[发明专利]一种导电纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明提出了一种导电纤维的制备方法，将氧化石墨烯与钛酸四乙酯溶液混合，钛酸四乙酯水解成二氧化钛同时与氧化石墨烯静电偶联，经过还原氧化石墨烯得到石墨烯/TiO₂导电材料，将所述石墨烯/TiO₂导电材料制成塑料石墨烯/TiO₂导电母粒，与ABS母粒熔融纺丝，制得导电纤维。相比于传统导电涂层型导电纤维，其耐水洗、持久性差的缺点，本发明将导电材料与塑料聚合物共混纺丝得到的导电纤维，耐水洗性显著提高，导电持久力更强。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种导电纤维及其制备方法和应用。

背景技术

智能纤维是未来纤维发展的重要方向，将电子技术融合传感、通信、人工智能等技术为 基础的新型电子智能纤维是其中重要品种，其基本单元是导电纤维。但目前的合成纤维多不 导电，为了使之导电，大多采用金属/金属氧化物粒子、导电高分子和碳纳米材料等导电材料 进行改性。现有技术中改性的方法可主要分为共混纺丝和表面涂覆。相对于共混纺丝，表面 涂覆方法简单易行。

石墨烯是近年来备受关注的一种二维碳纳米材料，具有良好的力学性能、导电导热性能、 化学稳定性以及大的比表面积，可广泛用于纳米复合材料、传感器、超级电容器、电池和导 电纤维等领域。

先在合成纤维表面涂覆氧化石墨烯，再还原的方法是一种简单的制备石墨烯涂层导电纤 维的方法。但对很多常规纤维来说，氧化石墨烯的吸附很困难。Kim等人在AdvancedMaterials 25(2013):5701-5705上报道了采用牛血清蛋白作为中间黏合层，显著改善了氧化石墨烯在纤维 表面的吸附。除蛋白质外，表面活性剂和聚电解质都被用作中间黏合层，用于制备氧化石墨 烯涂层的纤维和织物。东华大学李耀刚等人发明了一种石墨烯包裹聚丙烯腈纤维复合材料的 制备方法，包括碱处理聚丙烯腈纤维、硅烷偶联剂涂层、氧化石墨烯涂层和水合肼还原。采 用的中间黏合层为硅烷偶联剂。从石墨烯涂层导电纤维的现有制备技术来看，在氧化石墨烯 涂层之前需要在纤维表面先涂覆一层粘合 层，以提高氧化石墨烯在纤维表面的吸附能力，而后采取反复在氧化石墨烯分散液中浸渍涂 覆，或是采取层层组装的方法制备不同厚度的石墨烯涂层，即黏合层和氧化石墨烯层在纤维 表面交替吸附。前一种方法由于氧化石墨烯的静电排斥作用，吸附效率很低；后一种方法中 黏合层多为高分子，或是表面活性剂分子。它们通常不导电，这会显著降低导电纤维的导电 性能。

此外，现阶段通过涂覆导电材料使纤维导电的方法，仅是通过简单的涂覆，依靠类似机 械咬合的形式结合到一起，或者对纤维的表面进行粗糙化处理，使光滑的纤维表面变得粗糙 从而使导电涂层能够更多的结合到纤维的表面。但上述方法虽能够将导电材料涂覆到纤维上， 但是由于结合能力较差，在经过洗涤后，导电涂层变少，或者消失，导电性因此显著变差。

因此，亟待需要提供一种步骤简单、涂覆效率高且能显著提高纤维导电性能和耐水洗性 能的石墨烯涂层导电纤维的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种导电纤维及其制备方法和应用，相比于传统导电涂层型导电 纤维，其耐水洗、持久性差的缺点，本发明将导电材料与塑料聚合物共混纺丝得到的导电纤 维，耐水洗性显著提高，导电持久力更强。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种导电纤维的制备方法，将氧化石墨烯与钛酸四乙酯溶液混合，钛酸四乙 酯水解成二氧化钛同时与氧化石墨烯静电偶联，经过还原氧化石墨烯得到石墨烯/TiO₂导电材 料，将所述石墨烯/TiO₂导电材料制成塑料石墨烯/TiO₂导电母粒，与ABS母粒熔融纺丝，制 得导电纤维。

作为本发明的进一步改进，所述水解是通过向溶有氧化石墨烯的钛酸四乙酯水溶液中加 入醋酸，混合均匀后，升温至45-55℃，边搅拌边滴加氨水，使溶液成为凝胶状，转移至烘箱 中干燥，研细，得到氧化石墨烯/TiO₂粉末。