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有机-无机杂化导电网络增强聚合物/石墨烯复合纤维的导电性能

2022-04-20

纺织科学研究 2022年3期
关键词:导电性纺丝导电

据报道,东华大学材料科学与工程学院纤维材料改性国家重点实验室朱美芳院士团队利用自制的实验室级湿法纺丝设备连续化制备了聚合物基柔性导电杂化纤维(PVA/GnP &PVA/GnP/S)。团队通过对杂化体系在剪切流场和拉伸流场下石墨烯纳米片层(GnP)的聚集态结构演变过程来研究纤维的导电性,研究人员在杂化体系内部引入导电高分子PEDOT:PS,发现GnP 在纤维中存在着高度取向的结构,但受可纺性限制,难以通过负载量的提高构筑取向联通的导电网络。为了进一步提高CPS(S)组分,目的是利用S 相在体系内部构筑有机/无机杂化导电网络,强化电子在一维方向上的轴向传输。通过纺丝工艺设计和凝聚态结构的调控,研究人员最终获得了渗流阈值为0.2wt%的PVA/GnP/S 导电杂化体系,实现了33.6 S/m 高导电性聚合物基柔性杂化纤维的连续化制备。同时,该导电纤维还具有较好的力学性能和伸长率,断裂强度为4.82cN/dtex,满足纺织应用需求。

通过纺丝、牵伸、干燥和卷绕,研究人员制备出聚乙烯醇基导电杂化纤维丝桶。利用场发射扫面电镜对该纤维的微观形貌和结构进行表征。研究发现,导电纤维的表面存在着沟纹结构,纤维截面呈扁平状。这些形貌和结构的形成受控于湿法纺丝成形过程中,溶剂和凝固剂双扩散传质速率、纺丝液的组成以及浓度的高低。实际应用证明,该导电纤维的沟纹结构利于纤维吸湿性和服用舒适性的提高,更利于后道的纺织加工,这是因为粗糙的表面结构可以增加纱线间的抱合力的缘故。进而,研究人员利用导电长丝经过加捻设备的加捻得到了导电纤维纱线,并编织成导电纤维织物。通过导电性测试发现,该导电纤维织物具有良好的导电性(32.1 S/m),可以作为柔性导电载体点亮LED 灯。因此,作为电子信号的传输载体,该纤维在智能可穿戴产品领域具有很大的应用潜力。

(摘编自高分子科学前沿)

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