一种耐磨导电纤维的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐磨导电纤维的制备方法，其特征在于，包括：将碳纳米管纱线浸泡在树脂中，制成碳纳米管复合纤维；将所述的碳纳米管复合纤维在拉伸状态下进行单次或多次循环深冷处理，得到耐磨导电纤维。本发明专利技术由于采用深冷处理，既能在提高碳纳米管纤维的耐磨损性能前提下，可显著提高碳纳米管纤维增强树脂复合材料的整体力学性能和电学性能，且工艺方法简单、操作方便，降低改性工艺的生产成本，具有显著的经济效益和社会效益，拥有良好的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种耐磨导电纤维的制备方法，属于高性能纤维改性领域。
技术介绍
碳纳米管纱线是目前最轻、最强、塑性最大的纤维材料，其研制极大推动了超细纤维及新一代结构功能复合材料的发展。而且它还有耐化学腐蚀性、耐高温、不熔、以及优异的导电性能，然而，由于其薄弱的耐磨性能，碳纳米管纱线的广泛应用收到了极大的限制。由于碳纳米管的网络结构，其优异的导电性能越来越受到导电纤维的青睐。而导电纤维的耐磨性，目前研究相对较少，主要集中在涂层改性上。碳纳米管纱线的碳碳结构，化学性能相对呈现惰性，所以涂层改性必然会给纤维带来损伤。目前，一般根据“相似相容”原理，选择合适的树脂与其复合，从而增加一定的耐磨性能。深冷处理又称超低温处理或超亚冷处理，它是常规冷处理的延伸。深冷处理工艺一般被认为是以液氮作为深冷介质，将被处理样品装在一定的容器内，不同的材料按其特定的降温曲线，控制降温速率，缓慢地将样品降到液氮温度，保温一定时间，再按升温曲线，缓慢升到室温的处理过程。这种工艺不仅主要用于黑色金属材料及其合金，有色金属材料及其合金等，能使金属工具在抗磨料磨损、抗腐蚀磨损、减少内应力以及提高材料的稳定性等方面都显示出一定程度的改善。深冷技术应用通常以液氮作为冷源，利用其相变(气化)吸热来获得低温环境。氮气是大气中的最主要成份之一，无毒无味，因而深冷技术的应用对环境无害，属于绿色制造技术范畴。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种耐磨导电纤维的制备方法，利用深冷处理，进而改善碳纳米管纱线与树脂基体界面间的黏接性能，提高碳纳米管纤维的耐磨性能。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种耐磨导电纤维的制备方法，其特 征在于，包括：将碳纳米管纱线浸泡在树脂中，制成碳纳米管复合纤维；将所述的碳纳米管复合纤维在拉伸状态下进行单次或多次循环深冷处理，得到耐磨导电纤维。优选地，所述的拉伸状态的伸长率为1％-5％。优选地，所述的深冷处理的处理温度为-90℃到-200℃，处理时间为3小时-15小时。优选地，所述的深冷处理的降温方式采用程序控制下降温，或直接放入-90℃到-200℃的超低温环境下突然降温的方式；回温过程采用程序控温，或采用直接放在室温环境下回温的方式。优选地，所述的深冷处理包括：将碳纳米管复合纤维在拉伸状态下放入具有深冷介质的深冷处理设备中，将其密闭，以降温速度为0.5℃/min-10℃/min降温到-90℃到-200℃，处理时间为3小时-15小时，以速度0.5℃/min-5℃/min回温到室温后，处理完毕。优选地，所述的碳纳米管纱线为单壁碳纳米管纱线或者多壁碳纳米管纱线。优选地，所述的树脂为热固性或者热塑性树脂。更优选地，所述的树脂为环氧树脂，聚乙烯醇树脂，聚氨酯树脂或聚酰胺树脂。优选地，在将碳纳米管纱线浸泡在树脂中前，先将树脂采用稀释剂进行稀释。优选地，所述的树脂的粘度控制在100-300mPa.s之间。优选地，所述的稀释剂为活性稀释剂或非活性稀释剂，所述的活性稀释剂优选为丙烯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚和乙二醇双缩水甘油醚中的至少一种；所述的非活性稀释剂优选地为酒精、苯、乙醇、丙酮、丁醇或二丁酯中的至少一种。优选地，所述的碳纳米管纱线的直径10～500微米。优选地，所述的浸泡时间为0.5小时-5小时。本专利技术中的碳纳米管纱线可采用为直接纺丝法、阵列抽丝纺织法、或者薄膜加捻法等常规方法制成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术将碳纳米管复合纤维在拉伸状态下进行深冷处理，碳纳米管复合 纤维耐摩擦性能及拉伸性能有明显的提高，充分发挥了碳纳米管纤维材料的潜力。2、本专利技术采用碳纳米管纤维作为导电纤维，充分发挥了碳纳米管优异的网络导电性能，导电效果更加显著。