(xué)沉積法合成的聚噻吩薄膜，此復(fù)合薄膜可用作充電鋰電池的正極。公開號為CN 1161980A的專利描述了通過聚吡咯涂層而呈現(xiàn)導(dǎo)電纖維素微纖，及其以膠體分散形式的制備方法，并將其摻入聚合物膠乳中以生成復(fù)合材料；公開號為CN 101070672A的專利公開了一種超疏水導(dǎo)電纖維、 織物的制備方法，包括在利用導(dǎo)電聚合物化學(xué)氧化原位聚合方法在纖維或織物表面包覆導(dǎo)電聚合物層，該導(dǎo)電聚合物層的存在使纖維或織物具備了超疏水的性質(zhì)，具有了自清潔能力。公開號為CN 101250742A的專利公開了一種利用電勢差在導(dǎo)電纖維織物表面吸附碳納米管，并利用碳納米管來提高導(dǎo)電纖維復(fù)合材料界面性能的方法。對于含有本征導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電纖維而言，共混物直接紡絲法中，導(dǎo)電高分子顆粒添加量較高，導(dǎo)致共混紡絲過程困難，纖維的力學(xué)性能出現(xiàn)大幅度下降，同時在分散與紡絲過程中采用強剪切力還會破壞導(dǎo)電聚合物的結(jié)構(gòu)，使復(fù)合纖維導(dǎo)電性能大幅度降低。后處理涂覆法得到的復(fù)合纖維的導(dǎo)電涂層在洗滌與摩擦中容易脫落，還會使普通纖維失去了原有的良好力學(xué)性能，難以進一步編織成織物，而且其偏低的電導(dǎo)率限制了它的應(yīng)用范圍， 特別是在聚合物基體對本征導(dǎo)電高分子的包埋會使其喪失其特有的電學(xué)性能，如儲能特性，吸附能力。如何使本征導(dǎo)電高分子與合成纖維發(fā)生協(xié)同作用，使所得的導(dǎo)電纖維體系既
3能獲得較高電導(dǎo)率、又能保持纖維原有的良好力學(xué)性能，并能同時使復(fù)合的本征導(dǎo)電聚合物發(fā)揮其特有的儲能特性，一直是研究人員亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維及其制備方法，本發(fā)明的導(dǎo)電纖維導(dǎo)電效果好、彈性高、手感柔軟；該制備工藝簡單，設(shè)備投入成本低廉，適合于規(guī)模化生產(chǎn)及應(yīng)用。本發(fā)明的一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維，該纖維的芯層為聚氨酯纖維，中間層為碳納米管，外層為本征導(dǎo)電聚合物，并具有同軸結(jié)構(gòu)；其中各組分重量配比為聚氨酯纖維 70 98份，碳納米管1 10份，本征導(dǎo)電聚合物1 20份。本發(fā)明的一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，包括(1)聚氨酯纖維的預(yù)處理采用乙醚在室溫條件下對聚氨酯纖維進行預(yù)處理，處理時間為5 30分鐘，取出后清洗、干燥，得預(yù)處理后的聚氨酯纖維；(2)制備碳納米管/聚氨酯二元復(fù)合纖維將上述的預(yù)處理后的聚氨酯纖維浸入含有碳納米管的有機溶劑反應(yīng)浴中處理1 10分鐘，利用纖維溶脹后形成的疏松結(jié)構(gòu)，使碳納米管嵌入到聚氨酯纖維表層，形成碳納米管中間層，得到碳納米管/聚氨酯二元復(fù)合纖維；(3)制備本征導(dǎo)電聚合物/碳納米管/聚氨酯三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維將上述的碳納米管/聚氨酯二元復(fù)合纖維浸入本征導(dǎo)電聚合單體溶液中，浸潤時間為1 2小時，再滴加含有摻雜劑的氧化劑溶液，滴加速度為0. 5 1. 5mL/min，體系于冰水浴中反應(yīng)5 7 小時，再在2 10°C下反應(yīng)3 5小時后取出清洗、干燥，即得三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維。上述步驟O)中所述的碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管的一種或幾種， 直徑為0. 4 60nm，長度為1 15 μ m。上述步驟⑵中所述的有機溶劑是指四氫呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中的一種或幾種。上述步驟(3)中所述的本征導(dǎo)電聚合物單體為苯胺或吡咯，摻雜劑為鹽酸溶液或氯化鈉溶液，氧化劑為過硫酸銨或六水合三氧化鐵。上述步驟(3)中所述的本征導(dǎo)電聚合物單體為苯胺時，單體溶液優(yōu)選苯胺的鹽酸溶液，其中單體濃度為0. 1 lmol/L，鹽酸的濃度為lmol/L。上述步驟(3)中所述的本征導(dǎo)電聚合物單體為苯胺時，氧化劑優(yōu)選過硫酸銨的鹽酸溶液，摻雜劑優(yōu)選lmol/L的鹽酸溶液，氧化劑濃度為0. 1 1. 25mol/L。上述步驟(3)中所述的本征導(dǎo)電聚合物單體為吡咯時，單體溶液優(yōu)選吡咯的氯化鈉溶液，其中單體濃度為0. 1 lmol/L，氯化鈉的濃度為0. 3mol/L。上述步驟(3)中所述的本征導(dǎo)電聚合物單體為吡咯時，氧化劑優(yōu)選六水合三氯化鐵(FeCl3 ·6Η20)的氯化鈉溶液，摻雜劑優(yōu)選0. 3mol/L的氯化鈉溶液，氧化劑濃度為0. 2 3mol/L。上述步驟(3)中所得的三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維體積電導(dǎo)率范圍為10_4
