一种碳纳米管芳纶纤维的制备方法及碳纳米管芳纶纤维与流程

1.本发明芳纶纤维技术领域，具体涉及一种碳纳米管芳纶纤维的制备方法及碳纳米管芳纶纤维。


背景技术：

2.碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
3.碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管的导电性能劣于碳纳米管，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能及有手性。
4.碳纳米管具有良好的传热性能，cnts具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。
5.碳纳米管具有非常优异的性能，但是直到目前，它的应用领域还没有很好的发展。国内外有些报道，把碳纳米管制备成薄膜、涂层等材料，由于难于加工而得不到发展。


技术实现要素：

6.鉴于此，有必要提供一种工序简洁性能优良的碳纳米管芳纶纤维的制备方法。
7.一种碳纳米管芳纶纤维的制备方法，包括下述步骤：
8.获取碳纳米管芳纶聚合物；
9.将所述碳纳米管芳纶聚合物进行过滤、真空脱泡后制备成拉丝胶体，并于20-90℃的条件下保存；
10.将所述拉丝胶体过滤后并经首次成型形成初生纤维；
11.将所述初生纤维再次成型后再经拉伸、水洗、烘干及定型后得到所述碳纳米管芳纶纤维。
12.在其中一些实施例中，在获取碳纳米管芳纶聚合物的步骤中，具体包括下述步骤：
13.将酰胺类极性有机溶剂放置在充满氮气的聚合装置中；
14.将间苯二胺和碳纳米管添加至所述酰胺类极性有机溶剂中溶解，得到混合溶液；
15.于0-20℃的温度下，将间苯二甲酰氯混合物与所述混合溶液进行缩聚反应，生成芳纶缩聚物和副产物氯化氢；
16.在低于30℃的温度下，将所述副产物氯化氢用碱土金属氧化物、氢氧化物或者氨
气发生中和反应，得到所述碳纳米管芳纶聚合物。
17.在其中一些实施例中，所述碳纳米管材料占芳纶绝干含量的比例为5％-40％，碳纳米的直径为60-100nm，长度为3-10um。
18.在其中一些实施例中，所述碳纳米管芳纶聚合物的浓度＝10-22wt％，[η]＝1.2-2.0，ph值＝6.8-7.3。
[0019]
在其中一些实施例中，在将所述碳纳米管芳纶聚合物进行过滤、真空脱泡后制备成拉丝胶体，并于20-90℃的条件下保存的步骤中，具体为：
[0020]
将所述碳纳米管芳纶聚合物通过20-50微米的过滤介质过滤，真空脱泡，制备成拉丝胶体，保存在20-90度的条件下。
[0021]
在其中一些实施例中，所述的过滤介质为烧结毡，所述烧结毡的颗粒尺寸在200-500目之间。
[0022]
在其中一些实施例中，在将所述拉丝胶体过滤后并经首次成型形成初生纤维的步骤中，具体为：
[0023]
将所述拉丝胶体通过纺前过滤器过滤后由计量泵输送进喷丝头，在一浴中成型液中喷出成为初生纤维，其中：所述喷丝头的孔径为0.05-0.3mm，孔数在5000-20000个之间，所述一浴成型液为温度为20-50度的混合液体，所述混合液体包括质量份数为40-60％的酰胺溶剂、其余为水。
[0024]
在其中一些实施例中，所述酰胺溶剂为二甲基乙酰胺。
[0025]
在其中一些实施例中，在将所述初生纤维再次成型后再经拉伸、水洗、烘干及高温定型后得到所述碳纳米管芳纶纤维的步骤中，具体为：
[0026]
将所述初生纤维通过二浴成型液的喷淋区再次成型后再经过三浴拉伸，水洗、烘干、高温定型得到碳纳米芳纶纤维成品，所述二浴成型液包括质量份数为30-50％的二甲基乙酰胺，其余是水，所述三浴拉伸的液体为10-30％的二甲基乙酰胺水混合液，所述烘干的温度为120-130℃，所述定型的温度为320-350℃。
[0027]
另外，本发明还提供了一种碳纳米管芳纶纤维，由所述的碳纳米管芳纶纤维的制备方法制备得到。
[0028]
相较于现有技术，本技术提供的碳纳米管芳纶纤维的制备方法，获取碳纳米管芳纶聚合物，将所述碳纳米管芳纶聚合物进行过滤、真空脱泡后制备成拉丝胶体，将所述拉丝胶体过滤后并经首次成型形成初生纤维，将所述初生纤维再次成型后再经拉伸、水洗、烘干及定型后得到所述碳纳米管芳纶纤维，上述碳纳米管芳纶纤维，将碳纳米均匀分布在芳纶聚合物中，制备的碳纳米芳纶聚合物可以加工成碳纳米芳纶沉析纤维，成为制备导电导热纸页的材料，其均匀性非常好，导电导热性能也非常优异，制备工艺简单。
[0029]
此外，本发明将制备的碳纳米芳纶聚合物可以加工成碳纳米芳纶纤维，赋予纤维有良好的导电导热耐高温性能，可以编织成碳纳米芳纶织物，赋予这种织物具有良好的耐高温、阻燃、绝缘、抗氧化、导电导热性能；由于该碳纳米管芳纶织物由于具备良好的耐高温、阻燃、绝缘、抗氧化、导电导热性能，可以广泛用于制备各种功能性材料，例如：具备发热、防火功能的服装；具备发热、防火功能的窗帘；具备发热、防火功能的家具用品；具备发热、防火功能的消防服；具备发热、防火功能的军警用作战服、作训服等。
