Page 93 - 《精细化工》2022年第1期

第 1 期 郑贤宏，等: 高弹性 MXene/TPU 纳米纤维纱线的制备及其应变传感性能 ·83·

a—TPU 纳米纤维纱线伸长实物图；b—MTY-4 纳米纤维纱线伸长实物
图；c—MTY 纱线中 MXene 的负载量；d—MTY 纳米纤维纱线电阻

图 3 MXene/TPU 纳米纤维纱线弹性及导电性能

a~b—TPU；c~d—MTY-2；e~f—MTY-4；g—100%伸长的 MTY-4； Fig. 3 Elasticity and electrical conductivity of MXene/TPU
h—MTY-4 纱线截面 nanofiber yarn

图 2 MXene/TPU 纳米纤维纱线的 SEM 图 制备的 MXene 改性纱线的电阻结果如图 3d 所
Fig. 2 SEM images of MXene/TPU nanofiber yarns 示，MTY-1 具有最高的电阻，可高达(1150±132) Ω/cm，

2.3 纳米纤维纱线物理性能分析 其较高的电阻主要归因于较低的 MXene 负载量难以
在纱线内部建立完整的导电通路。复合纱线的电阻随
对 MXene/TPU 纳米纤维纱线的弹性和导电性
MXene 负载量的增加而减小，MTY-4 和 MTY-5 电
能进行了测试，结果如图 3 所示。由图 3a 和 b 可知，
阻最低并且接近，分别为(76±16)、(71±13) Ω/cm。
TPU 纳米纤维纱线在 MXene 改性前后纱线均可牵
上述结果表明，当 MXene 质量分数达到 46%时，
伸至 400%，且不发生断裂，展现出较好的弹性和较
MXene 已经在纱线表面和内部建立完整的导电通路
高的拉伸强度。为了测试 MXene 在纱线中的负载
（图 2e、f），进一步增加 MXene 负载量并不能显著
量，采用微量天平称量纱线负载前后质量差异，
提高纱线电导率。
MXene 的质量分数如图 3c 所示。由图 3c 可知，
TPU 纳米纤维纱线及 MXene/TPU 复合纱线机
MTY-1 中 MXene 的质量分数最低，仅有 5%±0.8%；
械性能如图 4 所示。
MTY-5 中 MXene 的质量分数最高可达 51%。MTY-4
和 MTY-5 纱线较高的 MXene 负载量主要归因于
TPU 纳米纤维纱线较高的比表面积和芯吸效应。

图 4 TPU 及 MXene/TPU 纱线典型应力-应变曲线（a）；
MTY-4 循环拉伸电阻变化（应变率为 50%）（b）
及其循环拉伸应力-应变曲线（插图）
Fig. 4 Typical stress-strain curves of TPU and MXene/TPU
yarns (a); Electrical resistance variation of MTY-4
(strain=50%) (b) and inset is its cyclic tensile stress-
strain curves