[发明专利]一种双聚合物协助碳纳米管分散湿法纺丝成纤的方法

说明书

一种双聚合物协助碳纳米管分散湿法纺丝成纤的方法，包括如下步骤：将经300℃‑400℃纯化、氧化处理后的改性碳纳米管，均匀分散在对位芳酰胺纤维或间位芳酰胺纤维的浓硫酸溶液中形为纺丝原液；然后将纺丝原液通过注射器以均匀的速度注入聚乙烯醇去离子水溶液中，完成置换后，将纤维进行干燥和收集。本发明在保证碳纳米管纤维性能的基础上，实现了工业级碳纳米管的成纤制备，具有普适性和通用性，能够实现碳纳米管纤维的规模化制备，在特种应用、特种织物等方面均有广阔的应用场景。

技术领域

本发明属于纺丝方法与工艺领域，特别涉及一种双聚合物协助碳纳米管分散湿法纺丝成纤的方法。

背景技术

碳纳米管纤维是以纳米尺度的碳纳米管为组装单元构建而成的具有微米直径的宏观连续纤维材料。

目前的碳纳米管纤维制备方法主要有碳纳米管气相成纤、碳纳米管阵列成纤以及碳纳米管湿法（溶液）成纤，其中碳纳米管湿法（溶液）成纤技术是最容易工业化的，并且已经在其他聚合物上取得一定成果。

为了将碳纳米管纤维合成实现工业化、产业化和批量制备，即考虑使用碳纳米管湿法成纤技术。

目前碳纳米管纤维与单个碳纳米管性能相较仍存在较大差距，表明碳纳米管纤维的机械强度并不主要取决于单个碳纳米管的机械强度，而是取决于碳纳米管的微观组装结构。

由于碳纳米管比表面积大，相互作用力强，因此碳纳米管很容易产生缠绕团聚，导致其难以分散，限制其广范应用。并且碳纳米管纤维的性能与其内部碳纳米管间相会作用力密切相关，杂乱分布的碳纳米管接触面积小，碳纳米管间的相互作用力弱，并且容易在纤维内部形成结构缺陷，继而导致力学性能、导电性能等的大幅下降。

综上所示，现有的碳纳米管成纤工艺由于其特殊的材料或设备等因数，难以实现碳纳米管纤维的工业化生产制备，并且获得纤维的性能较单个碳纳米管还有很大差距。因此需要一种新型通用的碳纳米管组装成纤技术。

发明内容

为了解决所述问题，本发明提供了一种双聚合物协助碳纳米管分散湿法纺丝成纤的方法和应用。

本发明通过以下技术方案实现。

本发明所述的一种双聚合物协助碳纳米管分散湿法纺丝成纤的方法，包括如下步骤。

（1）将所述聚合物A置于浓硫酸中，等待其完全溶解，得到溶液A。

（2）将碳纳米管置于马弗炉中，经300℃-400℃纯化，而后经过氧化处理使碳纳米管功能化，得到改性碳纳米管。

（3）将步骤（2）的改性碳纳米管均匀分散在步骤（1）的溶液A中，得到溶液B，作为纺丝原液。

（4）按重量百分比0.99%-10.7%的比例，将聚合物B充分溶于去离子水中，以作为凝固浴。

（5）将溶液B，即纺丝原液通过注射器以均匀的速度注入凝固浴中，然后等待其在凝固浴中完成置换，将纤维进行干燥和收集。

本发明步骤（1）-（3）所制备的溶液B（纺丝原液）中，以重量百分比计，包括0.05%-0.22%聚合物A、95.9%-99.4%浓硫酸、0.5%-3.8%改性碳纳米管。

所述聚合物A包括对位芳酰胺纤维或间位芳酰胺纤维的一种或两种组合；所述的聚合物B为聚乙烯醇；所述浓硫酸为95%-98%的水制溶液；所述改性碳纳米管为经过氧化处理的碳纳米管，所述的碳纳米管包括单壁碳纳米管或多壁碳纳米管的一种或多种组合。

本发明在保证碳纳米管纤维性能的基础上，实现了工业级碳纳米管的成纤制备，具有普适性和通用性，能够实现碳纳米管纤维的规模化制备，在特种应用、特种织物等方面均有广阔的应用场景。

附图说明