技术领域
[0001] 本
发明涉及高分子材料制备技术领域，具体涉及一种含
碳纳米管的复合纤维及其制备方法。
背景技术
[0002] 纤维是指利用天然
纤维素浆粕(包括木浆粕、
棉浆粕、
甘蔗渣浆粕、竹浆粕或草类浆粕)溶解形成纤维素纺丝液，然后通过
干法纺丝或
湿法纺丝得到的纤维。但仅仅以纤维素浆粕为原料制备得到的纤维其
力学性能有待进一步提高，
现有技术一般都通过添加碳纳米管来提升纤维的力学性能。然而，在添加碳纳米管来提升纤维的力学性能的过程中，碳纳米管的分散问题是一直以来存在的问题；碳纳米管在纤维中分散不均，一方面会造成纤维力学性能提升空间不大，另一方面会增加碳纳米管的用量，增加制备成本。
[0003] 中国
专利CN200710036886.5公开了一种含碳纳米管的Lyocell纤维的制备方法；其先将碳纳米管放入强酸中纯化，然后再放入
表面活性剂中进行碳纳米管的前处理；其得到了能够在纤维中分散均匀的碳纳米管。但该方法由于使用强酸具有
腐蚀性，另一方面其还需进一步进行表面活性剂的功能化处理，增加的制备工序；且其仅仅是通过常规的表面活性剂进行活化，其分散性能以及对提高纤维的力学性能有待进一步提高。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种含碳纳米管的复合纤维的制备方法。所述制备方法中碳纳米管的处理方法简单，且能够充分分散在复合纤维中，一方面可以能减少碳纳米管的用量，另一方面还可以进一步提高复合纤维力学性能。
[0005] 本发明所要解决的上述技术问题，通过以下技术方案予以实现：
[0006] 一种含碳纳米管的复合纤维的制备方法，其包含如下步骤：
[0007] (1)将碳纳米管分散于
研磨溶剂中，然后放入研磨设备中进行研磨得碳纳米管浆料；取出后过滤干燥得研磨处理过的碳纳米管；
[0008] (2)将研磨处理过的碳纳米管加入到纤维素纺丝液中形成碳纳米管-纤维素纺丝液；
[0009] (3)将碳纳米管-纤维素纺丝液经
喷丝板喷出、
凝固和干燥后得含碳纳米管的复合纤维。
[0010] 优选地，步骤(1)中所述的研磨溶剂由石脑油、二缩三丙二醇以及N-甲基吡咯烷
酮组成。
[0011] 进一步优选地，步骤(1)中所述的研磨溶剂由体积比为5～10：1～3：1的石脑油、二缩三丙二醇以及N-甲基吡咯烷酮组成。
[0012] 最优选地，步骤(1)中所述的研磨溶剂由体积比为7：2：1的石脑油、二缩三丙二醇以及N-甲基吡咯烷酮组成。
[0013] 优选地，步骤(2)中研磨处理过的碳纳米管与纤维素纺丝液的重量用量比为0.5～5：1000。
[0014] 进一步优选地，步骤(2)中研磨处理过的碳纳米管与纤维素纺丝液的重量用量比为1～3：1000。
[0015] 优选地，步骤(2)中纤维素纺丝液中纤维素的含量为5～10
质量％。
[0016] 进一步优选地，步骤(2)中纤维素纺丝液中纤维素的含量为6～8质量％。
[0017] 优选地，步骤(2)中所述的纤维素纺丝液的溶剂为
含水量为20～30体积％的N-甲基吗啉-N-
氧化物溶液。
[0018] 优选地，步骤(2)中将碳纳米管-纤维素纺丝液经100孔、孔径为0.05～0.15mm喷丝板喷出，通过长度为5～15cm的气隙层，进入去离子水中凝固成型，再经水洗和干燥后得含碳纳米管的复合纤维。
[0019] 本发明还提供一种由上述制备方法制备得到的含碳纳米管的复合纤维。
[0020] 有益效果：本发明提供了一种全新的含碳纳米管的复合纤维的制备方法；该方法通过将碳纳米管在由石脑油、二缩三丙二醇以及N-甲基吡咯烷酮组成的研磨溶剂中进行研磨；该研磨溶剂一方面起到了纯化碳纳米管的作用；另一方面碳纳米管在该研磨溶剂中研磨能够使得碳纳米管充分的分散在复合纤维中，减少碳纳米管的用量，提高复合纤维的力学性能。采用该研磨溶剂进行研磨，一方面避免了现有技术中使用强酸对碳纳米管的纯化，杜绝了危险性
试剂的使用，提高生产的安全性以及环保型；另一方面还能节约生产工序，提高生产效率。
具体实施方式
[0021] 以下结合具体
实施例来进一步解释本发明，但本发明所述的保护范围不限于实施例。本发明实施例中未注明生产厂商的试剂和原料，均为可以通过市购获得的常规试剂和原料；未注明具体实验步骤或条件或者测试条件的，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤或条件或测试条件即可进行。
[0022] 实施例1含碳纳米管的复合纤维的制备
