一种聚合物纳米导电纤维及其制备方法_2

文档序号:9467338阅读:来源:国知局
所述的共挤出汇流器和分层叠加单元的温度设置可采用成纤复合型 导电聚合物树脂和分隔聚合物树脂挤出机口模温度的较高者或比照此温度上浮或下浮 10-20。。。
[0019] 本发明中,所述交替层结构纤维可通过调节螺杆转速来实现纤维层厚度分布,从 而控制两种物料在交替层结构中的体积比。
[0020] 本发明中,所述的将交替层结构中的分隔聚合物树脂剥离出去,可以利用成纤复 合型导电聚合物树脂和分隔聚合物树脂在水或有机溶剂中的溶解性差异,把分隔聚合物溶 解掉而保留成纤导电聚合物,获得纤维形状纳米导电聚合物。
[0021] 本发明中,所述的制备聚合物微纳米导电纤维尺寸可调节范围为50 nm-700n m。
[0022] 本发明易操作、成本低、可连续并大量生产,得到的导电纤维尺寸范围广且可控, 生产过程中无溶剂污染,从而便于工业化生产。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明中微层共挤出系统装置图示。
[0024] 图2为层叠加单元以及纤维切割模具示意图。
[0025] 图3为PE/CB与PE0复合纤维界面扫描电镜照片。
[0026] 图4为PE/CB纳米纤维扫描电镜照片。
[0027] 图中标号:1为第一挤出机,2为第二挤出机,3为界面润滑剂接入栗,4为共挤出汇 流器,5为分层叠加单元,6为纤维切割模具。
【具体实施方式】
[0028]以下实施例是仅为更进一步具体说明本发明,在不违反本发明的主旨下,本发明 应不限于以下实验例具体明示的内容。
[0029] 所用原料如下: PE (Q210),上海石油化工股份有限公司 PC (2856),拜耳(中国)有限公司上海分公司 Silicone Oil (201),济南赢裕化工有限公司 Carbon Black, CB (XC-200),泉州科骏化工有限公司 MWCNT (HQNANO-CNTs-010-O),苏州恒球石墨烯科技有限公司 Copper powder, CP (7440-50-8),上海程欣实业有限公司 PE0,(150万分子量)上海联邦化工有限公司、DOW Chemical (P0LY0X WSR N80) PS (PG-33),镇江奇美化工有限公司 本发明【具体实施方式】如下: 一、微纳层共挤出制备聚合物树脂交替层结构的纤维 将复合型导电聚合物树脂和分隔聚合物树脂分别通过两台挤出机进行熔融挤出,再将 熔融物料输送至汇流器(可在汇流器处添加界面润滑剂,使纤维层之间易于分离),并在此 汇合,通过用分层叠加单元进行叠加切割的原理,在分层过程中层的结构经历垂直切割分 成二料流、水平展开及重新合并,从而使层的数量增倍,很明显经过n个分层叠加单元将形 成2 n+1共挤层,并经过纤维模具切割以及收卷装置得到单层厚度为纳米级的复合型导电聚 合物树脂和分隔聚合物树脂交替层结构纤维,可通过调节挤出机螺杆转速来制备不同体积 比的交替层纤维。
[0030] 二、剥离工序制备聚合物树脂微纳米导电纤维 剥离工序可分三种方法进行: 1.若添加界面润滑剂,将得到的聚合物树脂交替结构纤维进行高速搅拌,转速为800 转/分钟,并超声分散24小时,从而将水溶性树脂进行分离,得到尺寸均匀可控的纳米级导 电纤维。
[0031] 2.若没添加界面润滑剂,将得到的聚合物树脂交替结构纤维进行高速搅拌,转速 为800转/分钟,并超声分散24小时,从而用有机溶剂将非水溶性的分隔树脂进行选择性 溶解分离,得到尺寸均匀可控的纳米级导电纤维。
[0032] 3.若没添加界面润滑剂,将得到的聚合物树脂交替结构纤维用高压水枪冲洗,压 力为5MPa,20分钟,从而将水溶性树脂进行分离,得到尺寸均匀可控的纳米级导电纤维。
