Page 120 - 《精细化工》2020年第6期
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·1186·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

            变,按照上述步骤合成纯 PU 纳米纤维(实验过程                           率 ρ 用式(1)计算:
            中不加入导电材料),用作参比样。                                                         RS  / L           (1)

            1.2.2    CB/PU 纳米纤维的制备                             式中:ρ 是纳米纤维膜的体积电阻率,Ω·m;R 是纳
                 利用 MDI-50 与 PPG 2000 合成聚氨酯预聚体,                米纤维膜的体积电阻,Ω;S 是纳米纤维膜的横截面
            在扩链反应中加入导电填料 CB。具体步骤如下:将                           积,m ;L 是电极间的距离,m。
                                                                    2
            8 g PPG 2000 与 3 g MDI-50 混合后置于恒温加热磁               1.3.7    传感性能测试
            力搅拌器中,50 ℃下搅拌 45 min 预热,将温度升高                          将聚氨酯纳米纤维膜裁剪成长为 60 mm、宽为
            到 90  ℃,继续反应 3 h,生成聚氨酯预聚体。利用                       10 mm 的长方形,置于数显式推拉力计上,夹持距
            20 mL DMF 溶解聚氨酯预聚体,搅拌均匀后,将 10                      离为 40 mm,纤维膜伸直而不伸长。将数字万用表
            mL CB/EDA/DMF 混合溶液(EDA 浓度为 1 mol/L)                的电极夹在纳米纤维膜的两端,电极间的距离约为
            滴加到聚氨酯预聚体中,完成扩链反应。用针管抽                             40  mm。转动数显式推拉力计的螺杆,拉伸聚氨酯
            取合成的导电聚氨酯溶液,置于注射泵上,施加                              纳米纤维膜,利用数字万用表测试不同拉伸状态下
            20 kV 的高压,制备 CB/PU 纳米纤维膜。                          纤维膜的电阻,绘制相对电阻变化-应变曲线。传感
                 维持上述实验所用 PPG 2000、MDI-50 和 EDA                系数 GF 用式(2)计算:
            的质量不变,改变 CB 的含量分别为聚氨酯质量的                                           GF  ( RR  /  ) /       (2)
                                                                                          0
            7.5%、10.0%、12.5%、15.0%,制得的 CB/PU 导电                式中:ΔR 为电阻的变化,Ω;R 0 为纳米纤维膜的初
            纳米纤维膜分别命名为 CB-7.5%/PU、CB-10.0%/PU、                 始电阻,Ω;ε 为纳米纤维膜的应变,%。
            CB-12.5%/PU、CB-15.0%/PU。                               将聚氨酯纳米纤维膜置于拉伸试验机上,夹持
            1.3    结构表征与性能测试                                   距离为 40 mm。纤维膜以 20 mm/min 的速度拉伸至
            1.3.1    微观形貌表征                                    60  mm,到达终点后立刻以相同的速度返回初始位
                 利用场发射扫描电子显微镜观察纳米纤维表面                          置,拉伸循环 1000 次。利用导线将电化学工作站与
            形貌。并利用 Nano Measure 软件计算纳米纤维直径。                    聚氨酯纳米纤维膜两端相连,记录导电纳米纤维膜
            利用透射电子显微镜,在 200 kV 电压下对导电纳米                        的相对电阻变化-时间曲线,测试导电纳米纤维膜的
            纤维膜进行观察。                                           循环性能。
            1.3.2    红外光谱表征
                 利用傅里叶变换红外光谱仪对 PU、CNT/PU、                      2   结果与讨论
            CB/PU 纳米纤维膜作全反射测试,波数范围为 4000~
                   –1
            500 cm 。                                           2.1   微观形貌分析
                                                                   PU、CNT-5.0%/PU、CB-7.5%/PU 纳米纤维的
            1.3.3    DSC 表征
                 称取 5 mg 左右的样品,利用差示扫描量热仪进                      SEM 图、直径分布图如图 1 所示。3 种纳米纤维全
                                                               部随机取向形成三维网络结构,纯 PU 纳米纤维表面
            行测试,在氮气氛围下,温度以 10  ℃/min 从 30  ℃升
                                                               光滑,直径约为 260 nm,CNT-5.0%/PU、CB-7.5%/PU
            高到 300  ℃,保温 5 min 消除热历史,再以 10  ℃/min
            从 300  ℃降到–70  ℃,最后以 10  ℃/min 从–70 ℃              纳米纤维的平均直径分别为 420、370 nm。理论上,
            升高到 300  ℃,取第二次升温曲线。                               由于溶液具有导电性,在电场的作用下会被劈裂成
            1.3.4    XRD 表征                                    数份,由于外加电场的牵伸作用,导电纳米纤维的
                 利用 X 射线衍射仪测试样品,Cu 靶 K α 为辐射                   直径应低于纯纳米纤维。然而,事实是导电纤维的
            源(λ=0.15406 nm),扫描角度 5°~70°,扫描速度为                  直径远高于纯聚氨酯纤维,此现象可能是由于导电
            0.02(°)/s。                                         填料掺杂进聚氨酯纳米纤维内部,导致纤维直径增
            1.3.5    力学性能测试                                    大。CNT 由于团聚,聚集成束分散在聚氨酯纤维表
                 将纳米纤维膜剪成哑铃型,利用电子拉力试验                          面,将数根纳米纤维缠结在一起,因此,SEM 图片
            机测试样品的力学性能,夹持距离 L 0 为 40 mm,室                      上几乎看不到完整的单根纤维。CB 粒子较为均匀地
            温为 26  ℃,拉伸速度为 50 mm/min。                          分散在 CB/PU 纳米纤维表面。SEM 图片表明,由
            1.3.6    电性能测试                                     于制备工艺等因素,CNT、CB 并没有被完全包裹进
                 将纳米纤维膜剪成长 40 mm、宽 10 mm 的长方                   聚氨酯纳米纤维内部,有部分导电填料分散在聚氨
            形,利用膜厚仪测量纳米纤维膜的厚度,取 10 个点,                         酯纤维表面。
            求平均值。将数字万用表的电极夹在纳米纤维膜的                                 CNT-5.0%/PU、CB-7.5%/PU 纳米纤维的 TEM
            两端,测量纤维膜的电阻。纳米纤维膜的体积电阻                             图如图 2 所示。
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