60％的酰胺溶剂、其余为水。
[0051]
进一步地，所述酰胺溶剂为二甲基乙酰胺。
[0052]
步骤s140：将所述初生纤维再次成型后再经拉伸、水洗、烘干及定型后得到所述碳纳米管芳纶纤维。
[0053]
具体地，将所述初生纤维通过二浴成型液的喷淋区再次成型后再经过三浴拉伸，水洗、烘干、高温定型得到碳纳米芳纶纤维成品，所述二浴成型液包括质量份数为30-50％的二甲基乙酰胺，其余是水，所述三浴拉伸的液体为10-30％的二甲基乙酰胺水混合液，所述烘干的温度为120-130℃，所述定型的温度为320-350℃。
[0054]
本发明上述实施例将生成的碳纳米芳纶聚合物依次通过纺前滤芯过滤、精密喷头，在一浴成型液里面首次成型，然后经过二浴成型液二次成型，此时的纤维已经具备一定的强度，然后经过三级拉伸，赋予纤维更高的强度，再把经过拉伸的纤维通过高效水洗机洗涤干净，进入干燥区干燥，干燥区的温度控制在100-120度的范围内，然后进入320-350度的结晶机机结晶定型，得到亮黑色的碳纳米芳纶纤维产品。
[0055]
上述碳纳米管芳纶纤维，将碳纳米均匀分布在芳纶聚合物中，制备的碳纳米芳纶聚合物可以加工成碳纳米芳纶沉析纤维，成为制备导电导热纸页的材料，其均匀性非常好，导电导热性能也非常优异，制备工艺简单。
[0056]
此外，本发明将制备的碳纳米芳纶聚合物可以加工成碳纳米芳纶纤维，赋予纤维有良好的导电导热耐高温性能，可以编织成碳纳米芳纶织物，赋予这种织物具有良好的耐高温、阻燃、绝缘、抗氧化、导电导热性能；由于该碳纳米管芳纶织物由于具备良好的耐高温、阻燃、绝缘、抗氧化、导电导热性能，可以广泛用于制备各种功能性材料，例如：具备发热、防火功能的服装；具备发热、防火功能的窗帘；具备发热、防火功能的家具用品；具备发热、防火功能的消防服；具备发热、防火功能的军警用作战服、作训服等。
[0057]
以下结合详细实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0058]
实施例1
[0059]
在配置强烈搅拌和夹套冷冻的的反应釜中，把1份的苯二胺加到7.5份的干燥的二甲基乙酰胺中，溶解30min后，加入0.1份直径60nm，长度10um的碳纳米管搅拌30min；把温度控制在0-10度，连续慢慢的加入1.88份间苯二甲酰氯进行缩聚反应，副产物氯化氢用0.70份氢氧化钙二甲基乙酰胺(氢氧化钙和二甲基乙酰胺的比例为1：1.5-2.5)混合溶液连续中和反应，控制温度低于30度，反应生成的聚间苯二甲酰氯间苯二胺胶体聚合物，聚合物的浓度＝16wt％，[η]＝1.63，ph值＝6.8；聚合物亮黑色，质量良好。
[0060]
把聚合物在20-40微米的压滤机过滤，真空脱泡；然后通过孔数为10000，孔径为0.2mm的喷丝头，在一浴成型浴中首次成型，成型浴的组成为dmac为50％，其余为水，温度为38度。其次通过二浴成型液浴成型，组成为二甲基乙酰胺43％，其余为水。凝固后的纤维经过倍数3倍的拉伸，拉伸浴的组成为：23％的二甲基乙酰胺，其余是水。经过高效水洗机水洗、干燥机干燥、高温结晶机结晶，得到碳纳米芳纶纤维。纤度：1.6dtex，强度为：3.7cn/dtex，伸长率为29％。
[0061]
实施例2
[0062]
在配置强烈搅拌和夹套冷冻的的反应釜中，把1份的苯二胺加到7.5份的干燥的二甲基乙酰胺中，溶解30min后，加入0.2份直径60nm，长度10um的碳纳米管搅拌30min；把温度
控制在0-10度，连续慢慢的加入1.88份间苯二甲酰氯进行缩聚反应，副产物氯化氢用0.70份氢氧化钙二甲基乙酰胺(氢氧化钙和二甲基乙酰胺的比例为1：1.5-2.5)混合溶液连续中和反应，控制温度低于30度，反应生成的聚间苯二甲酰氯间苯二胺胶体聚合物，聚合物的浓度＝16wt％，[η]＝1.63，ph值＝6.8；聚合物亮黑色，质量良好。
[0063]
把聚合物在20-40微米的压滤机过滤，真空脱泡；然后通过孔数为10000，孔径为0.2mm的喷丝头，在一浴成型浴中首次成型，成型浴的组成为dmac为55％，其余为水，温度为38度。其次通过二浴成型液浴成型，组成为二甲基乙酰胺43％，其余为水。凝固后的纤维经过倍数3倍的拉伸，拉伸浴的组成为：23％的二甲基乙酰胺，其余是水。经过高效水洗机水洗、干燥机干燥、高温结晶机结晶，得到碳纳米芳纶纤维。纤度：1.7dtex，强度为：3.5cn/dtex，伸长率为32％。
[0064]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。