IO2Q-1 · CnT1。本發(fā)明的三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維包括導(dǎo)電粒子包覆層和彈性聚合物纖維芯層，中
4間層為碳納米管，碳納米管能增加外層本征導(dǎo)電聚合物與聚氨酯纖維基體間的相互作用力。該三元復(fù)合導(dǎo)電纖維可有效用作抗靜電，電磁屏蔽及可編織的柔性吸附材料，超級電容器材料等。有益效果(1)本發(fā)明所得的導(dǎo)電復(fù)合纖維導(dǎo)電效果好、彈性高、手感柔軟；(2)本發(fā)明制備工藝簡單，設(shè)備投入成本低廉，適合于規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用；(3)本發(fā)明公開的三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維除可用于抗靜電，電磁屏蔽材料外，還適用于可編織的柔性超級電容器材料等其他多個特殊領(lǐng)域。


圖1預(yù)處理后的聚氨酯纖維表面的掃描電鏡圖。圖2碳納米管/聚氨酯二元復(fù)合纖維表面的掃描電鏡圖。圖3聚苯胺/碳納米管/聚氨酯三元同軸復(fù)合纖維表面的掃描電鏡圖。圖4本征導(dǎo)電聚合物/碳納米管/聚氨酯三元同軸復(fù)合纖維示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例1將聚氨酯纖維在乙醚中處理5分鐘，并干燥，將此聚氨酯纖維在含碳納米管(單壁碳納米管，直徑0. 4nm，長度1 μ m)的四氫呋喃處理液中處理1分鐘；將處理后的纖維置于苯胺的鹽酸溶液(鹽酸濃度為1M)中浸潤lh，苯胺濃度為0. lmol/L ；再向此溶液中滴加過硫酸銨鹽酸溶液(過硫酸銨濃度為0. lmol/L)，滴加速度為0. 5ml/min，體系在冰水浴中反應(yīng)證后，在2°C下繼續(xù)反應(yīng)證，將纖維取出清洗，即得聚苯胺/碳納米管/聚氨酯三元復(fù)合纖維，其中各組分的重量配比為聚苯胺1份，碳納米管1份，聚氨酯98份；該聚苯胺/碳納米管/聚氨酯三元復(fù)合纖維導(dǎo)電率為IO-4Q-1 · cm1。實施例2將聚氨酯纖維在乙醚中處理30分鐘，并干燥，將此聚氨酯纖維在含碳納米管(多壁碳納米管，直徑60nm，長度15 μ m)的二甲亞砜處理液中處理10分鐘；將處理后的纖維置于苯胺的鹽酸溶液(鹽酸濃度為1M)中浸潤2h，苯胺濃度為lmol/L ；再向此溶液中滴加過硫酸銨鹽酸溶液(過硫酸銨濃度為1. 25mol/L)，滴加速度為lml/min，體系在冰水浴中反應(yīng) 6h后，在4°C下繼續(xù)反應(yīng)4h，將纖維取出清洗，即得聚苯胺/碳納米管/聚氨酯三元復(fù)合纖維，其中各組分的重量配比為聚苯胺20份，碳納米管10份，聚氨酯70份；該聚苯胺/碳納米管/聚氨酯三元復(fù)合纖維導(dǎo)電率為IO2Q-1 · cm1。實施例3將聚氨酯纖維依次在乙醚中處理5分鐘，并干燥，將此聚氨酯纖維在含碳納米管 (單壁碳納米管，直徑20nm，長度5μπι)的二甲基乙酰胺處理液中處理1分鐘；將處理后的纖維置于吡咯的氯化鈉溶液中(氯化鈉溶液濃度為0. 3M)中浸潤lh，吡咯濃度為0. Imol/ L ；再向此溶液中滴加三氯化鐵氯化鈉溶液(三氯化鐵濃度為0. 2mol/L)，滴加速度為 1.5ml/min，體系在冰水浴中反應(yīng)幾后，在10°C下繼續(xù)反應(yīng)池，將纖維取出清洗，即得聚吡咯碳納米管/聚氨酯三元復(fù)合纖維，其中各組分的重量配比為聚吡咯5份，碳納米管5份， 聚氨酯80份；該聚吡咯/碳納米管/聚氨酯三元復(fù)合纖維導(dǎo)電率為IO-4Q-1 · cm、實施例4將聚氨酯纖維在乙醚中處理30分鐘，并干燥，將此聚氨酯纖維在含碳納米管(多壁碳納米管，直徑40nm，長度8 μ m)的二甲基甲酰胺處理液中處理10分鐘；將處理后的纖維置于吡咯的氯化鈉溶液中(氯化鈉溶液濃度為0.3 M)中浸潤池，吡咯濃度為lmol/L; 再向此溶液中滴加六水合三氯化鐵的氯化鈉溶液(三氯化鐵濃度為3mol/L)，滴加速度為 lml/min,體系在冰水浴中反應(yīng)Mi后，在4°C下繼續(xù)反應(yīng)4h，將纖維取出清洗，即得聚吡咯碳納米管/聚氨酯三元復(fù)合纖維，其中各組分的重量配比為聚吡咯20份，碳納米管10份，聚氨酯70份；該聚吡咯/碳納米管/聚氨酯三元復(fù)合纖維導(dǎo)電率為IO2Q-1 · cm i。
