[发明专利]一种导电纤维制备装置

说明书

本发明属于纳米纤维技术领域，具体涉及一种导电纤维制备装置，主体结构包括供料机构、储液仓、喷头、接收机构、电源和接地导线，通过一次法利用静电纺丝技术实现碳纳米管/天然橡胶导电纤维和石墨烯/天然橡胶导电纤维的制备，制备的导电纤维在水浴溶剂的作用下纤维交联，经过导电性测试表明，添加了碳纳米管的导电纤维的导电性提高了5个数量级，添加了石墨烯的导电纤维的导电性提高了8个数量级；其结构简单，制备的导电纤维比表面积大、纤维尺寸均匀、更易实现表面功能化、克服了橡胶纤维的粘连问题，大幅度提高了物理机械性能，在天然橡胶产业化生产和增强增韧材料等方面具有更加广泛的应用。

技术领域：

本发明属于纳米纤维技术领域，具体涉及一种导电纤维制备装置，能够通过一次法制备碳纳米管/天然橡胶导电纤维和石墨烯/天然橡胶导电纤维。

背景技术：

导电纤维是指在聚合物中混入导电介质所纺制成的化学纤维或金属纤维、碳纤维等，具有远高于抗静电纤维的优异的消除和防止静电的性能，且比电阻值持久不变并基本上不受湿度影响。按导电成分分布状态，分为均匀型、被覆型和复合型三类。一般采用混溶、蒸镀、电镀和复合纺丝等方法，在纤维中添加炭黑、石墨、金属粉或金属化合物等导电介质制得。其制晶可用予静电感应屏蔽，混有少量导电纤维的织物还可用作特种工作服、防尘刷等。

橡胶之所以被称为战略物资，是因为橡胶是国民生产中非常重要的物资。橡胶因其具有很强的弹性和良好的绝缘性，可塑性，隔水隔气，抗拉和耐磨等特点，广泛地运用于工业，农业，国防，交通，运输，机械制造，医药卫生领域和日常生活等方面。随着科学技术的不断发展对于橡胶制品也提出了越来越高的要求，高性能橡胶制品已成为橡胶工业的发展趋势。为适应这种发展趋势，需要不断开发橡胶制品的应用潜力。

碳系填料中的碳纳米管为碳的一种同素异形体，管间缝隙与石墨碳原子层的间隙相近，组成碳纳米管的碳原子的杂化类型主要是sp2，通过碳碳键与周围碳原子结合，形成圆柱形。碳纳米管特殊的结构使其具有其它材料不具备的优异性能，高强度、高韧性、高导电、高导热等性能，成为应用潜力广泛的纳米材料之一，可有效提高基体的综合性能，作为具有优越电学、力学性能的一维纳米材料,碳纳米管引起了世界范围的广泛关注。

碳系填料中二维结构的石墨烯被认为是能够有效改善复合材料导电性能的纳米级填料。石墨烯与其他材料结合形成复合材料或杂化结构后，可以改变宿主材料的电性能和力学性能。研究发现石墨烯在常温下电子迁移率高达15000cm²·V^-1·S^-1，是目前已知的在常温下导电性能最好的材料。石墨烯中每个碳原子都通过键与周边三个碳原子相互连接，键与键之间的夹角为120°，除键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子都垂直于层面的轨道形成贯穿全层的多原子的大π键，具有优良的导电性能。

静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最为简单有效的技术工艺，目前已成功制备出聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)、聚乳酸(PLA)等聚合物基体。静电纺丝的原理是在高压静电场的作用下聚合物溶液克服表面张力形成喷射细流，经过在空中的不稳定流动溶剂得以挥发，最终在接收装置上得到聚合物纤维。目前通过静电纺丝制造的纳米纤维已广泛应用于空气过滤、水处理、异相催化、环境保护、智能织物、表面涂层、能量的收集转化和存储、封装生物活性材料、药物缓释、组织工程、再生医学等。