本发明专利技术公开了一种高弹性导电纤维，包括以下原料：碳纳米管、离子液体和高弹性聚合物，其中所述碳纳米管与所述高弹性聚合物的重量比为1∶8～20；所述碳纳米管与所述离子液体的重量比为4～6∶1。本发明专利技术还公开了一种高弹性导电纤维的制备方法。本发明专利技术的高弹性导电纤维既具有碳纳米管的高导电性，还具有聚合物纤维的力学性能。此外，该高弹性导电纤维可单轴拉伸至100％而无显著的电性能变化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及导电聚合物领域，尤其涉及一种高弹性导电纤维，以及其制备方法。
技术介绍
随着电子器件的大型化和轻便化，高弹性导电聚合物的研究引起了人们的广泛关注，有望成为传统的金属导电材料的更新换代产品。其可用于制备面积较大的太阳能电池、传感器、电激发器以及其他新型的柔性电子产品。与传统的金属导电材料相比较，高弹性导电聚合物具有可拉伸、折叠以及可变成任意复杂的曲线形状等多方面的优点，可应用在任意曲面，以及面积较大的电子产品的活动部件上。目前导电聚合物的制备方法主要包括以下三种I、后处理方法，S卩，使用导电材料处理聚合物，使导电材料附着在聚合物薄膜或纤维的表面，以赋予聚合物导电性。后处理方法有主要有三种(I)利用粘合剂将导电成分涂敷黏附在聚合物表面；(2)通过化学或电化学方法将本征导电高聚物沉积在聚合物表面；(3)利用真空喷涂或者电镀使金属微粉沉积在聚合物表面。这其中方法(I)是最为传统的涂覆方法，其步骤一般包括将粘合剂用适当的溶剂稀释，之后将导电成分分散于其中，以配制成涂覆液，然后将其涂覆于纤维表面，当溶剂挥发且粘合剂固化后，导电成分依靠粘合剂粘覆于纤维表面。该方法所制备导电纤维的缺点是涂层较厚，纤维手感硬，同时导电微粒易于脱落。2、熔融或溶液共混法，S卩，将导电成分(如，导电碳黑、金属粉末如铜、银、镍、镉等或其硫化物、氧化物等浅色导电化合物)与聚合物基体熔融或溶液共混，使导电成分掺杂在聚合物中，以赋予聚合物基体导电性。导电掺杂物本身通常表现良好的电子性能、可控性和稳定性，但机械强度差；而聚合物基体虽拥有良好的力学性能，但其电子特性差。通过该方法，将导电掺杂物加入到软的聚合物，可以提高基质材料的电子特性，并同时的揉合了优良的机械强度及优良电性能，而这正是实现柔性电子产品的关键。然而，该方法的缺点是，由于掺杂物之间相互有很强的范德华作用力，掺杂物粒子在聚合物基体中倾向于形成团聚，很难均匀分散，严重影响了所制备的导电聚合物的力学性能和电学性能。3、本征导电高聚物直接纺丝法，即将本征导电高聚物直接纺丝。本征导电高聚物主要有聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTH)、聚对苯(PPP)等。其中，聚苯胺材料因其原料价格较低、合成工艺较简单、导电性能的稳定性较好等特点而受到重视。直接纺丝法主要有三种(I)将聚苯胺的中间产物非导电的翠绿亚胺(EB)溶液经质子酸掺杂，经湿法纺丝制得导电纤维；(2)在PANI-EB溶液中掺杂十二烷基苯磺酸(DBSA)或与含有机金属锌的混合物共混塑化后，在熔融状态下加工成纤维；以及(3)采用电化学方法制备纳米聚苯胺导电纤维。然而，直接纺丝法的缺点是，由于本征导电高聚物不熔不溶的特点限制了其在加工成膜以及直接纺丝等方面的应用。因此，上述这些方法制备的导电聚合物均无法获得具有优异力学性能(可拉伸、折叠和变形性)和导电性能两者，并同时具有稳定性的高弹性导电聚合物。碳纳米管(CNT，包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管)因其独特的物理性质而受到越来越多的关注，特别是碳纳米管卓越的导电性、机械增强性质和热稳定性，使其有潜力成为导电聚合物优良的导电掺杂物。近年来，碳纳米管/导电聚合物复合材料的研究颇受关注。然而现有技术中，碳纳米管因彼此之间的范德华力，而在聚合物材料中易成束，难以均匀分散的问题仍然没有得到克服，这极大地影响了复合材料的导电性。 此外，如何实现碳纳米管在聚合物基体中的对齐和有序排列也是碳纳米管/聚合物导电复合物面临的另一问题。因此，依然需要对碳纳米管/聚合物导电复合材料中碳纳米管的分散和有序排列进行改进。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术中的以上的问题，提供一种具有优异力学性能(可拉伸、折叠和变形性)和导电性能两者，并同时具有稳定性的高弹性导电聚合物。本专利技术进一步要解决的技术问题，提供一种制备高弹性导电纤维的方法。