權(quán)利要求
1.一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維，該纖維的芯層為聚氨酯纖維，中間層為碳納米管，外層為本征導(dǎo)電聚合物，并具有同軸結(jié)構(gòu)；其中各組分重量配比為聚氨酯纖維70 98份，碳納米管1 10份，本征導(dǎo)電聚合物1 20份。
2.—種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，包括(1)用乙醚在室溫條件下對聚氨酯纖維進行預(yù)處理，處理時間為5 30分鐘，取出后清洗、干燥，得預(yù)處理后的聚氨酯纖維；(2)將上述的預(yù)處理后的聚氨酯纖維浸入含有碳納米管的有機溶劑反應(yīng)浴中處理1 10分鐘，使碳納米管嵌入到聚氨酯纖維表層形成碳納米管中間層，得到碳納米管/聚氨酯二元復(fù)合纖維；(3)將上述的碳納米管/聚氨酯二元復(fù)合纖維浸入本征導(dǎo)電聚合單體溶液中，浸潤時間為1 2小時，再滴加含有摻雜劑的氧化劑溶液，滴加速度為0. 5 1. 5mL/min,體系于冰水浴中反應(yīng)5 7小時，再在2 10°C下反應(yīng)3 5小時后取出清洗、干燥，即得三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其特征在于步驟 (2)中所述的碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管的一種或幾種，直徑為0. 4 60nm， 長度為1 15 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的有機溶劑是指四氫呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的本征導(dǎo)電聚合物單體為苯胺或吡咯，摻雜劑為鹽酸溶液或氯化鈉溶液，氧化劑為過硫酸銨或六水合三氧化鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其特征在于 步驟(3)中所述的本征導(dǎo)電聚合物單體為苯胺時，單體溶液為苯胺的鹽酸溶液，其中單體濃度為0. 1 lmol/L，鹽酸的濃度為lmol/L ；本征導(dǎo)電聚合物單體為吡咯時，單體溶液為吡咯的氯化鈉溶液，其中單體濃度為0. 1 lmol/L，氯化鈉的濃度為0. 3mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其特征在于 步驟(3)中所述的本征導(dǎo)電聚合物單體為苯胺時，氧化劑為過硫酸銨的鹽酸溶液，摻雜劑為lmol/L的鹽酸溶液，氧化劑濃度為0. 1 1. 25mol/L ；本征導(dǎo)電聚合物單體為吡咯時，氧化劑為六水合三氯化鐵!^Cl3 ·6Η20的氯化鈉溶液，摻雜劑為0. 3mol/L的氯化鈉溶液，氧化劑濃度為0. 2 3mol/L。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維的制備方法，其特征在于步驟 ⑶中所得的三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維體積電導(dǎo)率范圍為10_4 IO2Q-1 · cm1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三元同軸復(fù)合導(dǎo)電纖維及其制備方法，該纖維的芯層為聚氨酯纖維，中間層為碳納米管，外層為本征導(dǎo)電聚合物，并具有同軸結(jié)構(gòu)；該纖維的制備方法，包括(1)制備預(yù)處理后的聚氨酯纖維；(2)將上述的預(yù)處理后的聚氨酯纖維浸入含有碳納米管的有機溶劑反應(yīng)浴中處理，得到碳納米管/聚氨酯二元復(fù)合纖維；(3)將上述的碳納米管/聚氨酯二元復(fù)合纖維浸入本征導(dǎo)電聚合單體溶液中，再滴加氧化劑溶液，反應(yīng)完全后取出清洗、干燥，即得。本發(fā)明的導(dǎo)電復(fù)合纖維導(dǎo)電效果好、彈性高、手感柔軟；制備工藝簡單，設(shè)備投入成本低廉，適合于規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用。
文檔編號D06M13/165GK102199871SQ20111007596
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者張曉琳, 武永濤, 秦宗益, 范青青 申請人:東華大學(xué)