[发明专利]纤维及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合纤维及其制备方法，所述复合纤维具有由芯部部分和围绕所述芯部部分的鞘部部分构成的芯鞘结构，其中，所述芯部部分包括二维纳米导电材料，所述鞘部部分包括聚酰胺树脂，所述鞘部部分的平均厚度为3～30μm，所述复合纤维的拉伸强度为200～520MPa，并且，所述芯部部分中的二维纳米导电材料是沿着所述复合纤维的轴线方向取向的，另外，本发明的复合纤维可以通过同轴湿纺法而得到。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种复合纤维材料及其制备方法，更具体而言，涉及一种具有芯鞘结构的同时具有高韧性、高拉伸强度和高导电性的纤维及其制备方法。

背景技术

目前，在柔性和可穿戴电子设备、航空航天、外太空和极地地区等场景中，迫切需要导电性良好、机械强度高、重量轻、耐极端条件的纤维材料。已知的是，作为传统金属基材料的有希望的替代品，各种导电碳基纳米材料，包括碳纳米管(CNT)、石墨烯片材料以及过渡金属碳化物/氮化物(MXene，二维纳米材料)材料已经进行了探索，以用于生产导电纤维。

进一步，高导电性和良好的亲水性特性使二维(2D)纳米导电纳米材料(MXene)有望用于电磁干扰(EMI)屏蔽、焦耳加热和功能性纺织品应用，例如，引用文献1公开了一种复合了MXene层织物层，其具有良好的导电性和电磁屏蔽性；引用文献2公开了一种基于MXene弹性材料，其能够在预拉伸后，在后续拉伸中具有稳定的电导。

进一步，对于MXene材料而言，其原液分散体的可纺性较差，尤其制备的纤维材料由于片间相互作用较弱，拉伸强度和延展性较差。为此，已经尝试引入氧化石墨烯(GO)和/或聚合物来提高MXene纺丝原液的可纺性。例如，已经报道了通过化学还原氧化石墨烯(RGO)的辅助，使得基于MXene的纤维可以表现出2800S/m的电导率和145.2MPa的拉伸强度。同样，MXene/纤维素混合纤维的拉伸强度为75.6MPa和电导率为211S/m。但这样的结果对于导电性而言，不能说是充分的。另一方面，虽然通过添加导电聚合物或形成固体涂层，MXene基纤维的电导率可分别达到1.49×10⁵和1.20×10⁵S/m的水平，但仍然发现其力学性能不尽如人意。

因此，通常认为MXene基纤维机械性能的提高通常是以牺牲其导电性为代价的。

最近，也报道了通过优化MXene的尺寸和纺丝参数以及通过从各向同性相到向列相的转变，使得所得湿纺原始MXene纤维表现出约7.75×10⁵S/m的高电导率。另外，通过用铵离子交联大型MXene片或增强MXene片的取向，原始MXene纤维也实现了7.71×10⁵和7.20×10⁵S/m的类似高电导率。

此外，MXene的氧化降解严重阻碍了MXene纤维在复杂的潮湿、高温甚至极端环境条件下的实际应用。并且，MXene纤维的拉伸强度和韧性也不尽如人意。虽然同轴纺丝是通过分别控制不同组分来平衡MXene基纤维的机械性能和(导电等)功能的可行方法，但MXene纤维的同轴湿法纺丝仍处于早期阶段。引用文献3中，通过湿纺方法提供了一种具有独特皮芯结构的高导电MXene@aramid纳米纤维(ANF)。二维导电材料MXene用于构建内部导电路径，ANF框架起到保护和骨架结构的作用，以降低纤维氧化的可能性并获得卓越的强度。获得的MXene@ANF纤维具有优异的导电性(2515S/m)和拉伸强度(130MPa)。

尽管取得了这些令人鼓舞的进步，但同时提高MXene纤维的拉伸强度、韧性、导电性和环境稳定性仍然是一个巨大的挑战。

引用文献：

引用文献1：CN 110438799 A

引用文献2：CN 113096853 A