为此，本专利技术一方面提供一种高弹性导电纤维，包括以下原料碳纳米管、离子液体和高弹性聚合物，其中，所述碳纳米管与所述高弹性聚合物的重量比为I : 8 20;所述碳纳米管与所述离子液体的重量比为4 6 I。优选实施方案中，所述碳纳米管为直径I 50nm、长度10 50 μ m的单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管，或它们的混合物。优选地，所述碳纳米管为直径10 20nm、长度10 20 μ m的多壁碳纳米管，所述多壁碳纳米管与所述高弹性聚合物的重量比为I : 9 ;并且所述多壁碳纳米管与所述离子液体的重量比为5 I。或者，所述碳纳米管为直径I 2nm、长度5 30 μ m的单壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管与所述高弹性聚合物的重量比为I : 19 ;并且所述单壁碳纳米管与所述离子液体的重量比为5:1。优选实施方案中，所述离子液体为I-丁基-3-甲基咪唑的盐，包括I-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、I-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、I-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、I- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，或它们的任意混合物。优选实施方案中，所述高弹性聚合物为纺丝用热塑性聚合物切片，所述热塑性聚合物包括聚氨酯、聚乙烯、聚酰胺，或它们的任意混合物。本专利技术另一方面提供一种制备高弹性导电纤维的方法，包括以下步骤(I)将碳纳米管与离子液体均匀混合，以得到预处理的碳纳米管；(2)将所述预处理的碳纳米管与高弹性聚合物均匀混合，以得到碳纳米管/高弹性聚合物共混物；(3)将所述碳纳米管/高弹性聚合物共混物进行纺丝、或在所述高弹性聚合物高弹态温度纵向拉伸处理，得到碳纳米管/高弹性聚合物高弹性导电纤维。优选实施方案中，所述步骤⑴于90-100°C的温度在高速混合机中进行。优选实施方案中，所述步骤(2)包括将所述预处理的碳纳米管与高弹性聚合物混合，并在双螺杆挤出机中于260-300°C的挤出温度挤出造粒，以得到所述碳纳米管/高弹性聚合物共混物母粒；并且所述步骤(3)包括真空干燥所述碳纳米管/高弹性聚合物共混物母粒，并将干燥的所述碳纳米管/高弹性聚合物共混物母粒在所述高弹性聚合物的高弹态温度纵向拉伸处理，以得到所述碳纳米管/高弹性聚合物高弹性导电纤维。优选实施方案中，所述步骤(2)包括将所述高弹性聚合物均匀溶解于溶剂中，以得到高弹性聚合物的溶液；以及将所述预处理的碳纳米管与所述高弹性聚合物的溶液均匀混合，以得到所述碳纳米管/高弹性聚合物共混物溶液，并且所述步骤(3)包括将所述碳纳米管/高弹性聚合物共混物进行溶液纺丝，以得到所述碳纳米管/高弹性聚合物纤维单丝。优选实施方案中，所述溶剂为能够溶解所述高弹性聚合物的有机溶剂，包括四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮，或它们的任意混合物。本专利技术的有益效果在于借助于离子液体，并在纵向拉伸的条件下，碳纳米管可以在聚合物基体中有序排列，形成稳定的的导电网络，改善碳纳米管的均匀分散和有序排列。解决了碳纳米管在聚合物基质中的分散和有序排列两个问题。即充分利用了碳纳米管优良的导电及导热特性，有效提高该高弹性导电纤维的安全性及高功率特性；同时利用碳纳米管良好的机械强度，还提高了所制备的导电纤维的力学性能。得到的导电纤维呈现卓越的导电性、高弹性、易于加工成型，且具有手感好、可重复多次拉伸和导电性持久等优点。本专利技术的高弹性导电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高弹性导电纤维，包括以下原料：碳纳米管、离子液体和高弹性聚合物，其特征在于，所述碳纳米管与所述高弹性聚合物的重量比为1∶8～20；所述碳纳米管与所述离子液体的重量比为4～6∶1。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：尚颂民，曾炜，陶肖明，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：
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