CN103603088B - 一种剑鞘型结构的导电纤维及其制备方法 - Google Patents
一种剑鞘型结构的导电纤维及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103603088B CN103603088B CN201310497650.7A CN201310497650A CN103603088B CN 103603088 B CN103603088 B CN 103603088B CN 201310497650 A CN201310497650 A CN 201310497650A CN 103603088 B CN103603088 B CN 103603088B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber
- type structure
- solution
- scabbard
- scabbard type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 34
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 32
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 15
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 15
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 11
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 11
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 10
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 10
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 claims description 10
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 9
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 7
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 7
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 7
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 7
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 6
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 6
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N hydrazine group Chemical group NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 claims description 6
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 6
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 claims description 6
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 6
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 5
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 5
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229940071870 hydroiodic acid Drugs 0.000 claims description 4
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4-difluorophenoxy)pyridin-3-amine Chemical compound NC1=CC=CN=C1OC1=CC=C(F)C=C1F LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LLYXJBROWQDVMI-UHFFFAOYSA-N 2-chloro-4-nitrotoluene Chemical compound CC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1Cl LLYXJBROWQDVMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OMIGHNLMNHATMP-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxyethyl prop-2-enoate Chemical compound OCCOC(=O)C=C OMIGHNLMNHATMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 3
