一种弹性导电纳米纤维纱及其制备方法与流程

文档序号:11061922阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种弹性导电纳米纤维纱装置,其特征在于,包括高压电源(1)、喷射装置(2)、水浴接收装置(3)、超声装置(4)、清洗装置(5)、加热装置(6)、卷绕收集装置(7)和五个导丝辊;其中,高压电源(1)连接喷射装置(2)的喷丝头(8),喷射装置(2)高度可调,喷射装置(2)的喷丝头(8)到水浴接收装置(3)内壁的水平距离控制在2~10cm,垂直距离控制在5~30cm,水浴接收装置(3)位于喷射装置(2)的下方;超声装置(4)中包括两个超声机,超声机里分别固定玻璃弯管(14)和玻璃弯管(15),玻璃弯管(14)中盛放MWNTs水分散液,玻璃弯管(15)中盛放SWNTs水分散液,清洗装置(5)中盛有去离子水,加热装置(6)为红外加热装置;导丝辊包括第一导丝辊(9)、第二导丝辊(10)、第三导丝辊(11)、第四导丝辊(12)和第五导丝辊(13),第一导丝辊(9)位于水浴接收装置(3)和超声装置(4)之间,第二导丝辊(10)位于超声装置(4)的两个超声机之间,第三导丝辊(11)位于超声装置(4)和清洗装置(5)之间,第四导丝辊(12)位于清洗装置(5)和加热装置(6)之间,第五导丝辊(13)位于加热装置(6)和卷绕收集装置(7)之间,五个导丝辊的转速与卷绕收集装置(7)的转速相同。

2.一种弹性导电纳米纤维纱,其特征在于,该纳米纤维纱由至少两根直径在500nm~1000nm的热塑性聚氨酯电纺纤维集束而成,纤维表面吸附有MWNTs和SWNTs,构成稳定的导电网络,且电导率在10~50S/cm,断裂伸长率在400% ~ 700%之间。

3.一种如权利要求2所述的弹性导电纳米纤维纱的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:

1)制备纺丝溶液

称取5 ~ 8 g的热塑性聚氨酯(TPU)粒料置于容量为50ml的烧杯中,依次加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和四氢呋喃(THF),采用磁力搅拌器搅拌,使TPU均匀溶解于DMF和THF中,得到均匀可纺的纺丝溶液,纺丝溶液中TPU的质量份数范围为20% ~ 30%,DMF的质量分数范围为30% ~ 50%,THF的质量分数范围为30% ~ 50%;

2)制备碳纳米管分散液

采用表面活性剂十二烷基硫酸钠作为分散剂(SDS),将未改性的单壁碳纳米管(SWNTs)和SDS加入去离子水中,通过细胞粉碎机超声分散0.5 ~ 2小时,得到分散均匀的未改性的SWNTs水分散液;SWNTs水分散液中SDS的质量份数为0.5%~1.5%,SWNTs的质量分数为0.02%~0.07%;

将羧基化的多壁碳纳米管(MWNTs)和SDS加入去离子水中,通过细胞粉碎机超声分散0.5~1小时,得到分散均匀的羧基化的MWNTs水分散液;MWNTs水分散液中SDS的质量份数为0.1% ~ 1%,MWNTs的质量分数为0.05%~0.2%;

3)制备连续的TPU纳米纤维纱

采用如权利要求1所述的弹性导电纳米纤维纱装置制备连续的TPU纳米纤维纱;将步骤(1)制备得到的纺丝液倒入喷射装置(2)的储液器中,将200 ~ 300g的去离子水置于水浴接收装置(3)中,启动高压电源(1),从喷射装置(2)的喷丝头(8)喷出的纺丝液经过高压静电场的作用,在水浴接收装置(3)的水浴表面形成无规的纳米纤维,然后无规的纳米纤维在第一导丝辊(9)的牵引作用下,经过水浴的集束作用后形成直径为50-100μm,长度大于1m的纳米纤维纱;

4)制备导电纳米纤维纱

将步骤(3)获得的纳米纤维纱在第一导丝辊(9)的牵引作用下通入超声装置(4)中的MWNTs水分散液中,超声功率250W,MWNTs水分散液温度为25 ~ 40℃,在超声作用下,使MWNTs吸附于纳米纤维纱上;吸附有MWNTs的纳米纤维纱在第二导丝辊(10)的牵引作用下,通入超声装置(4)中的SWNTs水分散液中,超声功率250W,SWNTs水分散液温度为25 ~ 40℃,在超声作用下,使SWNTs也吸附在纳米纤维纱上,得到先后吸附有MWNTs和SWNTs的纳米纤维纱;吸附有MWNTs和SWNTs的纳米纤维纱在第三导丝辊(11)的牵引作用下,通入清洗装置(5),经去离子水的清洗后,在第四导丝辊(12)的牵引作用下,通入红外加热装置(6)中,红外加热装置内的温度控制在50℃,干燥后,在第五导丝辊(13)的牵引作用下与卷绕收集装置(7)相连,将弹性导电纳米纤维纱卷绕在卷绕收集装置(7)上,卷绕收集装置(7)的转速为1m/min。

4.根据权利要求3所述的弹性导电纳米纤维纱的制备方法,其特征在于,步骤1)中,DMF与THF的体积比为1:1,纺丝溶液中TPU的质量份数为24%-25%。

5.根据权利要求3所述的弹性导电纳米纤维纱的制备方法,其特征在于,步骤2)中,m(SWNTs):m(SDS):m(H2O)=1:20:2000。

6.根据权利要求3所述的弹性导电纳米纤维纱的制备方法,其特征在于,步骤2)中,m(MWNTs):m(SDS):m(H2O)=1:10:1000。

7.根据权利要求3所述的弹性导电纳米纤维纱的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述的TPU,密度为1.12g/m3; DMF为分析纯,含量≥99.5%, THF为分析纯,含量≥90%;所述的磁力搅拌器的搅拌速度控制在80~100 r/min,搅拌时间控制在2.5 h ~ 5 h,烧杯中溶液的温度控制在20~25℃。

8.根据权利要求3所述的弹性导电纳米纤维纱的制备方法,其特征在于:所述步骤2)中,所采用的表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)为化学纯,白度60%; SWNTs为高纯单壁碳纳米管; MWNTs为高纯多壁碳纳米管。

9.根据权利要求3所述的弹性导电纳米纤维纱的制备方法,其特征在于:所述步骤3)中,高压电源(1)提供的喷射电压为15~30kV,喷丝头内径为0.2~1mm,从喷丝头喷出的纺丝液流量为0.04~2 ml/h,纺丝的环境温度为25~35℃,湿度为30~50%。

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