一种具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料及其制备方法，该复合导电材料是以静电纺丝制得的碳纤维为芯材，以浆粕纤维为面材，通过溶解后析出的方式将浆粕纤维均匀的包覆在碳纤维表面进而获得的具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料。本发明专利技术的具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料的制备方法采取如下步骤：包括棉浆粕的疏解、纤维素的溶解、纺丝液的制备、静电纺丝、碳纤维的制备以及纤维素基复合导电材料的制备等六个阶段；制得的纤维素基复合导电材料的电导率为160S/m~170S/m，电流密度可达1200A/cm

Cellulose based composite conductive material with stable conductivity and preparation method thereof

The invention discloses a stable conductivity of cellulose based conductive composite material and a preparation method thereof. The composite material is carbon fiber electrospun as core material, with pulp fiber as material, through the precipitation of dissolved pulp will be evenly coated on the surface of carbon fibers obtained with stable conductivity of cellulose based conductive composite materials. The preparation method of the invention has stable conductivity of cellulose based composite conductive materials take the following steps: including cotton pulp, ease the dissolution of cellulose spinning solution, preparation, electrospinning, preparation of carbon fiber and cellulose based conductive composite materials were prepared in six stages; the conductivity of cellulose based composite conductive system the material is 160S/m~170S/m, the current density of up to 1200A/cm

【技术实现步骤摘要】
一种具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料制备
，具体地说，是涉及一种以基于静电纺丝纤维的碳纤维为芯材，以浆粕纤维为面材，通过溶解后析出的方式将浆粕纤维均匀的包覆在碳纤维表面而获得的具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，基于氮化物和氟化物等的导电薄膜已经成为导电材料领域的研究热点之一[庞志鹏，孙晓刚，程晓圆，吴小勇，付琦.碳纤维-碳纳米管复合导电纸的制备及电磁屏蔽性能研究，人工晶体学报，2015，5；XuQ，ShenW，HuangQ，YangY，TanR，ZhuK.FlexibletransparentconductivefilmsonPETsubstrateswithanAZO/AgNW/AZOsandwichstructure.JournalofMaterialsChemistryC，2014,19；钟林新，张美云，陈均志，刘叶.碳纤维屏蔽纸屏蔽性能的研究，中国造纸学报，2008，4]，但是长远来看，其原材料的稀缺等导致其推广应用存在局限性。而基于环境友好的纤维素基导电复合材料在柔性器件、生物传感器及能量存储器件等方面开始得到广泛关注[吕少一，傅峰，王思群，黄景达，胡拉.纳米纤维素基导电复合材料研究进展，林业科学，2015，10；覃杏珍，胡华宇，黄爱民，沈芳，黄祖强.纤维素基导电功能材料研究进展，大众科技，2012，158]。纤维素基导电复合材料的成型方法主要包括两类：第一类，纤维素基材与导电材料以溶液状态混合后成型[KogaH，SaitoT，KitaokaT，NogiM，SuganumaK，IsogaiA.Transparent，conductive，andprintablecompositesconsistingofTEMPO-oxidizednanocelluloseandcarbonnanotube，Biomacromolecules，2013，4；HamediMM，HajianA，FallAB，HakanssonK，SalajkovaM，LundellF.Highlyconducting，strongnanocompositesbasedonnanocellulose-assistedaqueousdispersionsofsingle-wallcarbonnanotubes，ACSNano，2014，3]；第二类，将导电材料直接附着在已成型的纤维素基材表面等[SassoC，ZenoE，Petit-ConilM，ChaussyD，BelgacemMN，Tapin-LinguaS.Highlyconductingpolypyrrole/cellulosenanocompositefilmswithenhancedmechanicalproperties，MacromolecularMaterialsandEngineering，2010，10；RazaqA，NyholmL，SjodinM，StrommeM，MihranyanA.Paper-basedenergy-storagedevicescomprisingcarbonfiber-reinforcedpolypyrrole-cladophorananocellulosecompositeelectrodes，AdvancedEnergyMaterials，2012，4；杨小平，荣浩鸣，陆泽栋.碳纤维导电复合材料的电学性能研究，材料工程，2000，4]。目前常用于制备纤维素基导电复合材料的方法难以实现导电物质的均匀分布，所得复合材料的电导率受制备方法影响显著，且制备过程中会消耗大量化学品并产生挥发性的污染物，不利于环境保护和可持续发展。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对纤维素基复合导电材料结构均匀性难以保证等不足，提供一种具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料，其是以基于静电纺丝纤维的碳纤维为芯材，然后将上述芯材浸没在溶于离子液体的浆粕纤维中，最后使浆粕纤维析出并成型于碳纤维表面而制得的一种复合导电材料。所述的具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料的制备方法，采取如下步骤：(1)将棉浆粕浸泡于蒸馏水中20min后进行疏解，疏解过程转速为10000转/min，疏解时间为5min，疏解后将所得纤维在低温下烘至含水率低于1％得到烘干纤维；(2)取步骤(1)所得的烘干纤维与离子液体按照质量比1:100混合均匀，在120℃的条件下加热并机械搅拌反应60min制得纤维素溶液；(3)将聚丙烯腈与N，N-二甲基甲酰胺按质量比1:8～1:12混合后置于锥形瓶中进行水浴加热，水浴温度为80℃，水浴过程中上述混合物需机械搅拌直至完全溶解后获得纺丝液；(4)将步骤(3)制备获得的纺丝液装入注射器中进行静电纺丝，获得静电纺丝纤维；(5)将步骤(4)制得的静电纺丝纤维在空气中进行预氧化，然后在氮气保护下进行高温碳化，制得碳纤维；(6)将步骤(5)制得的碳纤维浸泡于步骤(2)所得的纤维素溶液中，向上述浸泡有碳纤维的纤维素溶液中加入蒸馏水后进行真空抽滤，然后将滤饼取出经低温干燥制得具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料。进一步的，所述步骤(1)中，棉浆粕与蒸馏水的质量比为1:15，疏解后的纤维烘干温度为45℃。进一步的，所述步骤(2)中，机械搅拌的转速为40r/min，烘干纤维溶解于离子液体的反应方程式如下：其中：[X]+是[EMIM]+或者[BMIM]+或者[BZMIM]+。进一步的，所述步骤(3)中，聚丙烯腈与N，N-二甲基甲酰胺的混合物的机械搅拌转速为120r/min。进一步的，所述步骤(4)中，静电纺丝过程的电压为16kV，接收距离为25cm，注射器控制流速为1.0mL/h～4.0mL/h，阳极与针头连接，连接阴极的铝箔为接收器，得到的静电纺丝纤维的直径为50nm～80nm，长度为300nm～500nm。进一步的，所述步骤(5)中，预氧化的升温速率为1.0℃/min，最高温度为280℃，保温时间为150min，预氧化过程发生的反应为：高温碳化的升温速率为10℃/min，最高温度为1200℃，保温时间为60min，高温碳化过程发生的反应为：进一步的，所述步骤(6)中，每1.0g碳纤维需要纤维素溶液200g～500g，纤维素溶液与蒸馏水的质量比为1:1；低温干燥的温度为40℃，干燥时间为24h。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术提供了一种具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料的制备方法；(2)本专利技术利用溶于离子液体的浆粕纤维素对碳纤维表面进行包覆，使所得复合导电材料具有突出的生物相容性；(3)本专利技术制备过程中不涉及挥发性有毒物质，溶剂可回收再利用，是制备环境友好型导电材料的有益原料；(4)本专利技术制得的具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料的电导率为160S/m～170S/m，电流密度可达1200A/cm2以上；(5)本专利技术提供的具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料的制备方法易与现有技术结合，可实现工业化生产。具体实施方式下面结合实施例详细说明本专利技术的技术方案，但保护范围并不受此限制。实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料，其特征在于：所述的纤维素基复合导电材料是以静电纺丝制得的碳纤维为芯材，然后将碳纤维浸没于浆粕纤维溶液中，最后使浆粕纤维析出并成型于碳纤维表面而获得的一种复合导电材料。

