[发明专利]应变传感性纳米纤维纱及其制备方法

权利要求书

1.一种应变传感性纳米纤维纱，其特征在于：由若干直径在100~1000nm的纳米级聚合物纤维构成，纤维内部定向排列有SWNTs，并构成导电网络，纳米级聚合物纤维的电阻随其应变而变化，电阻变化率与应变之间呈线性关系，所述SWNTs为单壁碳纳米管。

2.一种如权利要求1所述的应变传感性纳米纤维纱的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

1）SWNTs的预处理

采用物理法与化学法相结合的方法对SWNTs进行纯化和功能性处理，所述SWNTs为单壁碳纳米管；

2）纺丝液的配制

采用磁力搅拌和超声波处理相结合的方法，使经过纯化和功能性处理的SWNTs均匀分散在聚合物纺丝液中；

3）应变传感性纳米纤维纱的制备

采用浴液静电纺丝方法，将步骤2）制备得到的纺丝液倒入带有喷丝头的储液器中，连接高压发生器的正极；浴液置于浴槽内，连接高压发生器的负极，从喷丝头喷出的纺丝液在浴液中形成纤维束，集束后的纤维束经过烘干区热定型，最终卷绕成形获得应变传感性纳米纤维纱；上述静电纺丝方法中，最终卷绕的速度为1~200m/min，烘干区的温度为室温~300℃。

3.根据权利要求2所述的应变传感性纳米纤维纱的制备方法，其特征在于：所述步骤1）所述的SWNTs的预处理具体包括下述步骤：

（1）用体积比为3：1的H₂SO₄和HNO₃混酸对SWNTs进行纯化和酸化处理，去除SWNTs中的杂质同时使其被破坏的侧壁碳环端氧化为羧基；

（2）将酸化后的SWNTs加入到氯化亚砜溶液中，在55-65℃条件下搅拌20-30h，再将混合溶液进行离心分离，把分离出的SWNTs用四氢呋喃反复冲洗去除未反应的氯化亚砜，风干，得到带有酰氯基团的SWNTs；

（3）把带有酰氯基团的SWNTs加入到乙二胺溶液中，在55-65℃条件下搅拌65-75h，再将混合溶液进行离心分离，分离产物用无水乙醇冲洗干净，风干，得到接枝上酰胺键的SWNTs。

4.根据权利要求2所述的应变传感性纳米纤维纱的制备方法，其特征在于：所述步骤2）所述的纺丝液的配制具体包括下述步骤：

（1）称取一定量酰胺化处理后的SWNTs，加入到用于溶解聚合物的溶剂中，超声波处理30~90 min，在超声波的物理作用下使SWNTs均匀分散在溶剂中；

（2）将一定量的聚合物颗粒加入到上述SWNTs/溶剂分散液中，配制成聚合物的质量分数为15%~30%的混合液，经磁力搅拌至聚合物颗粒完全溶解；

（3）将（2）所得溶液继续用超声波处理30~120 min，获得SWNTs均匀分散且稳定的聚合物/SWNTs纺丝液；

上述各步骤中所述聚合物选自聚酰胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚乙烯醇、聚砜和聚丙烯腈中的一种，且根据聚合物的不同选择相应的溶剂：

所述聚合物为聚酰胺时溶剂为甲酸，聚合物为聚间苯二甲酰间苯二胺时溶剂为LiCl/DMAc，聚合物为聚乙烯醇时溶剂为水，聚合物为聚砜时溶剂为二甲基甲酰胺/丙酮，聚合物为聚丙烯腈时溶剂为二甲基甲酰胺。

5.根据权利要求2所述的应变传感性纳米纤维纱的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中喷丝头的尖端到浴槽内壁的水平距离为0.5~4cm，垂直距离为2-3 cm，纺丝电压8~30kV，喷丝头内径为0.35~0.85mm，从喷丝头喷出的纺丝液流量为0.04~2ml/h。

6.根据权利要求2所述的应变传感性纳米纤维纱的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中烘干区温度为室温~200℃，烘干区长度5~15cm。

7.根据权利要求2所述的应变传感性纳米纤维纱的制备方法，其特征在于：所述步骤2）配制得到的纺丝液中SWNTs的质量分数为0.1%~10%，聚合物的质量分数为15%~30%。