[发明专利]一种弹性导电纳米纤维纱及其制备方法

权利要求书

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，超声机里分别固定第一玻璃弯管（14）和第二玻璃弯管（15），第一玻璃弯管（14）中盛放MWNTs水分散液，第二玻璃弯管（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。