CN108385370A - 一种碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维及其制备方法，该导电纤维由碳纳米管和聚氨酯组成，碳纳米管占导电纤维的质量百分数为2％～17％，聚氨酯占导电纤维的质量百分数为83％～98％；其制备方法为：将碳纳米管分散于溶剂中，超声，得到碳纳米管分散液，在水浴超声条件下，将聚氨酯通过碳纳米管分散液浸渍，然后通过去离子水凝固浴，干燥，即得。本发明将导电物质掺杂到化学合成纤维的表面，得到导电性能和力学性能良好的碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维；本发明使用的聚氨酯纤维为未处理的普通工业聚氨酯纤维，方法简单，易操作，具有良好的应用前景。

Description

一种碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于复合纤维及其制备方法领域，特别涉及一种碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维及其制备方法。
背景技术
静电现象在我们的生活中非常常见，直到20世纪中期，随着工业生产的发展，由于静电而造成的事故越来越多，人们才开始重视静电的作用与危害。近年来，随着计算机、电信、微波炉等的迅速发展和普及，人类生活、工作环境中的电磁辐射日渐严重，其产生的电磁波干扰对电子仪器设备的正常工作及人类的生理健康带来了很多负面影响。为了防止静电干扰和电磁波干扰，近些年人们开始关注导电纤维。
导电纤维可以通过电子传导和电晕放电而消除静电。导电纤维相较于金属丝具有质量轻、透气性好、手感柔软、不易折断等优点。目前制备导电纤维有三种方法，一是导电聚合直接纺丝而成的纤维，但是由于导电聚合物的结构特点，其复杂的合成工艺使其制造成本较为昂贵。二是在普通合成纤维表面涂覆一层金属、碳、导电高分子等导电物质制成，工艺简单，但耐磨性和耐洗涤性差。三是采用碳黑、金属氧化物、有机物等导电物质与各种成纤高聚物经纺丝法制成，该方法制成的纤维导电耐持久性好，但是加工成本较高，工艺亦较复杂，导电性亦相对较低。
将制备导电纤维的方法二和方法三综合，把导电物质掺杂到化学合成纤维的表面，提高纤维的导电性和耐持久度，同时又能减少对纤维力学性能的损伤。目前还没有将这两种方法综合制备导电纤维的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维及其制备方法，该方法简单，易于操作，制备得到的导电纤维具有良好的力学性能和导电性能。
本发明的一种碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维，所述导电纤维由碳纳米管和聚氨酯组成，碳纳米管占导电纤维的质量百分数为2％～17％，聚氨酯占导电纤维的质量百分数为83％～98％。
本发明的一种碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维的制备方法，具体步骤如下：
将碳纳米管分散于溶剂中并超声，得到碳纳米管分散液，在水浴超声条件下，将聚氨酯通过碳纳米管分散液浸渍，然后通过去离子水凝固浴，干燥，得到碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维，其中碳纳米管分散液的浓度为0-5mg/mL，并且不为0。
所述溶剂为体积比为1～1.5的N,N-二甲基乙酰胺与乙醇的混合溶剂。
所述将碳纳米管分散于溶剂中并超声的时间为25-35min。
所述水浴超声的频率为40KHz，水浴超声的功率为300W。
所述将聚氨酯通过碳纳米管分散液的速度为300-500rpm/min。
所述浸渍时间为15-120s。
本发明在水浴超声条件下，将聚氨酯纤维浸渍于碳纳米管分散液中，使聚氨酯纤维表皮充分溶胀。在此过程中，碳纳米管与聚氨酯纤维表皮充分接触，于聚氨酯纤维表层形成导电网络。之后通过去离子水凝固浴，使纤维表层重新成形，并洗去表层的分散液及附着的碳纳米管。最后于室温通风处干燥，即得到碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维。
有益效果
(1)本发明将导电物质掺杂到化学合成纤维的表面，得到导电性能和力学性能良好的碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维；
(2)本发明使用的聚氨酯纤维为未处理的普通工业聚氨酯纤维，方法简单，易操作，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
称取碳纳米管2.0400g，将其超声分散于340mL N,N-二甲基乙酰胺和340mL乙醇中，超声时间为30min。在水浴超声(40KHz，300W)作用下，将聚氨酯纤维以300rpm/min的速度通过上述碳纳米管分散液，浸渍时间为120s。之后经过去离子水凝固浴，最后于室温通风处干燥，即得碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维。该导电纤维的电导率为2.052S/m，断裂强度及断裂伸长分别为61.937MPa和1416.534％。
实施例2
称取碳纳米管2.0727g，将其超声分散于400mL N,N-二甲基乙酰胺和290.91mL乙醇中，超声时间为30min。在水浴超声(40KHz，300W)作用下，将聚氨酯纤维以300rpm/min的速度通过上述碳纳米管分散液，浸渍时间为120s。之后经过去离子水凝固浴，最后于室温通风处干燥，即得到碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维。该导电纤维的电导率为3.006S/m，断裂强度及断裂伸长分别为62.452MPa和1283.876％。
实施例3
称取碳纳米管2.0400g，将其超声分散于384mL N,N-二甲基乙酰胺和256mL乙醇中，超声时间为30min。在水浴超声(40KHz，300W)作用下，将聚氨酯纤维以300rpm/min的速度通过上述碳纳米管分散液，浸渍时间为120s。之后经过去离子水凝固浴，最后于室温通风处干燥，即得到碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维。该导电纤维的电导率为3.339S/m，断裂强度及断裂伸长分别为18.655MPa和693.474％。
实施例4
称取碳纳米管3.4800g，将其超声分散于550mL N,N-二甲基乙酰胺和400mL乙醇中，超声时间为30min。在水浴超声(40KHz，300W)作用下，将聚氨酯纤维以500rpm/min的速度通过上述碳纳米管分散液，浸渍时间为15s。之后经过去离子水凝固浴，最后于室温通风处干燥，即得到碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维。该导电纤维的电导率为1.405S/m，断裂强度及断裂伸长分别为26.897MPa和434.511％。

Claims (6)

1.一种碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维，其特征在于，所述导电纤维由碳纳米管和聚氨酯组成，碳纳米管占导电纤维的质量百分数为2％～17％，聚氨酯占导电纤维的质量百分数为83％～98％。
2.一种碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维的制备方法，具体步骤如下：
将碳纳米管分散于溶剂中并超声，得到碳纳米管分散液，在水浴超声条件下，将聚氨酯通过碳纳米管分散液浸渍，然后通过去离子水凝固浴，干燥，得到碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维，其中碳纳米管分散液的浓度为0-5mg/mL，并且不为0。
3.按照权利要求2所述的碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维的制备方法，其特征在于，所述溶剂为体积比为1～1.5的N,N-二甲基乙酰胺与乙醇的混合溶剂。
4.按照权利要求2所述的碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维的制备方法，其特征在于，所述将碳纳米管分散于溶剂中并超声的时间为25-35min。
5.按照权利要求2所述的碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维的制备方法，其特征在于，所述水浴超声的频率为40KHz，水浴超声的功率为300W。
6.按照权利要求2所述的碳纳米管/聚氨酯弹性导电纤维的制备方法，其特征在于，所述将聚氨酯通过碳纳米管分散液的速度为300-500rpm/min；浸渍时间为15-120s。
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