[0023] (1)将
单壁碳纳米管分散于10倍量的研磨溶剂(由体积比为7：2：1的石脑油、二缩三丙二醇以及N-甲基吡咯烷酮组成)中，然后放入卧式砂磨机中进行研磨30min得碳纳米管浆料；再将浆料取出后过滤、用
乙醇洗涤、干燥得研磨处理过的碳纳米管；
[0024] (2)将1g研磨处理过的碳纳米管加入到1000g含8质量％纤维素木浆(聚合度为1000)的纤维素纺丝液(纺丝液中的溶剂为含水量为26体积％的
N-甲基吗啉-N-氧化物溶液)中形成碳纳米管-纤维素纺丝液；
[0025] (3)将碳纳米管-纤维素纺丝液经100孔、孔径为0.10mm喷丝板喷出，通过长度为10cm的气隙层，进入去离子水中凝固成型，再经水洗和干燥后得含碳纳米管的复合纤维。
[0026] 经测试，本实施例方法制备得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度为8.72cN/dtex。
[0027] 实施例2含碳纳米管的复合纤维的制备
[0028] (1)将单壁碳纳米管分散于10倍量的研磨溶剂(由体积比为7：2：1的石脑油、二缩三丙二醇以及N-甲基吡咯烷酮组成)中，然后放入卧式砂磨机中进行研磨30min得碳纳米管浆料；再将浆料取出后过滤、用乙醇洗涤、干燥得研磨处理过的碳纳米管；
[0029] (2)将0.5g研磨处理过的碳纳米管加入到1000g含8质量％纤维素木浆(聚合度为1000)的纤维素纺丝液(纺丝液中的溶剂为含水量为26体积％的N-甲基吗啉-N-氧化物溶液)中形成碳纳米管-纤维素纺丝液；
[0030] (3)将碳纳米管-纤维素纺丝液经100孔、孔径为0.10mm喷丝板喷出，通过长度为10cm的气隙层，进入去离子水中凝固成型，再经水洗和干燥后得含碳纳米管的复合纤维。
[0031] 经测试，本实施例方法制备得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度为6.85cN/dtex。
[0032] 实施例3含碳纳米管的复合纤维的制备
[0033] (1)将单壁碳纳米管分散于10倍量的研磨溶剂(由体积比为5：3：1的石脑油、二缩三丙二醇以及N-甲基吡咯烷酮组成)中，然后放入卧式砂磨机中进行研磨30min得碳纳米管浆料；再将浆料取出后过滤、用乙醇洗涤、干燥得研磨处理过的碳纳米管；
[0034] (2)将1g研磨处理过的碳纳米管加入到1000g含10质量％纤维素木浆(聚合度为1000)的纤维素纺丝液(纺丝液中的溶剂为含水量为26体积％的N-甲基吗啉-N-氧化物溶液)中形成碳纳米管-纤维素纺丝液；
[0035] (3)将碳纳米管-纤维素纺丝液经100孔、孔径为0.10mm喷丝板喷出，通过长度为10cm的气隙层，进入去离子水中凝固成型，再经水洗和干燥后得含碳纳米管的复合纤维。
[0036] 经测试，本实施例方法制备得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度为5.61cN/dtex。
[0037] 实施例4含碳纳米管的复合纤维的制备
[0038] (1)将单壁碳纳米管分散于10倍量的研磨溶剂(由体积比为10：1：1的石脑油、二缩三丙二醇以及N-甲基吡咯烷酮组成)中，然后放入卧式砂磨机中进行研磨30min得碳纳米管浆料；再将浆料取出后过滤、用乙醇洗涤、干燥得研磨处理过的碳纳米管；
[0039] (2)将0.5g研磨处理过的碳纳米管加入到1000g含5质量％纤维素木浆(聚合度为1000)的纤维素纺丝液(纺丝液中的溶剂为含水量为26体积％的N-甲基吗啉-N-氧化物溶液)中形成碳纳米管-纤维素纺丝液；
[0040] (3)将碳纳米管-纤维素纺丝液经100孔、孔径为0.10mm喷丝板喷出，通过长度为10cm的气隙层，进入去离子水中凝固成型，再经水洗和干燥后得含碳纳米管的复合纤维。
[0041] 经测试，本实施例方法制备得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度为5.32cN/dtex。
[0042] 对比例1含碳纳米管的复合纤维的制备
[0043] (1)将单壁碳纳米管分散于10倍量的研磨溶剂(选用石脑油)中，然后放入卧式砂磨机中进行研磨30min得碳纳米管浆料；再将浆料取出后过滤、用乙醇洗涤、干燥得研磨处理过的碳纳米管；
[0044] (2)将1g研磨处理过的碳纳米管加入到1000g含8质量％纤维素木浆(聚合度为1000)的纤维素纺丝液(纺丝液中的溶剂为含水量为26体积％的N-甲基吗啉-N-氧化物溶液)中形成碳纳米管-纤维素纺丝液；
