[发明专利]一种SEBS/CNT/MXene复合导电橡胶纤维及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种SEBS/CNT/MXene复合导电橡胶纤维及其制备和应用，属于复合导电橡胶纤维制备技术领域。本发明以SEBS橡胶作为弹性基体，与CNT/MXene杂化导电填料共混，通过湿法纺丝制备得到SEBS/CNT/MXene复合导电橡胶纤维。该发明方法简单易行，可连续化生产，所制备的SEBS/CNT/MXene复合导电橡胶纤维强度高，化学性质稳定，在超高拉伸下仍具有良好导电性，可用作应变传感器实时监测人体运动，在可穿戴电子器件、智能织物、柔性电极等领域有着广泛应用前景。

技术领域

本发明属于复合导电橡胶纤维制备技术领域，具体涉及一种SEBS/CNT/MXene复合导电橡胶纤维及其制备和应用。

背景技术

纤维状应变传感材料与传统传感材料相比具有硬度更低、拉伸长度更长，灵敏度与线性度也相对较高等特点。同时纤维状应变传感材料由于其结构特点，可以通过进一步的编织、纺织的方法制作成可检测复杂应变的织物传感器，或者与商用织物进行一体化集成，因而成为柔性电子器件领域的研究热点。

苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)是一种三嵌段苯乙烯共聚物，是一类新型热塑性弹性体，由于其化学成分和微相分离结构，SEBS具有优异的拉伸性能和弹性回复性能，相对于常用的热塑性聚氨酯(TPU)，SEBS有着耐候性佳、抗老化、亲肤性好等优势，因而是一类更具应用前景的柔性应变传感器基材。将导电材料与SEBS橡胶通过填充或者吸附方式进行复合，可赋予绝缘的橡胶以导电性，制备可拉伸导电橡胶材料，拓展其在柔性电极、可穿戴电子器件、智能织物等领域的应用。

传统的导电材料如炭黑和金属粒子具有价廉、导电性能高等优势，由于表面惰性，一般通过填充的方式与橡胶进行复合来进行导电增强。然而，因为导电逾渗现象，这类导电材料的填充量一般较高，这样一方面会增加成本，另一方面会极大地破坏橡胶材料的力学性能。因此，选择合适的导电增强材料并优化填充复合方式，以低填充量获得高导电性和高力学性能的导电橡胶材料，是我们研发的重点。

发明内容

技术问题：

基于单一导电粒子的填充型导电橡胶材料由于粒子间相互作用力弱，一般在大形变下难以维持导电效果，且往往因为填充量过大，造成材料力学性能减弱。本发明的目的在于设计一种CNT/MXene杂化导电填料，通过一种简单高效的湿法纺丝制备出具有高可拉伸、导电性良好的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)/碳纳米管(CNT)/MXene复合导电橡胶纤维。

碳纳米管(CNT)是一种具有典型层状中空结构，管径在几纳米到几十纳米，长度在几微米到几十微米的一维碳基纳米材料，其具备特殊的物理化学性能，如良好的力学性能、导电性能、光学性能和磁学性能等，使碳纳米管能广泛应用于复合材料的增强增韧、锂离子电池的电极材料、储氢材料以及晶体管材料等领域。但是，碳纳米管的表面能较高，其在作为导电填充材料与橡胶复合时易于团聚，这往往会使碳材料的填充量增加，从而导致橡胶复合材料力学强度的急剧降低。

MXene是一种类石墨烯的新型的二维层状碳/氮化物，这类二维材料由几个原子层厚度的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成。同时，MXene凭借其高比表面积、高机械强度、良好的导电性、丰富的表面含氧基团等多重优势在各个领域显示出巨大的应用潜力。本发明以共分散的CNT/MXene为杂化导电填料，将其填充在SEBS橡胶中构建一种高耐形变的CNT/MXene杂化导电网络，利用简便易行的湿法纺丝手段制备了一种高可拉伸的SEBS/CNT/MXene复合导电纤维。该复合导电纤维强度高、可编织，在超大拉伸形变下依然具备导电性，表现出优异的应力传感性能。

本发明巧妙地利用CNT和MXene两种导电纳米粒子之间的界面相互作用，在SEBS橡胶中构建一种高耐形变的CNT/MXene杂化导电网络，从而实现SEBS/CNT/MXene复合纤维在超大拉伸形变下的导电增强效果。

技术方案：