【技术特征摘要】
1.一种具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料，其特征在于：所述的纤维素基复合导电材料是以静电纺丝制得的碳纤维为芯材，然后将碳纤维浸没于浆粕纤维溶液中，最后使浆粕纤维析出并成型于碳纤维表面而获得的一种复合导电材料。2.权利要求1所述的具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料的制备方法，其特征在于采取如下步骤：(1)将棉浆粕浸泡于蒸馏水中20min后进行疏解，疏解过程转速为10000转/min，疏解时间为5min，疏解后将所得纤维在低温下烘至含水率低于1％得到烘干纤维；(2)取步骤(1)所得的烘干纤维与离子液体按照质量比1:100混合均匀，在120℃的条件下加热并机械搅拌反应60min制得纤维素溶液；(3)将聚丙烯腈与N，N-二甲基甲酰胺按质量比1:8～1:12混合后置于锥形瓶中进行水浴加热，水浴温度为80℃，水浴过程中上述混合物需机械搅拌直至完全溶解后获得纺丝液；(4)将步骤(3)制备获得的纺丝液装入注射器中进行静电纺丝，获得静电纺丝纤维；(5)将步骤(4)制得的静电纺丝纤维在空气中进行预氧化，然后在氮气保护下进行高温碳化，制得碳纤维；(6)将步骤(5)制得的碳纤维浸泡于步骤(2)所得的纤维素溶液中，向上述浸泡有碳纤维的纤维素溶液中加入蒸馏水后进行真空抽滤，然后将滤饼取出经低温干燥制得具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料。3.根据权利要求2所述的具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，棉浆粕与蒸馏水的质量比为1:15，疏解后所得纤维的烘干温度为45℃。4.根据权利要求2所述的具有稳定电导率的纤维素基复合导电材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，李沛瑶，洪亮，王莉，朱明，王娜，邓倩，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南,41