一种蜘蛛丝蛋白/碳纳米管导电复合纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种蜘蛛丝蛋白/碳纳米管导电复合纤 维及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 蜘蛛丝是自然界强度最高的蛋白质纤维之一，具有高强度、高伸长、高断裂功、低 比重等优异的性能。蜘蛛丝虽然具有高性能，但是却不能像蚕丝一样通过养殖的方法大量 获得，因此，用人工的方法大量而经济地生产蜘蛛丝纤维必将对纤维和纺织业的发展产生 深远的影响，目前人造蜘蛛丝的研宄还在试验阶段，纺出的丝纤维的性能和天然蜘蛛丝相 比还有一定差距。
[0003] 碳纳米管具有比重低、长径比高，并且可以重复弯曲、扭折而不破坏结构的特点， 而且碳纳米管具有高模量和高强度，力学性能良好，还具有良好的电学性能和传热性能。因 此，将碳纳米管加入到聚合物材料中能制备出强度高、重量轻、性能好的复合材料，而且只 需要添加少量的碳纳米管即可以大幅度的提高聚合物材料的导电性、机械性能和导热性， 有效的提尚复合材料的综合性能，提尚广品的附加值。
[0004] 中国专利CN 103201418B(公开日2013. 7. 10)公开的凝聚纺丝结构体及其制造方 法和使用凝集纺丝结构体的电线，将碳纳米管分散于含表面活性剂的醇类溶剂中形成分散 液，然后将分散液加入N-甲基吡咯烷酮等凝聚液中，将碳纳米管进行凝聚纺丝，得到碳纳 米管比重高于75 %的电线，制备的纤维导电性能高于500S/cm，但力学性能有限，因为碳纳 米管脆性比较大，缺少高聚物的柔韧性会导致纤维硬而脆。中国专利CN104264263A(公开 日2015. 1. 7)公开的一种丝蛋白/碳纳米管杂化纤维及其制备方法，将丝蛋白和碳纳米管 混合水溶液为纺丝原液，硫酸铵水溶液为凝固液，利用湿法纺丝的方法制备丝蛋白/碳纳 米管杂化纤维，制备工艺简单，环境友好，节能高效，获得的丝蛋白/碳纳米管杂化纤维力 学性能良好，可与天然蜘蛛丝纤维相媲美，但是其导电性能未可知。
[0005] 本发明将凝聚纺丝工艺运用到碳纳米管和蜘蛛丝蛋白中，力求得到力学性能和导 电性能佳的蜘蛛丝蛋白/碳纳米管纤维。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种蜘蛛丝蛋白/碳纳米管导电复合纤维及其 制备方法，将碳纳米管和蜘蛛丝蛋白作为原料，经凝聚纺丝工艺，得到蜘蛛丝蛋白/碳纳米 管复合纤维，该复合纤维中碳纳米管和蜘蛛丝蛋白的含量适中，纤维具备优良的力学性能 和导电性能。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
[0008] 一种蜘蛛丝蛋白/碳纳米管导电复合纤维，其特征在于，所述蜘蛛丝蛋白/碳纳米 管复合纤维包含碳纳米管、蜘蛛丝蛋白和其他物质，所述其他物质可以为凝固剂残留、溶剂 残留和杂质残留，所述蜘蛛丝蛋白/碳纳米管复合纤维经凝聚纺丝工艺制备。
[0009] 优选地，所述蜘蛛丝蛋白/碳纳米管导电复合纤维中碳纳米管的含量为12-17%， 蜘蛛丝蛋白的含量为63-79 %。
[0010] 本发明还提供一种蜘蛛丝蛋白/碳纳米管导电复合纤维的制备方法，其特征在 于：包括以下步骤：
[0011] (1)将碳纳米管经硝酸煮沸后，溶于溶剂中，经超声波处理使碳纳米管分散均匀， 得到分散均匀的碳纳米管溶液；
[0012] (2)将蜘蛛丝充分溶解于99%的六氟异丙醇，静置去除杂质、透析、过滤、浓缩后 得到再生蜘蛛丝蛋白溶液；
