本發明專利技術公開了一種高彈性導電纖維，包括以下原料：碳納米管、離子液體和高彈性聚合物，其中所述碳納米管與所述高彈性聚合物的重量比為1∶8～20；所述碳納米管與所述離子液體的重量比為4～6∶1。本發明專利技術還公開了一種高彈性導電纖維的制備方法。本發明專利技術的高彈性導電纖維既具有碳納米管的高導電性，還具有聚合物纖維的力學性能。此外，該高彈性導電纖維可單軸拉伸至100％而無顯著的電性能變化。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及導電聚合物領域，尤其涉及一種高彈性導電纖維，以及其制備方法。
技術介紹
隨著電子器件的大型化和輕便化，高彈性導電聚合物的研究引起了人們的廣泛關注，有望成為傳統的金屬導電材料的更新換代產品。其可用于制備面積較大的太陽能電池、傳感器、電激發器以及其他新型的柔性電子產品。與傳統的金屬導電材料相比較，高彈性導電聚合物具有可拉伸、折疊以及可變成任意復雜的曲線形狀等多方面的優點，可應用在任意曲面，以及面積較大的電子產品的活動部件上。目前導電聚合物的制備方法主要包括以下三種I、后處理方法，S卩，使用導電材料處理聚合物，使導電材料附著在聚合物薄膜或纖維的表面，以賦予聚合物導電性。后處理方法有主要有三種(I)利用粘合劑將導電成分涂敷黏附在聚合物表面；(2)通過化學或電化學方法將本征導電高聚物沉積在聚合物表面；(3)利用真空噴涂或者電鍍使金屬微粉沉積在聚合物表面。這其中方法(I)是最為傳統的涂覆方法，其步驟一般包括將粘合劑用適當的溶劑稀釋，之后將導電成分分散于其中，以配制成涂覆液，然后將其涂覆于纖維表面，當溶劑揮發且粘合劑固化后，導電成分依靠粘合劑粘覆于纖維表面。該方法所制備導電纖維的缺點是涂層較厚，纖維手感硬，同時導電微粒易于脫落。2、熔融或溶液共混法，S卩，將導電成分(如，導電碳黑、金屬粉末如銅、銀、鎳、鎘等或其硫化物、氧化物等淺色導電化合物)與聚合物基體熔融或溶液共混，使導電成分摻雜在聚合物中，以賦予聚合物基體導電性。導電摻雜物本身通常表現良好的電子性能、可控性和穩定性，但機械強度差；而聚合物基體雖擁有良好的力學性能，但其電子特性差。通過該方法，將導電摻雜物加入到軟的聚合物，可以提高基質材料的電子特性，并同時的揉合了優良的機械強度及優良電性能，而這正是實現柔性電子產品的關鍵。然而，該方法的缺點是，由于摻雜物之間相互有很強的范德華作用力，摻雜物粒子在聚合物基體中傾向于形成團聚，很難均勻分散，嚴重影響了所制備的導電聚合物的力學性能和電學性能。3、本征導電高聚物直接紡絲法，即將本征導電高聚物直接紡絲。本征導電高聚物主要有聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTH)、聚對苯(PPP)等。其中，聚苯胺材料因其原料價格較低、合成工藝較簡單、導電性能的穩定性較好等特點而受到重視。直接紡絲法主要有三種(I)將聚苯胺的中間產物非導電的翠綠亞胺(EB)溶液經質子酸摻雜，經濕法紡絲制得導電纖維；(2)在PANI-EB溶液中摻雜十二烷基苯磺酸(DBSA)或與含有機金屬鋅的混合物共混塑化后，在熔融狀態下加工成纖維；以及(3)采用電化學方法制備納米聚苯胺導電纖維。然而，直接紡絲法的缺點是，由于本征導電高聚物不熔不溶的特點限制了其在加工成膜以及直接紡絲等方面的應用。因此，上述這些方法制備的導電聚合物均無法獲得具有優異力學性能(可拉伸、折疊和變形性)和導電性能兩者，并同時具有穩定性的高彈性導電聚合物。碳納米管(CNT，包括單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管)因其獨特的物理性質而受到越來越多的關注，特別是碳納米管卓越的導電性、機械增強性質和熱穩定性，使其有潛力成為導電聚合物優良的導電摻雜物。近年來，碳納米管/導電聚合物復合材料的研究頗受關注。然而現有技術中，碳納米管因彼此之間的范德華力，而在聚合物材料中易成束，難以均勻分散的問題仍然沒有得到克服，這極大地影響了復合材料的導電性。 此外，如何實現碳納米管在聚合物基體中的對齊和有序排列也是碳納米管/聚合物導電復合物面臨的另一問題。因此，依然需要對碳納米管/聚合物導電復合材料中碳納米管的分散和有序排列進行改進。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題在于，針對現有技術中的以上的問題，提供一種具有優異力學性能(可拉伸、折疊和變形性)和導電性能兩者，并同時具有穩定性的高彈性導電聚合物。