【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料，具体涉及一种原位氢键增强的芳纶纳米纤维/碳纳米管复合纤维及其制备方法。
技术介绍
1、碳纳米管具有独特的原子和电子结构，以及优异的机械性能、导热性和导电性。然而，由于碳纳米管纤维是碳纳米管通过较弱的范德华作用力构建，且组装较为松散，导致碳纳米管之间的接触面积很小，因此碳纳米管纤维的拉伸强度远低于单个碳纳米管的拉伸强度。为了提升碳纳米管纤维的拉伸强度，增强碳纳米管之间的相互作用力是十分必要的。
2、目前已有多种策略来增强碳纳米管之间的相互作用，比如通过溶剂致密化碳纳米管纤维，使其组装得更加紧密(nat.commun.2019,10,2962)，或者使用聚合物对碳纳米管纤维进行渗透(acs nano 2010,4,5827)，但这两种方法只是缩小了碳纳米管之间的距离或填充了碳纳米管之间的空隙，属于物理方式增强，并没有在其中引入更强的作用力例如化学键来加强纤维的拉伸强度。在此基础上，有研究人员在碳纳米管之间引入碳-碳共价键(carbon2019,146,627)，该方式可以较大地提高碳纳米管纤维之间的作用力，但实验条件较为苛刻，且碳纳米管纤维的柔性严重下降，影响其使用性能。要实现碳纳米管纤维的连续化原位增强，需要在简化实验条件的同时，便捷地引入较强的分子间作用力。
3、相较于形成要求较高的共价键，强度适中、易于形成的氢键引起了广泛关注。氢键的强度为4.2-167.4kj/mol，强于范德华作用力的强度(0.4-4kj/mol)。如果能将氢键引入碳纳米管纤维中，则可以实现碳纳米管纤维的原位
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对现有工艺制备的碳纳米管纤维拉伸张力不足，无法进一步拓展应用等问题，提供一种原位氢键增强的芳纶纳米纤维/碳纳米管复合纤维及其制备方法，旨在改善碳纳米管纤维的力学性能。
2、本专利技术提供的原位氢键增强的芳纶纳米纤维/碳纳米管复合纤维的制备方法，具体步骤为：
3、(1)首先，对碳纳米管纤维进行亲水性处理，然后将其浸润于芳纶纳米纤维溶液中，使芳纶纳米纤维填充到碳纳米管的纳米孔道中；所述芳纶纳米纤维溶液的固含量为0.005wt％-1wt％；
4、(2)然后，碳纳米管纤维将浸润于质子供体凝固浴中，与碳纳米管纤维表面的官能团结合形成氢键；其中所述质子供体凝固浴为去离子水、甲醇、乙醇、丙酮、乙二醇、无机酸和有机酸的一种或几种；
5、(3)最后，置于收缩溶剂中浸润，烘干，即得到原位氢键增强的芳纶纳米纤维/碳纳米管复合纤维；其中所述收缩溶剂为乙醇、丙酮、二氯甲烷、乙二醇的一种或几种。
6、本专利技术通过在碳纳米管的纳米孔道中原位生成氢键，可以有效增强碳纳米管纤维的力学性能，拓宽碳纳米管纤维应用场景。
7、本专利技术中：
8、所述亲水性处理为氧等离子体处理、酸处理中的一种或几种。
9、所述芳纶纳米纤维溶液的固含量优选为0.01wt％-0.05wt％。
10、本专利技术中：
11、当亲水性处理方式为氧等离子体处理时，其步骤为将碳纳米管纤维置于等离子体清洗机中，设定功率为100-500w，优选为100-200w；时间为0.5-20min，优选为0.5-3min，通入氧气进行等离子体处理。
12、当亲水性处理方式为酸处理时，其步骤为将碳纳米管纤维置于圆底烧瓶中，然后加入强无机酸，加热回流后，用去离子水充分冲洗后烘干。
13、本专利技术中：
14、所述强无机酸为浓硝酸、浓盐酸、浓硫酸的一种或几种。
15、所述加热回流时间为2-10h，优选为3-6h。
16、本专利技术制备的芳纶纳米纤维/碳纳米管复合纤维，具有优异的力学性能。进一步加捻后至直径为30-100μm，拉伸断裂伸长率为10％；其拉伸强度达到1.23gpa。
17、本专利技术通过引入氢键，实现了碳纳米管纤维的原位氢键增强，有效提升碳纳米管纤维的力学性能，拓宽碳纳米管纤维的应用场景。
18、本专利技术的有益效果为：
19、(1)与纯碳纳米管纤维相比，由于在碳纳米管之间引入了更强的氢键，原位氢键增强的芳纶纳米纤维/碳纳米管复合纤维有效提升了碳纳米管纤维的力学性能，可以进一步将其进行宏观组装成各种形式，使得碳纳米管纤维的应用更加广泛。
20、(2)该复合纤维制备工艺简单，仅需要先进行亲水性处理，再浸润于芳纶纳米纤维溶液中，然后浸润于质子供体凝固浴中，最后浸润于收缩溶剂中，烘干即可对碳纳米管纤维进行原位氢键增强，具有一定规模化生产的前景。
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1.一种原位氢键增强的芳纶纳米纤维/碳纳米管复合纤维的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述亲水性处理为氧等离子体处理、酸处理中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
4.一种由权利要求1-3之一所述制备方法得到的原位氢键增强的芳纶纳米纤维/碳纳米管复合纤维。
5.根据权利要求4所述的原位氢键增强的芳纶纳米纤维/碳纳米管复合纤维，其进一步加捻后直径为30-100μm，拉伸断裂伸长率为10％，拉伸强度达到1.23GPa。
【技术特征摘要】
1.一种原位氢键增强的芳纶纳米纤维/碳纳米管复合纤维的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述亲水性处理为氧等离子体处理、酸处理中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
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