[发明专利]高弹性导电纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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：

1、后处理方法，即，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：(1)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(1)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，即，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：(1)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。

发明内容

本发明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。

本发明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，本发明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1∶8～20；所述碳纳米管与所述离子液体的重量比为4～6∶1。

优选实施方案中，所述碳纳米管为直径1～50nm、长度10～50μm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。