[发明专利]一种利用静电纺丝制备纳米碳纤维丝束的方法

说明书

本发明涉及一种利用静电纺丝制备纳米碳纤维丝束的方法，制备过程是将聚丙烯腈溶解在良溶剂中，得到纺丝溶液，将纺丝溶液进行静电纺丝，采用水浴集束接收装置，所得丝网经导丝器和卷绕装置收集，后牵伸，烘干，预交联，碳化得到纳米碳纤维丝束。本发明的方法简单，易操作，可连续化生产，具有良好的应用前景；制备得到的纳米碳纤维丝束具有良好的导电性和柔性，表面结构可控，可编织，广泛应用于传感器、导电织物、柔性电极材料等可穿戴电子产品领域。

技术领域

本发明属于纳米碳纤维领域，特别涉及一种利用静电纺丝制备纳米碳纤维丝束的方法。

背景技术

在如今电子产品风靡全球的背景下，柔性可穿戴设备越来越受到广大消费者的青睐。而现在电子产品中普遍使用的传感器，储能单元中的电极等都是硬性材料，如何使其柔性化是目前可穿戴设备发展所面临的挑战之一。

静电纺纳米纤维的质量轻，超强的柔顺性，满足可穿戴性要求等特点，使得其成为制备柔性器件的良好途径。纳米级的碳纤维丝束具有较高的比表面积，非常高的取向度，强度高，导电性佳等优点，使得其能用于制备柔性的传感器，纤维基锂离子电池，纤维基超级电容器等柔性储能器件，由于其可编织的特点，也可用于制备智能服装。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用静电纺丝制备纳米碳纤维丝束的方法，该方法简单，易于操作，可连续化生产，制备得到的纳米碳纤维丝束广泛应用于传感器、导电织物、柔性电极材料等可穿戴电子产品领域。

本发明的一种利用静电纺丝制备纳米碳纤维丝束的方法，包括：

(1)将聚丙烯腈溶解在良溶剂中形成溶液，得到纺丝溶液，静电纺丝，采用水浴集束接收装置，所得丝网经导丝器和卷绕装置收集，得到聚丙烯腈纳米丝束，其中聚丙烯腈溶液的浓度为8wt％～16wt％；

(2)将步骤(1)中聚丙烯腈纳米丝束进行后牵伸，得到牵伸后的聚丙烯腈纳米丝束；

(3)将步骤(2)中牵伸后的聚丙烯腈纳米丝束烘干，预交联，在惰性气体中碳化，得到纳米碳纤维丝束。

所述步骤(1)中良溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中一种或几种。

所述步骤(1)中静电纺丝的工艺参数为：纺丝电压为5～30KV，推进速率为0.05ml/h～5ml/h，接收距离为5～30cm。

所述步骤(1)中导丝器横向移动，移动速度为2～14cm/min；卷绕装置卷绕速度为5～100m/min。

所述步骤(2)中将步骤(1)中聚丙烯腈纳米丝束进行后牵伸是在沸水浴中进行，沸水浴长度为不小于1m。

所述步骤(2)中后牵伸的牵伸比为1～7，牵伸比由第一道棍和第二道辊的速度比控制。

所述步骤(3)中烘干的温度为50～100℃。

所述步骤(3)中预交联为电子束辐照交联、γ射线辐照交联、微波交联、热交联中的一种或几种。

所述步骤(3)中惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或几种，惰性气体为超高纯惰性气体。

所述步骤(3)碳化温度为900～1400℃，升温速率为1～10℃/min，碳化时间为15～60min。

本发明的一种利用静电纺丝制备纳米碳纤维丝束的方法，该方法通过调控适宜的聚丙烯腈溶液浓度，经流体辅助静电纺丝工艺制备高取向结构的纳米纱线，再将所得纱线进行后牵伸，最后在惰性气氛下高温碳化，从而制得纳米碳纤维丝束。

有益效果

(1)本发明的方法简单，易操作，可连续化生产，具有良好的应用前景；