本專利技術進一步要解決的技術問題，提供一種制備高彈性導電纖維的方法。為此，本專利技術一方面提供一種高彈性導電纖維，包括以下原料碳納米管、離子液體和高彈性聚合物，其中，所述碳納米管與所述高彈性聚合物的重量比為I : 8 20;所述碳納米管與所述離子液體的重量比為4 6 I。優選實施方案中，所述碳納米管為直徑I 50nm、長度10 50 μ m的單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管，或它們的混合物。優選地，所述碳納米管為直徑10 20nm、長度10 20 μ m的多壁碳納米管，所述多壁碳納米管與所述高彈性聚合物的重量比為I : 9 ;并且所述多壁碳納米管與所述離子液體的重量比為5 I。或者，所述碳納米管為直徑I 2nm、長度5 30 μ m的單壁碳納米管，所述單壁碳納米管與所述高彈性聚合物的重量比為I : 19 ;并且所述單壁碳納米管與所述離子液體的重量比為5:1。優選實施方案中，所述離子液體為I-丁基-3-甲基咪唑的鹽，包括I-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、I-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、I-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、I- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽，或它們的任意混合物。優選實施方案中，所述高彈性聚合物為紡絲用熱塑性聚合物切片，所述熱塑性聚合物包括聚氨酯、聚乙烯、聚酰胺，或它們的任意混合物。本專利技術另一方面提供一種制備高彈性導電纖維的方法，包括以下步驟(I)將碳納米管與離子液體均勻混合，以得到預處理的碳納米管；(2)將所述預處理的碳納米管與高彈性聚合物均勻混合，以得到碳納米管/高彈性聚合物共混物；(3)將所述碳納米管/高彈性聚合物共混物進行紡絲、或在所述高彈性聚合物高彈態溫度縱向拉伸處理，得到碳納米管/高彈性聚合物高彈性導電纖維。優選實施方案中，所述步驟⑴于90-100°C的溫度在高速混合機中進行。優選實施方案中，所述步驟(2)包括將所述預處理的碳納米管與高彈性聚合物混合，并在雙螺桿擠出機中于260-300°C的擠出溫度擠出造粒，以得到所述碳納米管/高彈性聚合物共混物母粒；并且所述步驟(3)包括真空干燥所述碳納米管/高彈性聚合物共混物母粒，并將干燥的所述碳納米管/高彈性聚合物共混物母粒在所述高彈性聚合物的高彈態溫度縱向拉伸處理，以得到所述碳納米管/高彈性聚合物高彈性導電纖維。優選實施方案中，所述步驟(2)包括將所述高彈性聚合物均勻溶解于溶劑中，以得到高彈性聚合物的溶液；以及將所述預處理的碳納米管與所述高彈性聚合物的溶液均勻混合，以得到所述碳納米管/高彈性聚合物共混物溶液，并且所述步驟(3)包括將所述碳納米管/高彈性聚合物共混物進行溶液紡絲，以得到所述碳納米管/高彈性聚合物纖維單絲。優選實施方案中，所述溶劑為能夠溶解所述高彈性聚合物的有機溶劑，包括四氫呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮，或它們的任意混合物。本專利技術的有益效果在于借助于離子液體，并在縱向拉伸的條件下，碳納米管可以在聚合物基體中有序排列，形成穩定的的導電網絡，改善碳納米管的均勻分散和有序排列。解決了碳納米管在聚合物基質中的分散和有序排列兩個問題。即充分利用了碳納米管優良的導電及導熱特性，有效提高該高彈性導電纖維的安全性及高功率特性；同時利用碳納米管良好的機械強度，還提高了所制備的導電纖維的力學性能。得到的導電纖維呈現卓越的導電性、高彈性、易于加工成型，且具有手感好、可重復多次拉伸和導電性持久等優點。本專利技術的高彈性導電本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種高彈性導電纖維，包括以下原料：碳納米管、離子液體和高彈性聚合物，其特征在于，所述碳納米管與所述高彈性聚合物的重量比為1∶8～20；所述碳納米管與所述離子液體的重量比為4～6∶1。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：尚頌民，曾煒，陶肖明，
申請(專利權)人：香港理工大學，
類型：發明
國別省市：
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