柔性MXene高分子复合纤维及其制备方法技术

本申请关于一种柔性MXene高分子复合纤维及其制备方法，涉及导电纤维领域。本申请是采用多巴胺或其衍生物：聚苯乙烯磺酸作为价键供体和软联锁剂，将MXene与TPU、碳纳米管或其衍生物、纳米银颗粒进行交联复合，构筑稳固的导电网状结构，然后通过湿纺纺丝技术制备柔性MXene高分子复合纤维。解决了现有方法制备得到的湿纺MXene高分子复合纤维中MXene纳米片层较小且大小不均，层间相互作用弱，自支撑结构差，难以与高分子柔性材料结合构筑导电网状结构，而且MXene易于氧化，从而丧失导电性能的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
柔性MXene高分子复合纤维及其制备方法


[0001]本申请涉及导电纤维
，特别涉及一种柔性MXene高分子复合纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着人们生活水平的提高和对自身健康保护意识的增强，合成导电纤维的推广使用必然成为趋势，因此导电纤维的加工应向工艺简单、低成本的方向发展。而纳米技术的发展和系列功能纳米材料的开发和市场化为发展合成导电纤维带来了契机。特别是MXene作为一种二维层状过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，具有二维层状类石墨烯结构。得益于其类石墨烯的二维层状结构和化学组成，具有高电导率(≈104S/cm)、高比表面积(≈106m2/g)和优良的机械性能(杨氏模量≈330GPa)，获得了国内外研究人员的广泛关注，它是构建柔性传感器件的核心材料之一。将MXene纳米材料宏观组装成一维纤维的一个实用方法是湿法纺丝，通过纺丝液的凝胶化及凝固浴的固化形成纤维。例如一些研究者尝试利用MXene液晶制备了高导电的纯MXene纤维。类似于氧化石墨和碳纳米管，当具有高纵横比的MXene纳米片在分散液中达到了一定浓度即可形成有取向的液晶，再通过湿法纺丝技术，即可制备得到高度取向的MXene纤维。该纤维展现出高的电导率，但值得注意的是，这些纯MXene纤维的力学强度仍然较差，这使得纤维在实际过程中很难操作和展现功能。随后研究人员将MXene纳米片与聚氨酯(PU)等高分子纺丝液共混均匀后，再进行湿法纺丝可以得到MXene高分子复合纤维。湿法纺丝制备的MXene高分子复合纤维是一种相对简单且可扩展的方法，MXene可赋予高分子纤维导电、抗菌、传感、储能等多重特性。然而由于MXene纳米片层较小且大小不均，层间相互作用弱，自支撑结构差，其与PU作用时，难以与其结合呈稳固的导电网状结构，纤维分子链间易滑移，导致纤维电导率较低。因此，制备同时具有高电导率和高拉伸强度的MXene复合纤维，对于拓展MXene高分子复合纤维的实际应用至关重要。
[0003]目前的方法制备得到的湿纺MXene高分子复合纤维中MXene纳米片层较小且大小不均，层间相互作用弱，自支撑结构差，难以与高分子柔性材料结合构筑导电网状结构，而且Mxene易于氧化，从而丧失导电性能。需要对MXene表面进行功能化改性或使用交联剂可能会提高MXene高分子复合纤维的导电性能，同时改善MXene高分子复合纤维的拉伸强度。