[0033] 实施例1 用如图1所示微层共挤出方法制备PE/CB纳米导电纤维。第一挤出机1、第二挤出机2 分别加入 PE (Q210)/CB (XC-200)的共混物和 PE0 (P0LY0X WSR N80),对于 PE/MWCNT,挤 出机各区温度依次为120°C、150°C、180°C,螺杆转速为10r/min ;对于PE0,挤出机各区温度 依次为60°(:、120°(:、180°(:,螺杆转速为15以111111;在通过栗将3111(3〇116 011(201)加入共 挤出汇流器中,栗的转速为50r/min ;共挤出汇流器及分层叠加单元切割模块为200°C,口 模温度为190~200°C,并且分层叠加切割模块有9个分层叠加单元,从而得到2 W的交替层 结构。并用收卷装置进行收卷,从而得到1024层尺寸均匀的交替层纤维,将得到的PE/CB 与PE0交替结构纤维进行高速搅拌并超声分散,从而将PE0树脂进行分离,得到尺寸均匀可 控的PE/CB纳米导电纤维。
[0034] 将最初得到的交替层纤维和处理后得到的纳米导电纤维通过QUANTA 250 FEG SEM进行形貌观察和尺寸分析,图3 (a)为得到的1024层交替结构截面图,在此转速下 得到的单层PE/CB与PE0体积比为1:1,图4 (a)为得到的导电纤维扫描电镜图,结果表 明微层共挤出制备的纳米纤维尺寸分布均匀,平均尺寸分布在300nm左右。导电纤维的 导电性能采用武汉佰力博科技有限公司的HRMS-800四探针聚合物电阻率测量系统,按照 GBT1410-2006标准进行测试,测试环境温度为23±2°C,相对湿度50±5%,如表1所示 300nm的PE/CB导电纤维体积电阻率为4W01 Q ? cm。
[0035] 实施例2 用如图1所示微层共挤出方法制备PE/CB纳米导电纤维。第一挤出机1、第二挤出机2 分别加入 PE (Q210)/CB (XC-200)和 PEO (P0LY0X WSR N80),对于 PE/CB,挤出机各区温度 依次为120°(:、150°(:、180°(:,螺杆转速为1(^/111111;对于?£0,挤出机各区温度依次为60°(:、 120°C、180°C,螺杆转速为25r/min ;汇流器及分层叠加单元切割模块为200°C,口模温度为 190~200°C,设置切割模块有9个叠加单元,从而得到2W的交替层结构。并用收卷装置进行 收卷,从而得到体积比为3:5的1024层交替纤维,将得到的PE/CB与PE0交替结构纤维用 高压水枪冲洗,从而将PE0树脂进行分离,得到尺寸均匀可控的PE/CB纳米导电纤维。
[0036] 将得到的交替层纤维和纳米纤维通过QUANTA 250 FEG SEM进行形貌观察和尺寸 分析,图3 (b)为得到的1024层交替结构截面图,在此转速下得到的单层PE/CB与PE0体 积比为3:5,图4 (b)扫描电镜检测结果表明,微层共挤出制备的1024层纳米纤维尺寸分 布均匀,平均尺寸分布在400nm左右。导电纤维的导电性能采用武汉佰力博科技有限公司 的HRMS-800四探针聚合物电阻率测量系统,按照GBT1410-2006标准进行测试,测试环境 温度为23±2°C,相对湿度50±5%,如表1所示400nm的PE/CB导电纤维体积电阻率为 4*10 1 ^ ? cm〇
[0037] 实施例3 用如图1所示微层共挤出方法制备PE/CB纳米导电纤维。第一挤出机1、第二挤出机2 分别加入 PE (Q210)/CB (XC-200)和 PEO (P0LY0X WSR N80),对于 PE/CB,挤出机各区温度 依次为120°(:、150°(:、180°(:,螺杆转速为1(^/111111;对于?£0,挤出机各区温度依次为60°(:、 120°C、180°C,螺杆转速为25r/min ;汇流器及分层叠加单元切割模块为200°C,口模温度为 190~200°C,分别设置切割模块有8个、9个、10个叠加单元,从而得到2 9、21(]、2n的交替层结 构。并用收卷装置进行收卷,从而得到体积比为1:1的512层、1024层、2048层交替纤维, 将得到的PE/CB与PE0交替结构纤维用高压水枪冲洗,从而将PE0树脂进行分离,得到尺寸 不同的PE/CB纳米导电纤维。
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