由喷丝头7,金属喇叭5,卷绕装置11 和储液罐12组成。两个正负极喷头位于金属喇叭5下方两侧，卷绕收集装置11位于金属 喇叭5正下方。正负喷丝头之间的距离16 cm，喷头距离喇叭口边缘的垂直距离7 cm。所 述的喷丝头7为三单元同轴结构由外层，中间层和内层组成； (4) 步骤（1)所得聚丙烯腈溶液作为中间层纺丝溶液，将步骤（2 )所得混合溶液作为最 内层和最外层纺丝溶液。利用步骤（3)所搭建的静电纺丝装置进行同轴静电纺丝，得到捻 度为40捻/10cm的纳米纤维纱线。最外层，中间层和最内层的纺丝溶液流量分别0. 2ml/h， 0. 3ml/h和0. 2ml/h。纺丝电压为15 kV，纺丝温度为22 °C，喇叭转速50 r/min，卷绕速度 30 r/min ； (5) 将步骤（4)所得纳米纤维纱线在270 °C温度下进行预氧化，时间5h，（升温速率： 1°C /min)。将预氧化得到的纳米纤维纱于氩气氛围下900°C碳化3h(升温速率：2 °C /min)， 得到碳纳米纤维电缆，其电学性质如表1所示。
[0015] 实施例3 一种碳纳米纤维电缆的制备方法，采用如下步骤： (1) 将干燥的聚丙烯腈粉末加入到二甲基甲酰胺溶液中，在80°C下搅拌5h，得到质量 分数为12%的聚丙烯腈溶液。所述的聚丙烯腈的分子量为150000 ; (2) 将聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸铜粉末按照质量比为1:0. 5加入到二甲基甲酰胺溶液 中，在70°C下搅拌5h得到混合溶液。所述的聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为23000,醋酸铜 的质量分数为11%，聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数为15% ; (3) 搭建静电纺丝装置(如图1所示)，该装置主要由喷丝头7,金属喇叭5,卷绕装置11 和储液罐12组成。两个正负极喷头位于金属喇叭5下方两侧，卷绕收集装置11位于金属 喇叭5正下方。正负喷丝头之间的距离17 cm，喷头距离喇叭口边缘的垂直距离6 cm。所 述的喷丝头7为三单元同轴结构由外层，中间层和内层组成； (4) 步骤（1)所得聚丙烯腈溶液作为中间层纺丝溶液，将步骤（2 )所得混合溶液作为最 内层和最外层纺丝溶液。利用步骤（3)所搭建的静电纺丝装置进行同轴静电纺丝，得到捻 度为50捻/10cm的纳米纤维纱线。最外层，中间层和最内层的纺丝溶液流量分别0. 3ml/ h，0. 7 ml/h和0. 3ml/h。纺丝电压为22 kV，纺丝温度为22°C，喇叭转速100 r/min，卷绕 速度 40 r/min ; (5) 将步骤（4)所得纳米纤维纱线在280°C温度下进行预氧化，时间5h，（升温速率： l°C/min)。将预氧化得到的纳米纤维纱于氩气氛围下1100°C碳化3h (升温速率：2 °C/ min)，得到碳纳米纤维电缆，其电学性质如表1所示。
[0016] 实施例4 一种碳纳米纤维电缆的制备方法，采用如下步骤： (1) 将干燥的聚丙烯腈粉末加入到二甲基甲酰胺溶液中，在80°C下搅拌6h，得到质量 分数为15%的聚丙烯腈溶液。所述的聚丙烯腈的分子量为50000 ; (2) 将聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸铜粉末按照质量比为1:1加入到二甲基甲酰胺溶液 中，在70°C下搅拌4h得到混合溶液。所述的聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为23000,醋酸铜 的质量分数为10%，聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数为15% ; (3) 搭建静电纺丝装置(如图1所示)，该装置主要由喷丝头7,金属喇叭5,卷绕装置11 和储液罐12组成。两个正负极喷头位于金属喇叭5下方两侧，卷绕收集装置11位于金属 喇叭5正下方。正负喷丝头之间的距离20 cm，喷头距离喇叭口边缘的垂直距离10 cm。所 述的喷丝头7为三单元同轴结构由外层，中间层和内层组成； (4) 步骤（1)所得聚丙烯腈溶液作为中间层纺丝溶液，将步骤（2 )所得混合溶液作为最 内层和最外层纺丝溶液。利用步骤（3)所搭建的静电纺丝装置进行同轴静电纺丝，得到捻 度为60捻/10cm的纳米纤维纱线。最外层，中间层和最内层的纺丝溶液流量分别0. lml/ h，0. 5ml/h和0. 3ml/h。纺丝电压为25 kV，纺丝温度为25 °C，喇叭转速160 r/min，卷绕 速度 50 r/min ； (5) 将步骤（4)所得纳米纤维纱线在280°C温度下进行预氧化，时间5h，（升温速率： 5°C/min)。将预氧化得到的纳米纤维纱于氩气氛围下1KKTC碳化3h (升温速率：5 °C/ min)，得到碳纳米纤维电缆，其电学性质如表1所示。