[0013] (3)将步骤⑵制备的蜘蛛丝蛋白溶液以500-1000rpm/min搅拌10-20min后，加 入步骤（1)制备的碳纳米管溶液得到纺丝液，继续搅拌，经凝聚纺丝工艺得到碳纳米管/蜘 蛛丝蛋白复合纤维。
[0014] 作为上述技术方案的优选，所述步骤（1)中，碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳 米管和多壁碳纳米管。
[0015] 作为上述技术方案的优选，所述步骤（1)中，溶剂为去离子水或者异丙醇。
[0016] 作为上述技术方案的优选，所述步骤（1)中，碳纳米管溶液的浓度为1-10%。
[0017] 作为上述技术方案的优选，所述步骤（2)中，再生蜘蛛丝蛋白溶液的浓度为 1-5 % 〇
[0018] 作为上述技术方案的优选，所述步骤（3)中，纺丝液中，按体积比，蜘蛛丝蛋白溶 液：碳纳米管溶液=(10-1) :1。
[0019] 作为上述技术方案的优选，所述步骤（3)中，碳纳米管/蜘蛛丝蛋白复合纤维的直 径为2-7 ym。
[0020] 作为上述技术方案的优选，所述步骤（3)中，碳纳米管/蜘蛛丝蛋白复合纤维的断 裂强度为〇. 26-0. 49GPa，断裂伸长率为51-75%，电导率为247-392S/cm。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0022] (1)本发明将蜘蛛丝蛋白与碳纳米管相结合，将蜘蛛丝和碳纳米管的优异性能相 结合，得到力学性能优异，导电性好的复合纤维。
[0023] (2)本发明中采用碳纳米管经酸处理后，亲水性变好，更有利于分散，碳纳米管的 分散度越好，复合纤维中碳纳米管的分散好，团聚少，有利于提高复合纤维性能的均匀性。
[0024] (3)本发明中采用凝聚纺丝工艺制备碳纳米管/蜘蛛丝蛋白纤维，经凝聚纺丝工 艺制备的复合纤维中的碳纳米管的浓度可高于常规的10%，而且凝聚纺丝工艺制备的复合 纤维的可调性高，可根据实际情况调节工艺参数。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明 用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0026] 实施例1 :
[0027] (1)将单壁碳纳米管经硝酸煮沸后，溶于1000ml去离子水溶剂中，经超声波处理 lOmin使碳纳米管分散均匀，得到分散均匀，浓度为1%的碳纳米管溶液。
[0028] (2)将蜘蛛丝充分溶解于99%的六氟异丙醇，静置去除杂质、透析、过滤、浓缩后 得到浓度为1%的再生蜘蛛丝蛋白溶液。
[0029] (3)按体积比，将10份的蜘蛛丝蛋白溶液以500rpm/min搅拌20min后，加入1份 的碳纳米管溶液得到纺丝液，继续搅拌，经凝聚纺丝工艺得到直径为2 y m碳纳米管/蜘蛛 丝蛋白复合纤维，其中碳纳米管的含量为12 %，蜘蛛丝蛋白的含量为67 %。
[0030] 实施例2 :
[0031] (1)将双壁碳纳米管经硝酸煮沸后，溶于l〇〇〇ml异丙醇溶剂中，经超声波处理 lOmin使碳纳米管分散均匀，得到分散均匀，浓度为10%的碳纳米管溶液。
[0032] (2)将蜘蛛丝充分溶解于99%的六氟异丙醇，静置去除杂质、透析、过滤、浓缩后 得到浓度为5%的再生蜘蛛丝蛋白溶液。
[0033] (3)按体积比，将10份的蜘蛛丝蛋白溶液以1000rpm/min搅拌20min后，加入1份 的碳纳米管溶液得到纺丝液，继续搅拌，经凝聚纺丝工艺得到直径为7 y m碳纳米管/蜘蛛 丝蛋白复合纤维，其中碳纳米管