[发明专利]一种多功能碳纳米管复合纱线的制备方法

说明书

本发明提供了一种多功能碳纳米管复合纱线的制备方法，首先将碳纳米管纱线放入膨松剂、相容剂和树脂基体的混合溶液中，静置；当混合溶液中的膨松剂渗入碳纳米管纱线内部后，会分解产生微气泡，产生微爆破作用，使得碳纳米管纱线的结构逐渐疏松，同时起到除杂作用；并使树脂基体分子或者纳米颗粒进入纱线内部，形成初步的碳纳米管复合纱线；再将初步的碳纳米管复合纱线加热烘干，通过混合溶液蒸发过程中产生的芯吸力，使初步的碳纳米管复合纱线结构紧实并固化，制备得到多功能碳纳米管复合纱线。本发明方法简单易行，成本低，可以实现产业化；所制备的复合纱线在智能纱线、线状电极和智能织物等领域具有重要的应用。

技术领域

本发明涉及一种多功能碳纳米管复合纱线的制备方法。

背景技术

碳纳米管是一种具有特殊碳六元环结构的一维量子材料，径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，具有优异的的力学、电学和热学性能。随着纳米技术的发展，应用化学气相沉积法等手段，碳纳米管可以直接制备成纱线。碳纳米管纱线继承了碳纳米管的优异性能。碳纳米管纱线可以织造或者组成各种结构的工程及应用材料，具有非常广泛的应用前景。

然而，由于碳纳米管纱线中的孔隙尺寸很小，表面没有活动官能团，热塑性的大分子树脂几乎无法进入其内部，限制了碳纳米管集合体复合材料的制作与应用。例如专利CN101462391 A以及专利号CN 104371129 A中所述的碳纳米管复合材料的制作方法，其用到的树脂就是热固性小分子环氧树脂，而对于大分子树脂就无法浸入，这就限制了碳纳米管复合材料的发展。

而恰恰热塑性复合材料可以回收利用，具有较大的环保、经济优势，如何使碳纳米管纱线和大分子树脂共同制成复合材料成为了当下的热门研究方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何使碳纳米管纱线和大分子树脂共同制成复合材料。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种多功能碳纳米管复合纱线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将碳纳米管纱线放入膨松剂、相容剂和树脂基体的混合溶液中，静置；当混合溶液中的膨松剂渗入碳纳米管纱线内部后，会分解产生微气泡，产生微爆破作用，使得碳纳米管纱线的结构逐渐疏松，同时起到除杂作用；并使树脂基体分子或者纳米颗粒进入纱线内部，形成初步的碳纳米管复合纱线；

步骤2：将步骤1中获得的初步的碳纳米管复合纱线加热烘干，通过混合溶液蒸发过程中产生的芯吸力，使初步的碳纳米管复合纱线结构紧实并固化，制备得到多功能碳纳米管复合纱线。

优选地，所述步骤1中，碳纳米管纱线的形式为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的组合纱线；碳纳米管纱线为导体、半导体或者导体与半导体的组合体。

优选地，所述步骤1中，碳纳米管纱线的制备方法为浮动催化化学气相生长法或碳纳米管阵列直接拉膜法。

优选地，所述步骤1中，相容剂为与碳纳米管纱线互溶的溶液；所述与碳纳米管纱线互溶的溶液为乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液。

优选地，所述步骤1中，膨松剂为质量百分比浓度10％～70％的过氧化氢溶液，或质量百分比浓度10％的稀硝酸溶液和亚硫酸钠的混合液。

更优选地，所述质量百分比浓度10％的稀硝酸溶液和亚硫酸钠的混合液中，稀硝酸溶液和亚硫酸钠的重量比为20∶1。

优选地，所述步骤1中，树脂基体为聚乙烯醇溶液，或溶于酒精或者丙酮的树脂聚合物。

更优选地，所述溶于酒精或者丙酮的树脂聚合物为环氧树脂或不饱和聚酯。

优选地，所述步骤1中，相容剂有助于进入碳纳米管纱线内部；膨松剂用于产生微气泡；因此相容剂和膨松剂的混合溶液能够进入碳纳米管纱线内部并产生微气泡，实现碳纳米管纱线的间隙调控，相容剂和膨松剂二者缺一不可。