一种批量制备同时具有仿贝壳结构和螺旋结构的超强韧性纤维的方法

摘要

本发明公开了一种批量制备同时具有仿贝壳结构和螺旋结构的超强韧性纤维的方法，将微观—介观—宏观尺度相结合，通过层层组装的方式首先制备出仿贝壳结构的纤维，再通过干纺丝技术将这种纤维纺织成连续的螺旋结构，从而将仿贝壳和螺旋结构集成到同一纤维中。在受到轴向拉力时，通过介观上螺旋结构的开环和微观上石墨烯片之间滑移等多尺度变形抵抗外力做功，实现超高伸长率和抗拉强度，进而实现超高韧性。本发明所制备的同时具有仿贝壳结构和螺旋结构的纤维具有超高的伸长率（>400%）和超强韧性（~640 J/g），而且原料广泛，工艺简单连续，可以应用于不同二维无机纳米片与不用聚合物形成的纤维，具有普适性和可移植性。

主权项

一种批量制备同时具有仿贝壳结构和螺旋结构的超强韧性纤维的方法，其特征在于所述方法步骤如下：一、将二维无机纳米片与聚合物按一定比例混合，得到作为湿纺丝的原液，控制原液中二维无机纳米片的质量分数为0~100%；二、将步骤一中获得的原液移入1~25 mL的容器中，以0.1~100 mL/h的挤出速度通过内径为10~500 μm的纺丝针孔，挤出的原液进入凝结液中凝固0.5~15 min，再将凝固的纤维取出，洗涤3~5次，并在50~80 ℃烘箱中干燥12~24 h，得到具有仿贝壳结构的二维无机纳米片/聚合物纤维；三、将步骤二得到的纤维在干纺丝设备中进行纺织，调整扭矩为0.001~10 N/m，轴向拉力0.1~50 N，纺织10~120 min，形成具有连续螺旋结构的纤维，至此，获得同时具有仿贝壳结构和螺旋结构的二维无机纳米片/聚合物纤维。