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 claims description 3
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 3
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 3
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 claims description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 3
- 229960001031 glucose Drugs 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HDZGCSFEDULWCS-UHFFFAOYSA-N monomethylhydrazine Chemical compound CNN HDZGCSFEDULWCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HKOOXMFOFWEVGF-UHFFFAOYSA-N phenylhydrazine Chemical compound NNC1=CC=CC=C1 HKOOXMFOFWEVGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229940067157 phenylhydrazine Drugs 0.000 claims description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 3
- 235000011118 potassium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims description 3
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims description 3
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 3
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 claims description 3
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 claims description 3
- CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L sodium persulfate Substances [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 claims description 3
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 3
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 abstract 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 abstract 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract 1
- 229940068984 polyvinyl alcohol Drugs 0.000 description 9
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 6
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 6
- 238000002166 wet spinning Methods 0.000 description 6
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 description 4
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 229920003123 carboxymethyl cellulose sodium Polymers 0.000 description 2
- 229940063834 carboxymethylcellulose sodium Drugs 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920000151 polyglycol Polymers 0.000 description 2
- 239000010695 polyglycol Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Artificial Filaments (AREA)
Abstract
本发明公开了一种剑鞘型结构的导电纤维及其制备方法。它包括以下步骤:1)将碳纳米材料配成溶液1;2)将聚合物配成溶液2;3)将溶液1以一定的速度通过同轴纺丝针头的内管,同时,将溶液2以一定的速度通过同轴纺丝针头的外管一起挤出到凝固浴中,初步形成剑鞘型结构的凝胶纤维;4)将此凝胶纤维转移到含有还原剂的溶液中,在一定的温度下进行化学还原;5)将步骤4还原后的凝胶纤维用溶剂清洗后烘干,再收集到滚轴上,从而得到导电的剑鞘型结构的纤维。本发明简便、成本低、可适用性强,适合大规模工业化生产,生产出来的剑鞘型结构的纤维具有优异的电学和力学性能,可用于电力传输,抗静电织物,工程材料等领域。
Description
技术领域
本发明涉及纤维及其制备方法,尤其涉及一种剑鞘型结构的导电纤维及其制备方法。
背景技术
石墨烯是一层由碳原子以sp2杂化相连接而形成的二维材料。从2004年被英国的A. K. Geim (K. S. Novoselov, et al. Science, 2004, 306, 666-669)发现至今已引起科学和工业界广泛的关注。 2011年浙江大学的高超教授成功的利用氧化石墨烯的液晶相行为,石墨烯纺成纤维(Z. Xu, C. Gao, Nat. Comms., 2011, 2, 571),从而为石墨烯的材料制备开拓了一条新途径。之后,空心结构的石墨烯纤维,仿贝壳结构的石墨烯纤维相继被开发出来,从而进一步的带动了石墨烯组装纤维的发展。相比石墨烯,碳纳米管氧化后尽管在一定程度上改善了其在溶剂中的分散性,但还是远远达不到连续湿法纺丝的要求。2000年, Philippe Poulin教授利用表面活性剂辅助的方法将碳纳米管纺入聚乙烯醇的溶液中,从而首次通过湿法纺丝的方法得到了碳纳米管纤维(B. Vigolo, et al. Science, 2000, 290, 1331)。但是这种湿法纺丝的技术借助了表面活性剂且形成的纤维中含有聚乙烯醇,并不是纯的碳纳米管纤维,严重影响了纤维的导电性。迄今为止,还没有一种通用的湿法纺丝的方法可以同时用来制备连续的石墨烯,碳纳米管或者其他碳纳米材料纤维。这里,我们首次利用同轴湿法纺丝的技术,实现了各种碳纳米材料的的连续化纺丝,并且制备出来的纤维具有优美的剑鞘结构。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术不足,提供一种剑鞘型结构的导电纤维及其制备方法。
剑鞘型结构的导电纤维由内外两层结构组成,内层组分为导电的碳纳米材料,外层组分为聚合物,纤维内层的导电碳纳米材料被外层的聚合物紧密包裹,从而呈现出剑鞘型结构。纤维的内层导电组分直径为2微米到500微米,导电率为10-9 S/m到107 S/m,纤维的外层聚合物组分的厚度为1微米到100微米。
所述的碳纳米材料为富勒烯、炭黑、碳纳米管、碳纤维、氧化石墨烯或石墨烯中的一种或多种;所述的聚合物为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸环氧丙酯、聚酰胺、聚丙烯酰胺一种或多种。
剑鞘型结构的导电纤维的制备方法包括以下步骤:
1) 将1重量份的碳纳米材料溶于20~200重量份的溶剂,配成溶液1;
2) 将1重量份的聚合物溶于20~200重量份的溶剂,配成溶液2;
3)将溶液1以5~500 μL/min的速度通过同轴纺丝针头的内管,同时,将溶液2以5~500 μL/min速度通过同轴纺丝针头的外管一起挤出到凝固浴停留1min~2h中,形成剑鞘型结构的凝胶纤维;
4)将1重量份的凝胶纤维用1~200重量份的还原剂,在60~120℃下进行化学还原1min~24h;
5)将步骤4)还原后的凝胶纤维用溶剂清洗后于25~100℃下烘干,再收集到滚轴上,得到导电的剑鞘型结构的纤维。
所述的溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇或乙二醇的一种或多种。
所述的凝固液为氯化钙水溶液、氢氧化钠水溶液、硫酸钠水溶液、氯化钙水溶液、硝酸钠水溶液、硝酸钙水溶液、磷酸钠水溶液、氯化铵水溶液、氨水、丙酮、甲醇、四氢呋喃或乙酸乙酯中的一种或多种。
所述的还原剂为肼、甲基肼、苯肼、NaOH、KOH,氨水,氢碘酸、抗坏血酸、葡萄糖、硼氢化钠或氢醌。
本发明与现有技术相比具有的有益效果:
1)原料采用的碳纳米材料制备简单,成本较低;
2)原料采用的聚合物以实现产业化,可以轻易购得。
3)首次采用同轴湿法纺丝溶液纺丝的方法制备了剑鞘结构的纤维;
4)制得的剑鞘结构的纤维有着很好的导电性;
5)制得的剑鞘结构的纤维具有较高的强度和优异的柔韧性;
6)可通过改变碳纳米材料和聚合物的种类制备出不同种类的剑鞘结构的纤维。
附图说明
图1是羧甲基纤维素钠包裹的石墨烯组成的剑鞘结构的纤维;
图2是聚乙烯醇包裹的碳纳米管组成的剑鞘结构的纤维。
具体实施方式
剑鞘型结构的导电纤维由内外两层结构组成,内层组分为导电的碳纳米材料,外层组分为聚合物,纤维内层的导电碳纳米材料被外层的聚合物紧密包裹,从而呈现出剑鞘型结构。纤维的内层导电组分直径为2微米到500微米,导电率为10-9 S/m到107 S/m,纤维的外层聚合物组分的厚度为1微米到100微米。