[0017] 表1碳纳米纤维电缆的电学性质
因此，本发明得到的掺杂铜离子的碳纳米纤维纟夕线电缆材料，具有较好的取向结构，较 细的纤维直径和纱线直径，良好的导电性，电阻率较小，有利于电子的快速传输。实现本发 明目的的技术方案是：一种负载金属铜离子的连续加捻的碳纳米纤维纱线，由铜离子和碳 纳米纤维纱线组成，碳和铜离子的质量比为1:0. 2-1. 0。这种功能性碳纳米纤维纱具有较高 的长径比、高的传热导电性能、比较完整的石墨化结构、良好的化学稳定性、超高的机械强 度和模量等优点。
【主权项】
1. 一种碳纳米纤维电缆，其特征在于：它是由平行取向的具有皮芯结构的碳纳米纤维 组成，碳纳米纤维沿轴向加捻，呈纱线结构，碳和铜离子的质量比为1 :〇. 2-1. 0。2. 根据权利要求1所述的碳纳米纤维电缆，其特征在于：所述的碳纳米纤维电缆皮层 为石墨碳，芯层为铜纳米粒子，碳纳米纤维表面附着铜纳米粒子。3. 根据权利要求1和2要求所述的一种碳纳米纤维电缆，其特征在于：所述的的碳纳 米纤维直径为100纳米一400纳米，铜纳米粒子的尺寸为0. 5-2. 0纳米。4. 如权利要求1所述的碳纳米纤维电缆的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行： (1) 将干燥的聚丙烯腈粉末加入到二甲基甲酰胺溶液中，在50-KKTC下搅拌3-10h，得 到质量分数为5-15%的聚丙烯腈溶液，所述的聚丙烯腈的分子量为50000-150000 ; (2) 将聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸铜粉末按照质量比为1:0. 1-1.0加入到二甲基甲酰 胺溶液中，在50-KKTC下搅拌3-10h得到混合溶液，所述的聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为 20000-23000,醋酸铜的质量分数为5-15%，聚甲基丙烯酸甲酯的质量分数为2-15% ; (3 )步骤（1)所得聚丙烯腈溶液作为中间层纺丝溶液，将步骤（2 )所得混合溶液作为最 内层和最外层纺丝溶液，利用静电纺丝装置进行同轴静电纺丝，得到捻度为30-60捻/IOcm 的纳米纤维纱线，最外层，中间层和最内层的纺丝溶液流量分别0. 1-0. 3ml/h，0. 3-0. 9 1111/11和0.1-0.31111/11，纺丝电压为10-30 1^，纺丝温度为20 -25 °(：，喇叭转速0-180以 min，卷绕速度 0-50 r/min; (4)将步骤（3)所得纳米纤维纱线在240 -300°C温度下进行预氧化，时间2-10h，升温 速率为1-10 °C /min，将预氧化得到的纳米纤维纱于氩气氛围下800-1100°C碳化2-5h (升 温速率：2 -10 °C/min)，得到碳纳米纤维电缆。
【专利摘要】本发明涉及一种碳纳米纤维电缆及其制备方法，该电缆由平行取向的具有皮芯结构的碳纳米纤维组成，呈沿轴向加捻的纱线结构。皮层为石墨碳，芯层为铜纳米粒子，碳纳米纤维表面附着铜纳米粒子。本发明制备的掺杂金属铜离子的连续加捻的碳纳米纤维纱线电缆材料，具有较细的纤维直径和纱线直径，良好的导电性和较高的纱线取向度，电阻率较小，有利于电子的快速传输。制作工艺简单，成本低廉，对环境友好，可以作为纳米电缆，具有广泛的应用前景。
【IPC分类】H01B1/04, H01B7/17, H01B13/00
【公开号】CN105070366
【申请号】CN201510550994
【发明人】何建新, 王利丹, 周梦娟, 谭卫琳, 韩啟明, 连艳平, 丁彬, 崔世忠
【申请人】中原工学院
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月31日