关键词：纤维素纳米纤维， CNF，单壁碳纳米管，SWNT，复合材料制备，三辊机，物联网智能三辊机
CNF/SWNT 复合材料通常被称为纤维素纳米纤维/单壁碳纳米管复合材料。该复合材料由 纤维素纳米纤维 （CNF）和 单壁碳纳米管 （SWNT）组成。通过三辊研磨和湿纺工艺制备，具有高强度、优异导电性和导热性，广泛应用于人造肌肉、电子纺织品等领域。另外，该复合材料也在锂空气电池、应变传感器 等领域展现出过人的潜力，通过优化工艺可进一步提升产品性能。
纤维素纳米纤维（Cellulose Nanofibers，简称 CNF）是一种源自天然纤维素的高性能纳米材料。具有比强度高、柔韧性好的特点，具备优异的增强能力；表面羟基丰富，易于与多种基材复合；比表面积可达 200-300m²/g，能在基体中形成高度分散的增强网络；完全可再生、生物降解，绿色环保。广泛应用于复合材料、生物医学、电子器件和涂料等领域。
单壁碳纳米管（Single-Walled Carbon Nanotubes，简称 SWCNT）是由单层碳原子以六边形网格结构卷曲形成的无缝中空纳米级管状材料，是碳纳米管的基础类型之一。抗拉强度约为钢的 100 倍，密度仅为钢的 1/6，兼具高强度与轻量化特性。用于制造柔性导电膜、场效应晶体管、透明电极（替代 ITO）等。
然而，用CNFs和SWNTs制造工艺完整的复合材料在技术上是困难的。有人通过超声波处理，在低浓度CNF悬浮液（约0.1 wt%）中分散SWNTs，但是很少有人研究在高浓度CNF悬浮液（约1 wt%）中分散SWNTs。我们通过TRILOS三辊研磨和湿纺纺丝，采用无表面活性剂、可扩展、高效的工艺，不仅可以直接构建包裹SWNTs的纳米纤维素网络，还可以实现构件之间的单向连接，从而获得高性能的结构材料。
实验过程
1. CNF悬浮液的制备
用漂白木纤维制备CNF悬浮液，纤维素的含量>90%。木浆纤维由TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基）进行化学处理。首先，用机械搅拌，将5g纤维素浆悬浮在500ml水中10分钟。然后，将TEMPO（90 mg）和溴化钠（500 mg）加入纤维素浆。随后，将次氯酸钠（NaClO）（30 g）逐滴添加到剧烈搅拌的纤维素浆中。加入0.1 M氢氧化钠（NaOH）溶液，使悬浮液的pH值保持恒定为10，直到pH没有变化。化学预处理后，用去离子水清洗木浆纤维至少五次。采用高压均质机处理三次后，得到浓度为1wt%的悬浮液。
2. 碳纳米管的分散
将SWNT粉末超声分散到CNF悬浮液中10分钟，然后使用TRILOS TR80A三辊机，通过将间隙从10μm控制到1μm，研磨20分钟来进一步分散。利用了相邻旋转辊间的高剪切力和高强度应力，以及间隙的逐渐减小，将SWNT分散到浓度为1wt%的CNF悬浮液中，获得CNF/SWNT悬浮液。
加工设备： TRILOS TR80A型三辊机 氧化锆辊筒+合金钢刮刀
TRILOS TR80A型物联网智能三辊机为实验室型三辊机的中间型号。其最低0.02L/hour至最高20L/hour的处理量解决了用户从实验室测试到中小规模试产的跨越衔接问题。高度创意化的设计令设备结构更为紧凑小巧，可便于安置在实验室桌面使用。极富亲和力的人机界面由全触控工业控制屏来实现。独特的在线间隙修正和配方菜单功能使设备使用操作更为轻松，令用户不再面对冰冷的设备，而是以交互式的操作方式来进行控制。
TRILOS的智能物联平台有效解决了客户在使用中遇到的数据无法量化分析，数据丢失，设备互相独立，无法联网进行管理和控制等等方面的问题。让客户可以对设备进行数据分析，对员工进行权限分配和管理，设备运行过程保持全程记录和备份，利于加工过程参数的研究和设计开发。此外，智能物联平台还可以接入混料机、三辊机、上料机、均质机等设备平台，同时可以接入在线粘度计、在线粒度仪、在线近红外分析仪等仪器进行实时监控。
3. 湿纺纺丝制备复合纤维
胶状CNF/SWNT悬浮液和CNF悬浮液直接被注射器挤压到凝固浴中，制得连续的CNF/SWNT凝胶微纤维。浸泡后取出凝胶纤维，然后用水和乙醇的混合物洗涤。之后室温干燥得到最终的CNF/SWNT复合纤维。
经测试，CNF/SWNT复合纤维具有优秀的机械性能、适中的导电性和导热性，以及轻质化，该复合纤维有望用于制造应变传感器或电热加热器，用于测量质量变化和监测肌肉运动。
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