所述的碳纳米材料为富勒烯、炭黑、碳纳米管、碳纤维、氧化石墨烯或石墨烯中的一种或多种;所述的聚合物为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸环氧丙酯、聚酰胺、聚丙烯酰胺一种或多种。
剑鞘型结构的导电纤维的制备方法包括以下步骤:
1) 将1重量份的碳纳米材料溶于20~200重量份的溶剂,配成溶液1;
2) 将1重量份的聚合物溶于20~200重量份的溶剂,配成溶液2;
3)将溶液1以5~500 μL/min的速度通过同轴纺丝针头的内管,同时,将溶液2以5~500 μL/min速度通过同轴纺丝针头的外管一起挤出到凝固浴停留1min~2h中,形成剑鞘型结构的凝胶纤维;
4)将1重量份的凝胶纤维用1~200重量份的还原剂,在60~120℃下进行化学还原1min~24h;
5)将步骤4)还原后的凝胶纤维用溶剂清洗后于25~100℃下烘干,再收集到滚轴上,得到导电的剑鞘型结构的纤维。
所述的溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇或乙二醇的一种或多种。
所述的凝固液为氯化钙水溶液、氢氧化钠水溶液、硫酸钠水溶液、氯化钙水溶液、硝酸钠水溶液、硝酸钙水溶液、磷酸钠水溶液、氯化铵水溶液、氨水、丙酮、甲醇、四氢呋喃或乙酸乙酯中的一种或多种。
所述的还原剂为肼、甲基肼、苯肼、NaOH、KOH,氨水,氢碘酸、抗坏血酸、葡萄糖、硼氢化钠或氢醌。
下面通过实施例对本发明进行具体描述,本实施例只用于对本发明做进一步的说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域的技术人员根据上述发明的内容做出一些非本质的改变和调整均属本发明的保护范围。
实施例1
1) 将200 mg的氧化石墨烯溶于40 mL水中,配成5 mg/mL的氧化石墨烯水溶液;
2) 将200 mg的羧甲基纤维素钠溶于40 mL水中,配成5 mg/mL的羧甲基纤维素钠溶液;
3) 将氧化石墨烯水溶液以5 μL/min的速度通过同轴纺丝针头的内管,同时,将羧甲基纤维素钠溶液以5 μL/min速度通过同轴纺丝针头的外管一起挤出到5%氯化钙凝固浴停留30 min中,初步形成剑鞘型结构的凝胶纤维;
4) 将此凝胶纤维用1 mL氢碘酸,在95℃下进行化学还原1h;
5) 将步骤4还原后的凝胶纤维用水和乙醇的混合溶液(体积比1:3)溶剂清洗后于30℃下烘干,再收集到滚轴上,从而得到导电的剑鞘型结构的纤维。
经过以上步骤,得到的纤维具有严格的剑鞘结构,内层石墨烯为导电层,导电率为7000 S/m,直径为20微米,外层羧甲基纤维素钠厚度为5微米,纤维拉伸强度为100~200 MPa,断裂伸长率为5%~10%。
实施例2
1) 将200 mg的氧化石墨烯溶于10 mL水中,配成20 mg/mL的氧化石墨烯水溶液;
2) 将200 mg的聚乙二醇溶于40 mL水中,配成5 mg/mL的聚乙二醇溶液;
3) 将氧化石墨烯水溶液以5 μL/min的速度通过同轴纺丝针头的内管,同时,将聚乙二醇溶液以10 μL/min速度通过同轴纺丝针头的外管一起挤出到5%氯化钙凝固浴停留10 min中,初步形成剑鞘型结构的凝胶纤维;
4) 将此凝胶纤维用1 mL水合肼,在95℃下进行化学还原1h;
5) 将步骤4还原后的凝胶纤维用水和乙醇的混合溶液(体积比1:3)溶剂清洗后于90℃下烘干,再收集到滚轴上,从而得到导电的剑鞘型结构的纤维。
经过以上步骤,得到的纤维具有严格的剑鞘结构,内层石墨烯为导电层,导电率为7000 S/m,直径为40微米,外层聚乙二醇厚度为5微米,纤维拉伸强度为100~200 MPa,断裂伸长率为5%~10%。
实施例3
1) 将200 mg的氧化石墨烯溶于10 mL水中,配成20 mg/mL的氧化石墨烯水溶液;
2) 将200 mg的聚丙烯酸溶于20 mL水中,配成10 mg/mL的聚丙烯酸溶液;
3) 将氧化石墨烯水溶液以5 μL/min的速度通过同轴纺丝针头的内管,同时,将聚丙烯酸溶液以5 μL/min速度通过同轴纺丝针头的外管一起挤出到5%氯化钙凝固浴停留10 min中,初步形成剑鞘型结构的凝胶纤维;
4) 将此凝胶纤维用1 mL水合肼,在95℃下进行化学还原1h;
5) 将步骤4还原后的凝胶纤维用水和乙醇的混合溶液(体积比1:3)溶剂清洗后于40℃下烘干,再收集到滚轴上,从而得到导电的剑鞘型结构的纤维。
经过以上步骤,得到的纤维具有严格的剑鞘结构,内层石墨烯为导电层,导电率为5000 S/m,直径为40微米,外层聚丙烯酸厚度为10微米,纤维拉伸强度为100~200 MPa,断裂伸长率为5%~10%。
实施例4
1) 将200 mg的氧化石墨烯溶于10 mL水中,配成20 mg/mL的氧化石墨烯水溶液;
2) 将200 mg的聚乙烯醇溶于10 mL水中,配成20 mg/mL的聚乙烯醇溶液;
3) 将氧化石墨烯水溶液以5 μL/min的速度通过同轴纺丝针头的内管,同时,将聚乙烯醇钠溶液以10 μL/min速度通过同轴纺丝针头的外管一起挤出到5%氯化钙凝固浴停留10 min中,初步形成剑鞘型结构的凝胶纤维;
4) 将此凝胶纤维用1 mL水合肼,在95℃下进行化学还原1h;
5) 将步骤4还原后的凝胶纤维用水和乙醇的混合溶液(体积比1:3)溶剂清洗后于90℃下烘干,再收集到滚轴上,从而得到导电的剑鞘型结构的纤维。
经过以上步骤,得到的纤维具有严格的剑鞘结构,内层石墨烯为导电层,导电率为5000 S/m,直径为40微米,外层聚乙烯醇厚度为20微米,纤维拉伸强度为100~200 MPa,断裂伸长率为5%~10%。
