Page 163 - 《精细化工》2021年第1期

第 1 期 令旭霞，等: 聚苯胺-碳纤维导电纸的制备 ·153·

PANI-CP 的导电性能与物理性能如表 4 所示。 物因编织的纤维较长和尺寸不稳定问题。又如，周洋
[20] 以漂白针叶木浆为原料制备聚苯胺导电纸，其电
表 2 L-PANI-CP 的 L，a，b 值 导率为 0.112 S/cm，PANI-CP 不但没有因为芳纶浆
Table 2 L, a, b values of L-PANI-CP
粕是绝缘材料而使得导电性能变差，而且还因芳纶
L a b DE 平均值
浆粕耐酸腐蚀，解决了植物纤维在聚苯胺酸性合成
标准样 33.53 –9.81 5.70
过程中的酸水解问题。张悦等 [21] 以碳纸为基材，电
对比样 1 30.73 –8 4.21 3.65 2.936
化学合成聚苯胺纳米纤维，其导电率为 5.97 S/cm，王
对比样 2 30.36 –6.35 3.26 5.29
开丽 [22] 以日本东丽碳纤维纸为基材，通过石墨烯改
对比样 3 33.04 –9.37 5.28 0.79
性树脂制备聚苯胺三维导电复合材料，其电导率为
对比样 4 34.78 –8.13 5.34 2.13
0.072 S/cm。相比较而言，PANI-CP 不但电导率较高、
对比样 5 35.94 –8.35 5.55 2.82
实验操作简单而且解决了纯碳纤维纸易折损问题。
表 3 PANI-CP 的 L，a，b 值
Table 3 L, a, b values of PANI-CP
L a b DE 平均值
标准样 54.21 –4.53 –5.49
对比样 1 54.76 –3.83 –5.50 0.89 0.998
对比样 2 53.44 –4.47 –4.35 1.37
对比样 3 54.80 –4.25 –5.34 0.67
对比样 4 55.02 –3.48 –5.72 1.35

对比样 5 53.50 –4.58 –5.46 0.71
图 12 CP、PANI-CP 的小灯泡实验
表 4 PANI 原位聚合前后 CP 性能变化 Fig. 12 Small bulb experiments of CP and PANI-CP

Table 4 CP performance changes before and after in-situ
polymerization of PANI 3 结论
样品 CP L-PANI-CP PANI-CP
PANI 附着量/g 0 0.528 0.534 （1）相对于常见的液相原位聚合法，本文以改
电导率/(S/cm) 1.553 2.923 5.435 良的分步液相原位聚合法使聚苯胺均匀生长在碳纤
抗张指数/(N·m/g) 20.145 23.634 27.665 维纸基体上，解决了聚苯胺絮聚、分布不均匀的问
2
撕裂指数/(kPa·m /g) 1.995 2.101 3.687 题，为聚苯胺均匀生长在其他基体上提供了一种操
作简单、可行的实验方法，且 CP 的导电性能与物
CP、PANI-CP 的小灯泡实验见图 12。从表 4 和
理强度均得到提升，以期为柔性超级电容器电极材
图 12 可以看出，两种方法制备的导电纸 PANI 的附
料、电磁屏蔽纸的制备提供新思路。
着量差不多，PANI 的存在不但提高了 CP 的导电性
（2）优化得到适宜的聚苯胺-碳纤维导电纸制备
能，而且增加了其物理强度。这主要是因为 PANI
工艺：当苯胺与盐酸物质的量比为 2、过硫酸铵浓
分子链为刚性结构，其次 PANI 的生成增加了氢键
度为 0.375 mol/L、反应时间为 12 h、碳纤维质量分
结合，从而增加了物理性能，虽然二者 PANI 附着
数为 20%时，相对于 L-PANI-CP，PANI-CP 的总色
量差不多，但是因 PANI-CP 中 PANI 附着均匀，表
差值 DE 降低 66.0%，证实了采用分布液相原位聚
面覆盖膜完整（图 9b），使得导电网络构建完整，
合法的聚苯胺生长的均匀性；相对于 CP，PANI-CP
因此导电性能与物理强度均高于 L-PANI-CP。小灯
的电导率为 5.435 S/cm，导电性能提高 250.0%，抗
泡实验进一步证明了 PANI-CP 的导电性能远高于
张指数为 27.665 N·m/g，物理强度提高 37.3%；且
CP（图 12）。相对于 CP 和 L-PANI-CP，PANI-CP
相对于液相原位聚合法制备的导电纸（L-PANI-CP），
的导电性能分别提高 250.0%和 85.9%；相对于 CP
导电性能提高 85.9%。
（20.145 N·m/g），PANI-CP 的抗张指数（27.665 N·m/g）
提高 37.3%，撕裂指数提高 84.8%。此外，与其他 参考文献：
相似材料制备所得导电纸相比具有一定优势：如柯贵 [1] YANG Y W (杨雨薇). The study on the polyaniline/carbon fiber
珍等 [10] 以棉织物为基材制备聚苯胺导电棉织物，电 flexible electrode materials for supercapacitor[D]. Beijing: Beijing
University of Chemical Technology (北京化工大学), 2018.
阻高达 2.1 kΩ，而 PANI-CP 的电阻降低两个数量级 [2] DUTTA K, DAS S, KUMAR P, et al. Polymer electrolyte membrane
with high selectivity for direct methanol fuel cells: A preliminary
（本实验所得 PANI-CP 的电阻为 91.2 Ω，体积电阻率
study based on blends of partially sulfonated poly-polyaniline and
为 0.184 Ω·cm，电导率为 5.435 S/cm）且改善了棉织 PVDF-co-HFP[J]. Applied Energy, 2014, 118: 183-191.