一种导电自修复纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种导电自修复纤维及其制备方法，所述纤维为十二烷基硫酸钠改性多壁碳纳米管与聚丙烯酸钠组成的复合纤维；其中，多壁碳纳米管与十二烷基硫酸钠的质量比为2～4:1～4；多壁碳纳米管与聚丙烯酸钠的质量比为0.5～10：5～30。制备方法包括：将多壁碳纳米管和十二烷基硫酸钠溶于溶剂中，细胞粉碎，得到改性多壁碳纳米管分散液，加入聚丙烯酸钠，混匀，得到改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠凝胶状纺丝原液，湿法纺丝，即得。本发明专利技术的方法简单、成本低廉，易于产业化；得到的导电自修复纤维质量高、具有较好的导电性、力学性能稳定，在柔性电子元件，柔性储能器件和传感器件等领域具有巨大的应用前景。

Conductive self repairing fiber and preparation method thereof

The invention relates to a self repairing conductive fiber and its preparation method, the fiber composite fiber twelve sodium dodecyl sulfate modified multi walled carbon nanotubes and sodium polyacrylate composition; wherein, the quality of multi walled carbon nanotubes with twelve sodium dodecyl sulfate ratio of 2 ~ 4:1 ~ 4; the quality of multi walled carbon nanotubes and polyacrylic acid sodium is 0.5 ~ 10:5 ~ 30. The preparation method comprises the steps of multi walled carbon nanotubes and twelve sodium dodecyl sulfate dissolved in the solvent, cell crushing, modified multi walled carbon nanotube dispersion, adding sodium polyacrylate, mixing, modified multi walled carbon nanotubes / sodium polyacrylate gel spinning, wet spinning, i.e.. The method of the invention is simple, low cost, easy industrialization; conductive fiber self repair of high quality, stable conductivity, good mechanical properties, in flexible electronics, flexible storage has great application prospects in areas such as sensors and devices.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合纤维及其制备领域，特别涉及一种导电自修复纤维及其制备方法。
技术介绍
碳纳米管作为一维纳米材料，具有连接完美的六边形结构，并且质量轻，具有较好的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。多壁碳纳米管与单壁碳纳米管相比，生产成本低，可大规模的生产等优势更利于其产品化。多壁碳纳米管作为基体材料或者添加剂已经大规模的应用到一些产品中，例如，干法纺丝制备的高性能碳纳米管纤维，智能的驱动的复合材料，柔性的光电器件，用于分散或者分离的功能性薄膜等复合材料等。纤维作为宏观的一维材料，可以通过一些特殊的编织和设计来构筑二维、三维的宏观材料及产品。导电的非金属纤维因其特有的性能受到科研学者们广泛的关注，它们具有质轻、柔韧性好等优点，在智能服装、柔性传感等领域具有很大的优势。其中以碳纳米管为导电添加剂的纤维研究取得了较大的进展。早前，德州大学达拉斯分校的Baughman,R.H.教授通过将定向排列的碳纳米管卷绕到弹性的橡胶纤维上，获得了具有优异导电性能的碳纳米管/橡胶复合纤维，其拉伸达到1000％时电阻基本上不增加(Liu Z.F.,Baughman R.H.,et al.Science,2015,349,400)；汉阳大学的Kim S.J.通过干法纺丝制备了碳纳米管纱线，调整在纱线上负载硼酸而具有探测葡萄糖浓度的作用，并可以对外界刺激产生致动变形，可用于人造肌肉(Lee J.h.,Kim S.J.,et al.Small,2016,12,2085)等。目前，在实际应用中一些导电纤维由于疲劳、老化会产生断裂，影响电子电路的正常使用。因此，制备一种导电又能自修复的纤维材料具有重要的实用价值。
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导电自修复纤维及其制备方法，该方法制备得到的导电自修复纤维，具有良好的导电性，可以作为轻质导体；导电自修复纤维具有良好的柔韧性可以用来制备柔性电子元件。本专利技术的一种导电自修复纤维，所述纤维为十二烷基硫酸钠改性多壁碳纳米管与聚丙烯酸钠组成的复合纤维；其中，多壁碳纳米管与十二烷基硫酸钠的质量比为2～4:1～4；多壁碳纳米管与聚丙烯酸钠的质量比为0.5～10：5～30。本专利技术的一种导电自修复纤维的制备方法，包括：(1)将多壁碳纳米管和十二烷基硫酸钠溶于溶剂中，细胞粉碎，得到改性多壁碳纳米管分散液；其中，多壁碳纳米管与十二烷基硫酸钠质量比为2～4:1～4；(2)将聚丙烯酸钠加入到步骤(1)中的改性多壁碳纳米管分散液中，混匀，得到改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠凝胶状纺丝原液；其中，多壁碳纳米管与聚丙烯酸钠的质量比为0.5～10：5～30；(3)将步骤(2)中的纺丝原液进行湿法纺丝，得到导电自修复纤维。所述步骤(1)中改性多壁碳纳米管分散液的浓度为0.5～10mg/mL。所述步骤(1)中溶剂为去离子水。