实施例5
1) 将200 mg的氧化的碳纳米管溶于10 mL水中,配成20 mg/mL的碳纳米管水溶液;
2) 将200 mg的聚酰胺溶于10 mL水中,配成20 mg/mL的聚酰胺溶液;
3) 将氧化的碳纳米管水溶液以5 μL/min的速度通过同轴纺丝针头的内管,同时,将聚酰胺溶液以10 μL/min速度通过同轴纺丝针头的外管一起挤出到5%氯化钙凝固浴停留10 min中,初步形成剑鞘型结构的凝胶纤维;
4) 将此凝胶纤维用1 mL水合肼,在95℃下进行化学还原1h;
5) 将步骤4还原后的凝胶纤维用水和乙醇的混合溶液(体积比1:3)溶剂清洗后于90℃下烘干,再收集到滚轴上,从而得到导电的剑鞘型结构的纤维。
经过以上步骤,得到的纤维具有严格的剑鞘结构,内层碳纳米管为导电层,导电率为6000 S/m,直径为40微米,外层聚酰胺厚度为20微米,纤维拉伸强度为100~200 MPa,断裂伸长率为5%~10%。
实施例6
1) 将200 mg的富勒烯溶于10 mL水中,配成20 mg/mL的富勒烯水溶液;
2) 将200 mg的聚乙烯醇溶于10 mL水中,配成20 mg/mL的聚丙烯酰胺溶液;
3) 将富勒烯的水溶液以10 μL/min的速度通过同轴纺丝针头的内管,同时,将聚丙烯酰胺溶液以5 μL/min速度通过同轴纺丝针头的外管一起挤出到5%氯化钙凝固浴停留10 min中,初步形成剑鞘型结构的凝胶纤维;
4) 将此凝胶纤维用1 mL氨水,在95℃下进行化学还原1h;
5) 将步骤4还原后的凝胶纤维用水和乙醇的混合溶液(体积比1:3)溶剂清洗后于90℃下烘干,再收集到滚轴上,从而得到导电的剑鞘型结构的纤维。
经过以上步骤,得到的纤维具有严格的剑鞘结构,内层富勒烯为导电层,导电率为5000 S/m,直径为30微米,外层聚丙烯酰胺厚度为10微米,纤维拉伸强度为100~200 MPa,断裂伸长率为5%~10%。
Claims (5)
1. 一种剑鞘型结构的导电纤维,其特征在于纤维由内外两层结构组成,内层组分为导电的碳纳米材料,外层组分为聚合物,纤维内层的导电的碳纳米材料被外层的聚合物紧密包裹,从而呈现出剑鞘型结构,纤维的内层导电组分直径为2微米到500微米,导电率为10-9 S/m到107 S/m,纤维的外层聚合物组分的厚度为1微米到100微米;所述的碳纳米材料为富勒烯、炭黑、碳纳米管、碳纤维、氧化石墨烯或石墨烯中的一种或多种;所述的聚合物为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸环氧丙酯、聚酰胺、聚丙烯酰胺一种或多种。
2. 一种如权利要求1所述剑鞘型结构的导电纤维的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
1) 将1重量份的碳纳米材料溶于20~200重量份的溶剂,配成溶液1;
2) 将1重量份的聚合物溶于20~200重量份的溶剂,配成溶液2;
3)将溶液1以5~500 μL/min的速度通过同轴纺丝针头的内管,同时,将溶液2以5~500 μL/min速度通过同轴纺丝针头的外管一起挤出到凝固浴停留1min~2h中,形成剑鞘型结构的凝胶纤维;
4)将1重量份的凝胶纤维用1~200重量份的还原剂,在60~120℃下进行化学还原1min~24h;
5)将步骤4)还原后的凝胶纤维用溶剂清洗后于25~100℃下烘干,再收集到滚轴上,得到导电的剑鞘型结构的纤维。
3. 根据权利要求2所述的一种剑鞘型结构的导电纤维的制备方法,其特征在于所述的溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇或乙二醇的一种或多种。
4. 根据权利要求2所述的一种剑鞘型结构的导电纤维的制备方法,其特征在于所述的凝固液为氯化钙水溶液、氢氧化钠水溶液、硫酸钠水溶液、硝酸钠水溶液、硝酸钙水溶液、磷酸钠水溶液、氯化铵水溶液、氨水、丙酮、甲醇、四氢呋喃或乙酸乙酯中的一种或多种。
5. 根据权利要求2所述的一种剑鞘型结构的导电纤维的制备方法,其特征在于所述的还原剂为肼、甲基肼、苯肼、NaOH、KOH,氨水,氢碘酸、抗坏血酸、葡萄糖、硼氢化钠或氢醌。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310497650.7A CN103603088B (zh) | 2013-10-22 | 2013-10-22 | 一种剑鞘型结构的导电纤维及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310497650.7A CN103603088B (zh) | 2013-10-22 | 2013-10-22 | 一种剑鞘型结构的导电纤维及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103603088A CN103603088A (zh) | 2014-02-26 |
CN103603088B true CN103603088B (zh) | 2015-05-06 |
Family
ID=50121348
