Electrically conductive and strong cellulose-based composite fibers reinforced with multiwalled carbon nanotube containing multiple hydrogen bonding moiety

材料科学 复合材料 复合数 极限抗拉强度 微观结构 纤维 碳纳米管 纤维素 拉伸试验 化学工程 工程类
作者
Tae‐Won Lee,Mijeong Han,Sang-Eui Lee,Young Gyu Jeong
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier]
卷期号:123: 57-64 被引量:54
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2015.12.006
摘要

Highly conductive and strong composite fibers based on cellulose and multiwalled carbon nanotube with multiple hydrogen bonding moiety (MWCNT-MHB) were manufactured via a facile organic solvent-based solution spinning. The microstructure, molecular interaction, mechanical and electrical properties of the composite fibers were investigated as a function of MWCNT-MHB content (0.5–30.0 wt%). The FT-IR spectra of the composite fibers revealed the existence of the specific interaction between cellulose backbone and MWCNT-MHB via hydrogen bonding. The MWCNT-MHB was dispersed uniformly in the cellulose fiber matrix, which was confirmed by SEM images of the cross-section and longitudinal surfaces for the composite fibers. Accordingly, the composite fibers with different MWCNT-MHB contents exhibited high performance in tensile mechanical properties such as tensile strength of 156–278 MPa, failure strain of 3.7–7.0%, and initial modulus of 11.3–13.9 GPa. In addition, the electrical conductivity of the composite fibers increased significantly from ∼10−8 S/cm to ∼100 S/cm with the increase of the MWCNT-MHB loading from 0.5 wt% to 30.0 wt%, particularly at a certain MWCNT content between 0.5 and 1.0 wt%. The composite fiber with 30.0 wt% MWCNT-MHB, which has high electrical conductivity of 2.7 S/cm and tensile modulus of ∼12.5 GPa, could be thus used for electrically conductive wire and electric heating element for smart textiles.
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