所述步骤(1)中细胞粉碎的时间为3～7h，优选5h。所述步骤(2)中混匀的方式为：漩涡混匀仪处理的时间为5～10h。所述步骤(2)中聚丙烯酸钠与改性多壁碳纳米管分散液的比例为5～30mg:1mL。所述步骤(3)中湿法纺丝的条件为：置于凝固浴中10～60min后取出晾干；纺丝口直径为0.3～2mm；纺丝速度为3～12mL/h；其中，凝固浴为室温下饱和氯化钙溶液。本专利技术通过将聚丙烯酸钠和改性多壁碳纳米管分散液充分混合得到改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠凝胶状的纺丝原液，并通过湿法纺丝工艺注入到饱和氯化钙凝固浴中，得到既有导电性能又能自修复的改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠复合纤维，该方法易操作，成本低，具有广泛的应用前景。通过调节凝胶状纺丝原液中聚丙烯酸钠和多壁碳纳米管的比例制备得到导电性、自修复速度快慢不同以及强度不同的导电自修复纤维，多壁碳纳米管含量多时，该导电自修复纤维的自修复效果变差，当改性多壁碳纳米管分散液的浓度为大于10mg/mL时，该改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠复合纤维难以达到自修复的效果。有益效果(1)本专利技术的操作方法简单，制备过程方便快速；(2)专利技术所制备的改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠复合导电自修复纤维具有优异的力学性能，具有很好的弹性，可以随意弯折和编织等；(3)本专利技术所制备的改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠复合导电自修复纤维较好的导电性和很好的自修复性能，可作为轻质导电材料，在可形变的电子元件、柔性储能器件和传感器等方面具有广阔的应用前景。附图说明图1为实施例1中制备的导电自修复纤维截断前(a)，截断后(b)，自修复后(c)，自修复后拉伸(d)的数码照片；图2为实施例1中制备的导电自修复纤维原始状态、截断并修复后的I-V图；图3为实施例2中制备的导电自修复纤维的I-V图；图4为实施例3中制备的导电自修复纤维的I-V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。实施例1(1)在室温下，分别称取多壁碳纳米管50mg和十二烷基硫酸钠25mg，置于100mL的烧杯中，然后加入去离子水50mL配成多壁碳纳米管浓度为1mg/mL的混合液，然后将混合液细胞粉碎处理5h，得到分散性很好的改性多壁碳纳米管溶液50mL；(2)向上述多壁碳纳米管分散液中加入500mg聚丙烯酸钠，用漩涡混匀仪处理10h，形成改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠凝胶状的纺丝原液；(3)将改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠凝胶状的纺丝原液装入10mL的连接有内径为500μm聚四氟乙烯微管的注射器中，装在推进速度为10mL/h的推进器上，改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠凝胶经微管有序的挤出至盛有饱和氯化钙(室温下)的培养皿中，并放置30min后取出晾干，得到改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠导电自修复纤维，记为样品1；图1为本实例制备的导电自修复纤维的宏观数码照片：其中(a)是该纤维截断前的照片；(b)是用剪刀截断后的数码照片；(c)是通过轻轻按压后纤维自修复的照片；(d)是自修复后拉伸100％后的数码照片，从该拉伸图片可知，该纤维自修复后力学性能良好。图2为本实施例制备的导电自修复纤维原始状态、截断并修复后的I-V图，可以看出：该实例制备的导电纤维在截断并修复后的导电性和原始的几乎没有变化，说明纤维自修复后导电性能良好。实施例2(1)在室温下，分别称取多壁碳纳米管100mg和十二烷基硫酸钠50mg，置于100mL的烧杯中，然后加入去离子水50mL配成多壁碳纳米管浓度为2mg/mL的混合液，然后将混合液细胞粉碎处理5h，得到分散性很好的改性多壁碳纳米管溶液50mL；(2)向上述多壁碳纳米管分散液中加入500mg聚丙烯酸钠，用漩涡混匀仪处理10h，形成改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠凝胶状的纺丝原液；(3)将改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠凝胶状的纺丝原液装入10mL的连接有内径为500μm聚四氟乙烯微管的注射器中，装在推进速度为10mL/h的推进器上，改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠凝胶经微管有序的挤出至盛有饱和氯化钙(室温下)的培养皿中，并放置30min本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电自修复纤维，其特征在于，所述纤维为十二烷基硫酸钠改性多壁碳纳米管与聚丙烯酸钠组成的复合纤维；其中，多壁碳纳米管与十二烷基硫酸钠的质量比为2～4:1～4；多壁碳纳米管与聚丙烯酸钠的质量比为0.5～10：5～30。

【技术特征摘要】
1.一种导电自修复纤维，其特征在于，所述纤维为十二烷基硫酸钠改性多壁碳纳米管与聚丙烯酸钠组成的复合纤维；其中，多壁碳纳米管与十二烷基硫酸钠的质量比为2～4:1～4；多壁碳纳米管与聚丙烯酸钠的质量比为0.5～10：5～30。2.一种导电自修复纤维的制备方法，包括：(1)将多壁碳纳米管和十二烷基硫酸钠溶于溶剂中，细胞粉碎，得到改性多壁碳纳米管分散液；其中，多壁碳纳米管与十二烷基硫酸钠质量比为2～4:1～4；(2)将聚丙烯酸钠加入到步骤(1)中的改性多壁碳纳米管分散液中，混匀，得到改性多壁碳纳米管/聚丙烯酸钠凝胶状纺丝原液；其中，多壁碳纳米管与聚丙烯酸钠的质量比为0.5～10：5～30；(3)将步骤(2)中的纺丝原液进行湿法纺丝，得到导电自修复纤维。3.根据权利要求2所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏志，时秋伟，李耀刚，张青红，侯成义，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31