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310497650.7A Active CN103603088B (zh) | 2013-10-22 | 2013-10-22 | 一种剑鞘型结构的导电纤维及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103603088B (zh) |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104178845B (zh) * | 2014-08-14 | 2016-05-18 | 青岛大学 | 一种碳基纳米粒子海藻酸钠多功能高性能复合纤维及其制备方法 |
CN105002595B (zh) * | 2015-07-21 | 2017-02-01 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种含部分还原石墨烯的高分子复合功能纤维及其制备方法 |
JP2017160562A (ja) * | 2016-03-10 | 2017-09-14 | ナノサミット株式会社 | 導電性繊維及びその製造方法 |
CN106637489B (zh) * | 2016-12-30 | 2019-03-29 | 天津工业大学 | 具有热电效应的聚合物皮芯复合纤维及其制备方法与应用 |
CN107177892B (zh) * | 2017-04-26 | 2019-10-11 | 西安交通大学 | 一种基于碳纳米材料的核壳结构纤维及其制备方法 |
CN107119342B (zh) * | 2017-06-05 | 2019-04-30 | 余姚帕吉索新材料科技有限公司 | 一种超高导电石墨烯聚酯纤维及其制备方法 |
CN107164817B (zh) * | 2017-06-06 | 2019-03-26 | 烟台市烯能新材料有限责任公司 | 一种石墨烯-氧化石墨烯复合尼龙纤维的制备方法 |
CN111556911B (zh) * | 2017-11-06 | 2022-12-23 | 阿卜杜拉国王科技大学 | 用于制备共聚物包裹的纳米管纤维的方法和装置 |
CN107904734B (zh) * | 2017-11-22 | 2020-06-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种高强、高弹性导电纤维及其制备方法 |
CN108611695A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-10-02 | 浙江理工大学 | 一种基于偶氮苯/氧化石墨烯/银纳米线的柔性感光导电纤维的制备方法 |
CN108823680A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-11-16 | 江苏月源纤维科技有限公司 | 一种皮芯型石墨烯掺杂导电纤维及纱线的制备方法 |
CN108729222A (zh) * | 2018-06-06 | 2018-11-02 | 吴江康欣医用敷料有限公司 | 一种促愈合可溶性手术纱布的制备方法及其应用 |
CN108842224B (zh) * | 2018-06-13 | 2020-12-04 | 东华大学 | 一种皮芯型石墨烯/海藻酸导电复合纤维及其制备方法 |
CN109267181B (zh) * | 2018-09-26 | 2022-07-26 | 嘉兴学院 | 一种具有空心结构石墨烯纤维的制备工艺 |
CN109680352A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-04-26 | 广州易森防护用品科技有限公司 | 一种用于手套的导电纤维的制备方法 |
CN109868527A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-06-11 | 北京服装学院 | 一种改性石墨烯纤维的制备方法 |
CN109811426B (zh) * | 2019-01-30 | 2020-05-26 | 四川大学 | 一种柔性的具有芯鞘结构的导电纤维及其制备方法 |
CN110284213B (zh) * | 2019-07-09 | 2020-07-14 | 西南交通大学 | 碳纳米管纤维复合材料、其制备方法及应用 |
CN111485296B (zh) * | 2020-05-19 | 2021-01-05 | 南京鼓楼医院 | 一种仿生多组分纤维的制备方法及应用 |
CN115262035B (zh) * | 2021-04-30 | 2024-06-04 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯纳米纤维材料及其制备方法与应用 |
CN114959947A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-08-30 | 东华大学 | 生物体信息传感和调节用多功能凝胶探针及其制备方法 |
CN114808193A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-07-29 | 东华大学 | 一种植入式凝胶光电极及其制备方法 |
CN114875523A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-08-09 | 东华大学 | 一种生物相容柔性杂化碳基生理电极及其制备方法 |
CN115467035A (zh) * | 2022-09-07 | 2022-12-13 | 五邑大学 | 一种导电纱线及其制备方法 |