技术实现思路

[0004]本申请的目的是提供一种柔性MXene高分子复合纤维及其制备方法，以解决现有方法制备得到的湿纺MXene高分子复合纤维中MXene纳米片层较小且大小不均，层间相互作用弱，自支撑结构差，难以与高分子柔性材料结合构筑导电网状结构，而且MXene易于氧化，从而丧失导电性能的问题。
[0005]为实现上述目的，本申请采用的技术方案为：
[0006]一方面，本申请提供了一种柔性MXene高分子复合纤维的制备方法，包括以下步
骤：
[0007]S1、将TPU加入DMF溶液中，使用恒温磁力搅拌器搅拌后，得到TPU纺丝原液；
[0008]S2、将MXene或其衍生物以及多巴胺或其衍生物：聚苯乙烯磺酸依次加入到DMF溶液中，使用恒温磁力搅拌器搅拌后，得到MXene混合溶液；
[0009]S3、将碳纳米管或其衍生物以及银粉末依次加入所述MXene混合溶液中，使用恒温磁力搅拌器搅拌后，得到MXene混合导电溶液；
[0010]S4、将所述MXene混合导电溶液缓慢倒入所述TPU纺丝原液中，使用恒温磁力搅拌器搅拌后，得到MXene混合纺丝溶液；
[0011]S5、将所述MXene混合纺丝溶液注入注射器中，在常温下进行湿法纺丝，使用注射泵将所述MXene混合纺丝溶液挤出至DMF水性凝固浴中，将经凝固浴凝固成型的初生纤维进行三倍的机械牵伸后，再进行热定型处理，最后将热定型处理后的纤维缠绕到匀速旋转的热辊上进行收集和干燥，得到柔性MXene高分子复合纤维。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述步骤S1中：
[0013]所述TPU的含量为0.5
‑
10.5g/L；
[0014]所述DMF的质量体积浓度为40
‑
300mg/mL；
[0015]所述恒温磁力搅拌器的恒温温度为40
‑
60℃，搅拌速度为150
‑
650rpm，搅拌时间为3
‑
12h。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述步骤S2中：
[0017]所述MXene或其衍生物的浓度为15
‑
75mol/L；
[0018]所述多巴胺或其衍生物：聚苯乙烯磺酸的浓度为0.2
‑
10.2mol/L；
[0019]所述DMF的质量体积浓度为10
‑
30mg/mL；
[0020]所述恒温磁力搅拌器的恒温温度为40
‑
60℃，搅拌速度为250
‑
850rpm，搅拌时间为15
‑
55min。
[0021]在一种可能的实现方式中，所述步骤S2中：
[0022]所述多巴胺或其衍生物包括盐酸多巴胺、类聚多巴胺、N
‑
3,4
‑
二羟基苯乙基丙烯酰胺中的一种。
[0023]在一种可能的实现方式中，所述步骤S2中：
[0024]所述MXene或其衍生物包括碳化钛、碳化二钛、碳化二铌、碳化二钒、氮碳化二钛、氮化二钛中的一种。
[0025]在一种可能的实现方式中，所述步骤S3中：
[0026]所述碳纳米管或其衍生物的浓度为0.5
‑
12.5mol/L，所述银粉末的浓度为2.5
‑
6.5mol/L；
[0027]所述恒温磁力搅拌器的恒温温度为40
‑
60℃，搅拌速度为100
‑
700rpm，搅拌时间为4
‑
12h。
[0028]在一种可能的实现方式中，所述步骤S3中：
[0029]所述碳纳米管或其衍生物包括氨基化碳纳米管、羧基化碳纳米管、羟基化碳纳米管、CNTs
‑
AM中的一种。
[0030]在一种可能的实现方式中，所述步骤S4中：
[0031]所述恒温磁力搅拌器的恒温温度为40
‑
60℃，搅拌速度为150
‑
650rpm，搅拌时间为
4
‑
8h。
[0032]在一种可能的实现方式中，所述步骤S5中：
[0033]所述注射器的体积容量为5
‑
40mL，针头内径为0.2
‑
0.8mm；
[0034]所述湿法纺丝的纺丝速率为0.5
‑
10.5mL/h；
[0035]所述凝固浴的长度为90cm；
[0036]所述热定型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性MXene高分子复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将TPU加入DMF溶液中，使用恒温磁力搅拌器搅拌后，得到TPU纺丝原液；S2、将MXene或其衍生物以及多巴胺或其衍生物：聚苯乙烯磺酸依次加入到DMF溶液中，使用恒温磁力搅拌器搅拌后，得到MXene混合溶液；S3、将碳纳米管或其衍生物以及银粉末依次加入所述MXene混合溶液中，使用恒温磁力搅拌器搅拌后，得到MXene混合导电溶液；S4、将所述MXene混合导电溶液缓慢倒入所述TPU纺丝原液中，使用恒温磁力搅拌器搅拌后，得到MXene混合纺丝溶液；S5、将所述MXene混合纺丝溶液注入注射器中，在常温下进行湿法纺丝，使用注射泵将所述MXene混合纺丝溶液挤出至DMF水性凝固浴中，将经凝固浴凝固成型的初生纤维进行三倍的机械牵伸后，再进行热定型处理，最后将热定型处理后的纤维缠绕到匀速旋转的热辊上进行收集和干燥，得到柔性MXene高分子复合纤维。2.根据权利要求1所述的柔性MXene高分子复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中：所述TPU的含量为0.5
‑
10.5g/L；所述DMF的质量体积浓度为40
‑
300mg/mL；所述恒温磁力搅拌器的恒温温度为40
‑
60℃，搅拌速度为150
‑
650rpm，搅拌时间为3
‑
12h。3.根据权利要求1所述的柔性MXene高分子复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中：所述MXene或其衍生物的浓度为15
‑
75mol/L；所述多巴胺或其衍生物：聚苯乙烯磺酸的浓度为0.2
‑
10.2mol/L；所述DMF的质量体积浓度为10
‑
30mg/mL；所述恒温磁力搅拌器的恒温温度为40
‑
60℃，搅拌速度为250
‑
850rpm，搅拌时间为15
‑
55min。4.根据权利要求1所述的柔性MXene高分子复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中：所述多巴胺或其衍生物包括盐酸多巴...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛洪莲，赵树强，蒋高明，贺海军，万爱兰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：