[发明专利]导电玻璃纤维及其制备方法

权利要求书

1.一种导电玻璃纤维，其特征在于，该导电玻璃纤维为皮芯结构，芯层包括导电材料，皮层包括玻璃纤维；以导电玻璃纤维总重计，所述芯层含量为40%-80wt%；所述导电玻璃纤维电导率为9.88-15.18S/m；所述的导电玻璃纤维的制备方法包括：

（1）玻璃纤维源溶胶-凝胶合成材料与静电纺丝助剂混合得到皮层玻璃纤维前驱体原液；

将导电材料源分散到溶胶材料中制备芯层导电材料前驱体原液；

（2）导电材料前驱体原液通过内针管挤出，玻璃纤维前驱体原液通过外针管挤出，同轴静电纺丝、收集牵伸制备初生纤维；

（3）将初生纤维烘干，再进行热处理得到导电玻璃纤维；

步骤（1）中，所述玻璃纤维前驱体原液制备方法包括：

a、在包含乙醇和水的溶液中加入酸液调节pH至0.4-3，得到第一溶液；

b、将玻璃纤维源加入第一溶液中进行水解反应，得到第二溶液；

c、对第二溶液进行陈化使第二溶液初步形成玻璃网络结构，加入嵌段共聚物P123，得到溶胶-凝胶溶液；

d、往溶胶-凝胶溶液中加入聚环氧乙烷和聚乙烯吡咯烷酮作为静电纺丝的纺丝助剂，调节粘度为1.5~5.4Pa·s，得到玻璃纤维前驱体原液；

步骤（1）中，所述导电材料前驱体原液制备方法包括：

将导电材料源加入到含聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚环氧乙烷的混合溶胶中，并分散均匀得到导电材料前驱体原液；

步骤（3）中，初生纤维热处理条件包括，450~750℃对连续初生纤维进行热处理。

2.根据权利要求1所述的导电玻璃纤维，其中，

所述导电玻璃纤维拉伸强度为1100-1500 MPa；和/或

所述导电玻璃纤维杨氏模量为65-85 GPa；和/或

所述导电玻璃纤维电阻率为0.2-0.9Ω·cm；和/或

所述导电玻璃纤维电阻率变化≤ 10%。

3.根据权利要求1或2所述的导电玻璃纤维，其中，

皮层厚度为0.1-0.5μm；和/或

芯层直径为0.1-5μm；和/或

所述芯层位于导电玻璃纤维中心，皮层呈洋葱状包裹芯层。

4.根据权利要求1或2所述的导电玻璃纤维，其中，

所述玻璃纤维熔点为850℃-1250℃；和/或

所述导电材料熔点为2000℃-4000℃；和/或

所述导电材料选自碳材料、金属材料、有机导电体中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的导电玻璃纤维，其中，

所述碳材料选自石墨烯、碳纳米管、富勒烯、MXene和hBN中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的导电玻璃纤维，其中，所述碳材料选自MXene和碳纳米管的混合物。

7.根据权利要求6所述的导电玻璃纤维，其中，MXene和碳纳米管的质量比为1：1-10。

8.根据权利要求5-7中任意一项所述的导电玻璃纤维，其中，所述碳材料为选自经过酸液氧化、表面接枝、等离子体处理中的一种或多种表面处理方法进行改性的碳材料。

9.根据权利要求1所述的导电玻璃纤维，其中，

所述玻璃纤维前驱体原液包含50-70 wt%的玻璃纤维源；

步骤（2）中，静电纺丝条件包括：

喷口直径为0.5~2 mm，电压为10-20KV，玻璃纤维前驱体原液挤出速率为0.1-1ml/min，导电材料前驱体原液挤出速率为0.1-3 ml/min。