CN115772725A (zh) * | 2022-11-03 | 2023-03-10 | 苏州经贸职业技术学院 | 功能性富勒烯纤维混纺丝绸面料的制备 |
CN115748010B (zh) * | 2022-11-18 | 2024-07-02 | 北京航空航天大学 | 低热导率和低发射率的中空纤维的制备方法及中空纤维的织物 |
-
2013
- 2013-10-22 CN CN201310497650.7A patent/CN103603088B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103603088A (zh) | 2014-02-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103603088B (zh) | 一种剑鞘型结构的导电纤维及其制备方法 | |
CN105603582B (zh) | 一种高强度连续石墨烯纤维及其制备方法 | |
CN103726133B (zh) | 高强度、紧凑有序多孔石墨烯纤维及其连续制备方法 | |
CN102828267B (zh) | 一种导电的高强度的石墨烯增强的聚合物纤维的制备方法 | |
CN102534868B (zh) | 一种高强度宏观石墨烯导电纤维的制备方法 | |
Qin et al. | Wearable and high-performance piezoresistive sensor based on nanofiber/sodium alginate synergistically enhanced MXene composite aerogel | |
Ma et al. | ZnO-assisted synthesis of lignin-based ultra-fine microporous carbon nanofibers for supercapacitors | |
CN104264260B (zh) | 一种石墨烯/纳米纤维素复合纤维及其制备方法 | |
CN104036971B (zh) | 一种石墨烯/碳纳米管复合纤维基超级电容器的制备方法 | |
CN102867650B (zh) | 一种高倍率超级电容器复合电极材料及其制备方法 | |
CN109331751B (zh) | 具备强韧结构的石墨烯基气凝胶材料及其制备方法 | |
CN107177892B (zh) | 一种基于碳纳米材料的核壳结构纤维及其制备方法 | |
JP2015530492A (ja) | 導電性グラフェン複合繊維の製造方法 | |
CN102634869B (zh) | 一种高强度导电石墨烯纤维的干纺制备方法 | |
Xu et al. | Eco-friendly and thermally stable cellulose film prepared by phase inversion as supercapacitor separator | |
CN105648579A (zh) | 一种超细石墨烯纤维及其制备方法 | |
CN104451925A (zh) | 一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维及其制备方法和应用 | |
CN106422995A (zh) | 一种石墨烯气凝胶和其杂化复合材料及其制备方法与应用 | |
CN104211056B (zh) | 一种高强度石墨烯膜的制备方法 | |
CN109763210A (zh) | 离子液体制备纤维素基碳纤维或碳膜的方法 | |
CN109437159B (zh) | 一种石墨烯-碳纳米管双组份悬浮液的制备方法 | |
CN103031618A (zh) | 一种氧化石墨烯和石墨烯中空纤维的制备方法 | |
Hu et al. | Lignin-based/polypyrrole carbon nanofiber electrode with enhanced electrochemical properties by electrospun method | |
CN104036970A (zh) | 一种柔性石墨烯纤维基非对称超级电容器的制备方法 | |
CN104362002A (zh) | 一种具有取向结构的石墨烯水凝胶膜电极 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190905 Address after: 313199 Room 830, 8th Floor, Changxing World Trade Building, 1278 Mingzhu Road, Changxing Economic Development Zone, Huzhou City, Zhejiang Province Patentee after: Changxin de Technology Co., Ltd. Address before: 310027 Hangzhou, Zhejiang Province, Xihu District, Zhejiang Road, No. 38, No. Patentee before: Zhejiang University |
|
TR01 | Transfer of patent right |