3、本专利技术通过深冷处理，使碳纳米管纱线与树脂紧紧的粘附在一起，提高了纤维的导电性和耐磨性。该耐磨导电纤维在电子纺织品，电磁屏蔽，智能可穿戴领域具有广泛的应用前景。4、本专利技术的深冷处理工艺过程及深冷处理设备结构简单，与其他改性处理工艺相比，更节约能源及生产成本，具有良好的发展前景。5、本专利技术所述深冷处理技术以液氮作为冷源，利用其相变(气化)吸热来获得低温环境、无毒无味、环境友好，属于绿色制造技术范畴。6、本专利技术由于采用深冷处理，既能在提高碳纳米管纤维的耐磨损性能前提下，可显著提高碳纳米管纤维增强树脂复合材料的整体力学性能和电学性能，且工艺方法简单、操作方便，降低改性工艺的生产成本，具有显著的经济效益和社会效益，拥有良好的工业应用前景。附图说明图1为耐磨导电纤维的制备装置示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术中的粘度采用旋转粘度计测试。本专利技术中的伸长率是指试样伸长的长度与原来长度的百分比。以下采用的耐磨导电纤维的制备装置如图1所示，所述的耐磨导电纤维的制备装置包括旋转电机1、碳纳米管纱线2、导纱针3、第一加热装置4、水浴槽5、容器6、第二加热装置7和深冷处理设备8。容器6设于水浴槽5中，水浴槽5设于第一加热装置4中，碳纳米管纱线2在旋转电机1的驱动下，经第二加热装置7加热后，经导纱针3导入装有树脂的容器6中进行浸泡处理。实施例1：多壁碳纳米管-聚乙烯醇深冷处理耐磨导电纤维的制备方法(1)将聚乙烯醇(聚合度1750，醇解度98％)用水稀释，聚乙烯醇和水的质量比例为1∶16，得到200毫升的聚乙烯醇溶液，装入耐磨导电纤维的制备装置的容器6中，充分搅拌至均匀状态，粘度为30MPa.s。(2)将多壁碳纳米管纱线(直径100微米)2在旋转电机1的驱动下，经导纱针3导入容器6浸泡在聚乙烯醇溶液中，水浴槽5温度控制在70℃，碳纳米管纱线的导入速度为20r/min，持续时间1小时，取出后于第二加热装置7中100℃烘干，得到碳纳米管复合纤维；(3)将所述的碳纳米管复合纤维在伸长率为2％的拉伸状态下进行5次循环深冷处理，所述的深冷处理包括：将碳纳米管复合纤维在拉伸状态下放入具有深冷介质液氮的深冷处理设备8(SLX-30)的容器中，将容器盖紧密闭，以免低温液氮泄露，影响温度控制的准确性及处理效果，设置深冷处理工艺参数如表1，控制降温速度降温到保冷温度，保冷一段时间后，控制速度回温到室温后，处理完毕，得到耐磨导电纤维。表1深冷处理参数表处理完毕后，容器的环境温度达到室温后，切不可用手直接从容器中取出纤维，要用专用设备。待取出的深冷处理过的多壁碳纳米管-聚乙烯醇复合纤维在空气中自然回温到室温时，即完成处理过程。经过深冷处理的多壁碳纳米管-聚乙烯醇导电纤维相比多壁碳纳米管纱线的导电性由4×103S/m提高到4.4×103S/m，提高了10％；耐磨性由160秒断裂提高到360秒断裂，提高125％；拉伸强度由120MPa提高到200Mpa，提高66.7％。实施例2多壁碳纳米管-环氧树脂深冷处理耐磨导电纤维的制备(1)将环氧树脂(E51)和固化剂(R-871)混合，环氧树脂和固化剂的质量比例为5∶1，得到200毫升的环氧树脂溶液，装入耐磨导电纤维的制备装置的容器6中，充分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐磨导电纤维的制备方法，其特征在于，包括：将碳纳米管纱线浸泡在树脂中，制成碳纳米管复合纤维；将所述的碳纳米管复合纤维在拉伸状态下进行单次或多次循环深冷处理，得到耐磨导电纤维。

【技术特征摘要】
1.一种耐磨导电纤维的制备方法，其特征在于，包括：将碳纳米管纱线浸泡在树脂中，制成碳纳米管复合纤维；将所述的碳纳米管复合纤维在拉伸状态下进行单次或多次循环深冷处理，得到耐磨导电纤维。2.如权利要求1所述的耐磨导电纤维的制备方法，其特征在于，所述的拉伸状态的伸长率为1％-5％。3.如权利要求1所述的耐磨导电纤维的制备方法，其特征在于，所述的深冷处理的处理温度为-90℃到-200℃，处理时间为3小时-15小时。4.如权利要求1所述的耐磨导电纤维的制备方法，其特征在于，所述的深冷处理的降温方式采用程序控制下降温，或直接放入-90℃到-200℃的超低温环境下突然降温的方式；回温过程采用程序控温，或采用直接放在室温环境下回温的方式。5.如权利要求1所述的耐磨导电纤维的制备方法，其特征在于，所述的深冷处理包括：将碳纳米管复合纤维在拉伸状态下放入具...

【专利技术属性】
技术研发人员：许福军，王志勇，吴建花，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31