[发明专利]一种弹性导电纳米纤维纱及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高弹性导电纤维纱的连续制备方法及应用。所述的导电纳米纤维纱由碳纳米管和TPU弹性纳米纤维纱组成。本发明首先利用静电纺丝装置，并采用水浴收集，制备出连续的TPU弹性纳米纤维纱。为赋予该纳米纤维纱导电性，先通过超声吸附的方式先使纤维纱吸附羧基化的MWNTs然后再吸附未改性的SWNTs。两种碳管与基底以及两种碳管之间能够发生相互作用，从而制备出连续的且具有高导电性的弹性纳米纤维纱。该弹性纱比单独吸附MWNTs和SWNTs所制备的纤维纱具有更高的导电性能。该纱线具有高弹性、高导电性、可拉伸性，线性可编织等特点，在可穿戴电子器件方面大潜在应用，同时在电磁屏蔽、抗静电、传感器、柔性能源器件等领域有光明的应用前景。

技术领域

本发明属于柔性电极制备技术，具体涉及一种弹性导电纳米纱纺纱装置和一种弹性导电纳米纤维纱及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，电子器件的发展趋势是小型化和柔性化，而近年来，小型的纤维状电子器件受到了科学界和工业界的广泛关注并得到快速发展，许多纤维状的电子器件已经被制备出来，包括超级电容器、太阳能电池、有机发光二极管场效应晶体管、传感器等，同时在抗静电纺织品、防爆和电磁屏蔽等方面得到了广泛的应用。聚合物导电纤维材料中的有效导电通道在外界条件刺激下能够快速可逆响应，具有微型、智能、多功能传感特别是实时原位监测等优势，加上制备导电复合纤维成本低、导电复合纤维柔顺性好、可编织，在多功能传感器和材料损伤自监测等方面有光明的应用前景。

静电纺丝是一种新型的制备纳米级纤维的纺丝技术，因其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺的聚合物物质种类多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。以聚合物溶液等为纺丝液可以制备得到直径从数纳米到数百纳米的纤维，同时通过改变接收装置，可以获得纳米纤维毡、管状结构、可卷绕纳米纤维纱等不同状态的产品。

碳纳米管(本专利采用未改性SWNTs和羧基化MWNTs)，自从1991年被发现以来，其独特的分子结构决定了它具有一些优异的性能，如：超强的力学性能、极高的化学和热稳定性、良好的导电和光电性能及独特的一维纳米结构等所特有的纳米效应等。碳纳米管纤维因具有优异的导电性和高强度，常被作为基底利用浸渍聚合物溶液的方法与聚合物复合制备具有弹性的导电纤维，然而碳纳米管纤维制备工艺复杂，成本较高，不可连续化生产，因而制约其应用的拓展。因此，学者们也在努力继续研究如何有效地发挥碳纳米管优异性能的同时，实现其连续化和产业化的发展。

本发明就是利用静电纺丝的方法制备连续的聚合物纳米纤维纱，同时采用连续超声的方法先后吸附MWNTs和SWNTs，制备出高导电且具有弹性的复合纳米纤维纱。该高弹导电纳米纤维纱以静电纺丝聚合物纤维纱为基底，具有质轻、价格低廉的特点，同时采用粉体碳纳米管，导电性较好，成本较低，可大规模生产，二者复合后所制备的纳米纤维纱不仅具有良好的柔性、导电性且具有稳定的应变传感效应，有望应用于微型电子器件、超轻薄型功能纺织品、智能纺织品等。

发明内容

为了解决上述问题，本发明在于提供一种弹性导电纳米纱纺纱装置和一种弹性导电纳米纤维纱及其制备方法。

一种弹性导电纳米纤维纱装置，包括高压电源、喷射装置、水浴接收装置、超声装置、清洗装置、加热装置、卷绕收集装置和五个导丝辊；其中，高压电源连接喷射装置的喷丝头，喷射装置高度可调，喷射装置的喷丝头到水浴接收装置内壁的水平距离控制在2～10cm，垂直距离控制在5～30cm，水浴接收装置位于喷射装置的下方；超声装置中包括两个超声机，每个超声机里分别固定第一玻璃弯管和第二玻璃弯管，分别盛放MWNTs水分散液和SWNTs水分散液，清洗装置中盛有去离子水，清洗装置中盛有去离子水，加热装置为红外加热装置；导丝辊包括第一导丝辊、第二导丝辊、第三导丝辊、第四导丝辊和第五导丝辊,第一导丝辊位于水浴接收装置和超声装置之间，第二导丝辊位于超声装置的两个超声机之间，第三导丝辊位于超声装置和清洗装置之间，第四导丝辊位于清洗装置和加热装置之间，第五导丝辊位于加热装置和卷绕收集装置之间，五个导丝辊的转速与卷绕收集装置的转速相同。