[发明专利]一种高取向复合导电纳米纤维

说明书

技术领域

本发明涉及一种高取向复合导电纳米纤维，具体地说，涉及一种通过提高纳米纤维的取向，采用静电纺丝技术，所制备的具有高度取向的PET/CNTs基复合导电纳米纤维。属于静电纺丝技术领域。

技术背景

导电高分子材料是一种导电性能接近金属或者半导体的一类功能材料，与金属或者半导体相比，具有轻量化，生产成本低，易于加工等优点，其中导电纳米纤维由于具备超高的比表面积，较大的长径比以及优异的导电性，在能源、电子、生物等领域具有广阔的应用前景。

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是目前最重要的工程塑料之一，具有优良的力学性能，高冲击强度和耐磨损性、耐蠕变性，又具有优异的物理性能、良好的耐化学药品性、极好的电绝缘性，通过纤维增强后可具有较高的耐热性并且刚性高、硬度大、吸水性小及尺寸稳定性好等优点，广泛用于食品包装与纤维领域。但PET本身存在一些缺陷，纯PET纺丝液制备的纳米纤维强度并不高，耐热性、耐候性和抗疲劳性较差，而且本身由于是绝缘体，导电性能较差。

碳纳米管(CNTs)是一种一维的管状碳分子，管上每个碳原子采取SP²杂化，相互之间以碳-碳σ键结合，从而形成六边形蜂窝状的碳纳米骨架。碳纳米管直径一般为几纳米至几十纳米左右，长度为几微米至毫米，具有很强的表面效应，量子尺寸效应以及高温抗力和电热传导性，广泛应用于许多领域，比如超级电容器、储氢材料、锂离子电池、催化剂载体等。但是由于碳纳米管表面活性基团非常少，加上表面积非常大，极易相互团聚与缠结，因此在聚合物中很难分散均匀，导致其优异的性能难以发挥。

静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，在强电场的作用力下，聚合物溶液或溶体在针头处形成尖锐的泰勒锥，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。静电纺丝是现在制备纳米纤维最方便有效的方法，具有低成本，高度可控，纤维尺寸均一等优点，通过静电纺丝制备的纳米纤维膜具有比表面积大，孔隙小等优点，广泛用于过滤器材、医疗器械、组织工程、液晶材料、催化剂等。当前通过静电纺丝技术制备导电纳米纤维虽然有一定的报道，但主要限于掺杂离子与金属等，相反，通过提高纳米纤维的取向，从而提高纤维膜导电性却鲜有报道。

发明内容

鉴于现有技术存在的缺点和不足，本发明采用静电纺丝技术，通过添加辅助电极，并往纺丝液中添加金属离子和改性碳纳米纤维，成功制备出具有高度取向的PET/CNTs基复合导电纳米纤维，实验表明，该导电纳米纤维在具备优异的导电性的同时，具备较高的力学强度，有很好的应用前景。

本发明的目的是制备一种新型的高取向复合导电纳米纤维，所得的纳米纤维直径可控，并且提供的制备方法相对简单，成本较低，在保证纤维膜力学强度的同时具有较高的导电性，具有良好的工业化前景。

为解决上述技术问题，本发明提供以下解决方案：

一种高取向复合导电纳米纤维，其特征在于，所述的高取向复合导电纳米纤维通过以下方法制得，其步骤包括：

(1)将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)溶于溶剂中形成稳定溶液a，再将金属盐溶于溶剂中并超声分散形成稳定溶液b，将溶液a与溶液b混合形成均一稳定的混合溶液，并加入碳纳米管悬浮液得到前驱体，将该前驱体超声分散2-24小时，得到纺丝溶液，纺丝溶液中金属盐、PET、溶剂和碳纳米管所占的质量百分数分别为：10-20％、10-20％、60-70％、5-10％；

其中，所述的金属盐为醋酸锌或/和钛酸四丁酯，

所述的溶剂选自水，乙醇，乙酸，苯酚，三氟乙酸，二氯甲烷，二甲基甲酰胺中的一种或多种，

所述的碳纳米管为接枝率为3.84％的羧基接枝多壁碳纳米管；

(2)：将步骤(1)中制得的纺丝溶液进行静电纺丝处理，得到高取向纳米纤维，在20-100℃的干燥箱内干燥，其中，静电纺丝处理时的纺丝电压10-50kv，辅助电极电压10-30kv，接收距离10-30cm，滚筒转速200-1000rpm，注射速率0.1-10ml/h；

(3)：将步骤(2)中制得的高取向纳米纤维热处理，得到所述的高取向复合导电纳米纤维。

步骤(3)中优选的热处理温度为10-500℃，热处理时间为1-100h。

本发明静电纺丝处理装置包括：用来注入纺丝液注射器，注射器前端为喷嘴，包覆铝箔的滚筒接收器，高压电源的正负极分别连接喷丝头与铝箔，在喷嘴和滚筒接收器之间设置一对上下平行的辅助电极，辅助电极连接高压电源。