[0045] (3)将碳纳米管-纤维素纺丝液经100孔、孔径为0.10mm喷丝板喷出，通过长度为10cm的气隙层，进入去离子水中凝固成型，再经水洗和干燥后得含碳纳米管的复合纤维。
[0046] 经测试，本实施例方法制备得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度为3.46cN/dtex。
[0047] 对比例1与实施例1的区别在于对比例研磨溶剂仅仅为石脑油，其中不含二缩三丙二醇以及N-甲基吡咯烷酮。从其得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度来看，大幅小于实施例1的8.72cN/dtex；这说明研磨溶剂的组成对制备得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度有着十分重要的影响；只有在本发明所述的由石脑油、二缩三丙二醇以及N-甲基吡咯烷酮组成的研磨溶剂中进行研磨，才能使得碳纳米管充分分散在复合纤维中，才能进一步大幅提升其拉伸强度。
[0048] 对比例2含碳纳米管的复合纤维的制备
[0049] (1)将单壁碳纳米管分散于10倍量的研磨溶剂(由体积比为7：2的石脑油和二缩三丙二醇组成)中，然后放入卧式砂磨机中进行研磨30min得碳纳米管浆料；再将浆料取出后过滤、用乙醇洗涤、干燥得研磨处理过的碳纳米管；
[0050] (2)将1g研磨处理过的碳纳米管加入到1000g含8质量％纤维素木浆(聚合度为1000)的纤维素纺丝液(纺丝液中的溶剂为含水量为26体积％的N-甲基吗啉-N-氧化物溶液)中形成碳纳米管-纤维素纺丝液；
[0051] (3)将碳纳米管-纤维素纺丝液经100孔、孔径为0.10mm喷丝板喷出，通过长度为10cm的气隙层，进入去离子水中凝固成型，再经水洗和干燥后得含碳纳米管的复合纤维。
[0052] 经测试，本实施例方法制备得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度为4.64cN/dtex。
[0053] 对比例2与实施例1的区别在于对比例研磨溶剂仅仅由石脑油和二缩三丙二醇组成，其中不含N-甲基吡咯烷酮。从其得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度来看，大幅小于实施例1的8.72cN/dtex；这说明研磨溶剂的组成对制备得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度有着十分重要的影响；只有在本发明所述的由石脑油、二缩三丙二醇以及N-甲基吡咯烷酮组成的研磨溶剂中进行研磨，才能使得碳纳米管充分分散在复合纤维中，才能进一步大幅提升其拉伸强度。
[0054] 对比例3含碳纳米管的复合纤维的制备
[0055] (1)将单壁碳纳米管分散于10倍量的研磨溶剂(由体积比为7：1的石脑油以及N-甲基吡咯烷酮组成)中，然后放入卧式砂磨机中进行研磨30min得碳纳米管浆料；再将浆料取出后过滤、用乙醇洗涤、干燥得研磨处理过的碳纳米管；
[0056] (2)将1g研磨处理过的碳纳米管加入到1000g含8质量％纤维素木浆(聚合度为1000)的纤维素纺丝液(纺丝液中的溶剂为含水量为26体积％的N-甲基吗啉-N-氧化物溶液)中形成碳纳米管-纤维素纺丝液；
[0057] (3)将碳纳米管-纤维素纺丝液经100孔、孔径为0.10mm喷丝板喷出，通过长度为10cm的气隙层，进入去离子水中凝固成型，再经水洗和干燥后得含碳纳米管的复合纤维。
[0058] 经测试，本实施例方法制备得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度为4.55cN/dtex。
[0059] 对比例3与实施例1的区别在于对比例研磨溶剂仅仅由石脑油和N-甲基吡咯烷酮组成，其中不含二缩三丙二醇。从其得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度来看，大幅小于实施例1的8.72cN/dtex；这说明研磨溶剂的组成对制备得到的含碳纳米管的复合纤维的拉伸强度有着十分重要的影响；只有在本发明所述的由石脑油、二缩三丙二醇以及N-甲基吡咯烷酮组成的研磨溶剂中进行研磨，才能使得碳纳米管充分分散在复合纤维中，才能进一步大幅提升其拉伸强度。
