本发明专利技术公开了一种碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维，所述导电纤维由碳纳米管、聚氨酯、聚丙烯组成，碳纳米管的质量百分数为1%～10%，聚氨酯的质量百分数为9%～40%，聚丙烯的质量百分数为50%～90%。本发明专利技术采用常规熔融纺丝技术制备碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维，聚氨酯与聚丙烯为不相容高聚物，在纺丝过程中由于受到连续相施加的剪切、拉伸等作用，聚氨酯在聚丙烯基体中形成原位微纤；碳纳米管经过酸化处理后表面的羧基与聚氨酯形成氢键，因此其选择性的分散在聚氨酯微纤中；这样使得碳纳米管/聚氨酯微纤在聚丙烯基体中形成连续网链状微纤导电通道，得到碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合纤维及其制备领域，特别涉及一种碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯复合纤维及其制备方法。
技术介绍
化学纤维自问世以来，以其许多天然纤维无法比拟的优良性能，得到了迅速发展，市场不断扩大。但同时，在生产和使用过程中也暴露出了它们存在的一个重要的共同特点，就是吸湿性差，在使用过程中易产生静电并由此给工业生产及人民生活带来危害，这使得对合成纤维的导电性能的研究越来越为人们所关注。导电纤维的制备方法有许多种，随着研究的不断深入，根据制得纤维的最终性能和制备工艺，人们逐步淘汰了一些落后的制备方法。目前，制备到导电纤维的方法主要有三种；一是在纤维等纺织品表面用物理或化学方法使纤维表面形成金属镀层，这种方法由于形成的金属镀层往往使纤维的手感变得粗硬，难以进行纺织加工，且生产设备投资大，效率低，生产成本高；二是用化学方法在纤维表面形成半导体薄层，化学方法工艺较简单，对纤维的物理机械性能影响不大，导电性较好，但导电耐久性较差；三是把导电微粒混入纺丝熔体中，通过复合纺丝制成皮芯结构或海岛结构的导电纤维，用这种方法制得的纤维导电耐久性优良，且因加入导电粒子较少，不损害纤维的物理性能，因而受到广泛关注。但是，这种导电纤维的加工成本较高，工艺亦较复杂，这在一定程度上限制了导电纤维的生产，也限制了使用的普及，因此目前导电纤维主要应用于高科技领域，而应用于民用的品种较少。随着人们生活水平的提高和对自身健康保护意识的增强，民用导电纤维的推广使用必然成为趋势，因此导电纤维的加工应向工艺简单、低成本的方向发展。对于服用导电性织物而言，在赋予织物导电性能的前提下，还应进一步优化工艺，以保持纺织品的原有风格，如色泽、手感、悬垂性等，以符合服用要求。纳米技术的发展和系列功能纳米材料的开发和市场化为发展多功能的纺织品带来了契机。碳纳米管(CNTs)是由碳六元环组成的类似于石墨的平面，按一定方式卷曲而成的纳米级管状结构。碳纳米管又可分为单壁碳纳米管(SffNTs)和多壁碳纳米管(MWNTs)两大类。碳纳米管(CNTs)在纳米尺寸下出现的明显量子效应，因此碳纳米管具有独特结构和力学、电学和化学性质。碳纳米管独特的准一维管状分子结构引起了物理、化学、材料科学和纳米科技领域学者的兴趣。以碳纳米管作为填料的各种碳纳米管/高聚物导电纤维的研究已有一些报道。专利200410033773. 6将聚酯、碳纳米管和偶联剂混合，经挤出及纺丝工序制备成导电纤维。专利CN101250770A利用湿法纺丝技术，使用碳纳米管对尚处于凝胶态的晴纶初生纤维进行快速改性处理，获得抗静电晴纶纤维。专利CN101864015A将碳纳米管分散到离子液体中，然后将单体、引发剂加入其中聚合得到聚丙烯/碳纳米管复合材料原液，采用湿纺或干喷湿纺工艺制备聚丙烯/碳纳米管复合纤维。专利CN1569939A首先将碳纳米管分散于水中，然后将碳纳米管水溶液与热塑性聚合物混合、干燥、造粒，最后纺制成导电纤维。目前的一个趋势是使用多相高聚物共混体系来降低导电高聚物中导电填料的含量，高聚物共混物的相分离和无机导电材料选择性地分散到某一相中，能够在导电剂用量较低的情况下获得高电导率的复合材料，另一方面能够提供比较好的加工性能，并且有效的减弱了由于填料含量增加而造成的机械性能下降的影响。高聚物共混物的相分离和无机导电材料控制导电粒子在体系中的分布和排列方式是获得高性能、低成本的导电纤维的重要途径，也是导电高分子复合材料的发展趋势。本专利提出利用聚合物共混物纺丝过程中形态控制方法，使分散相原位成微纤，并控制导电粒子选择性分布于原位微纤中，从而简便高效的获得低成本、高性能的导电纤维。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维的制备方法。本专利技术提供的导电纤维，系由碳纳米管、聚氨酯和聚丙烯组成，碳纳米管占复合纤维的质量百分数为1% 10%，聚氨酯占9% 40%，聚丙烯占50% 90%。本专利技术的碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维的方法包括以下步骤 (1)将碳纳米管在质量分数70% 98%的强酸溶液中回流O.5-1. 5小时，用去离子水进行稀释，过滤，并用去离子水反复冲洗，把所得黑色固体放在真空烘箱中干燥至恒重，得到羧基化的碳纳米管； (2)将羧基化碳纳米管、聚氨酯及聚丙烯投入到高速混合机中，控制混合温度在100°C 120°C，混合均匀；在双螺杆挤出机或单螺杆挤出机，在170°C 230°C熔融共混并制带造粒，得到碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电切片； (3)将导电切片用熔融纺丝方法进行纺丝，得到碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯初生导电纤维，纺丝温度19CTC 240°C,纺丝速度为200m/min 1000 m/min ； (4)将初生导电纤维经70°C 120°C热牵伸，牵伸倍数为1.5 5倍，得到碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维。本专利技术所使用的碳纳米管为单臂碳纳米管、多臂碳纳米管中的至少一种。本专利技术所述的强酸为硝酸、硫酸中的至少一种。所述聚丙烯是常规纺织用丙纶切片。所述聚氨酯是纤维级聚氨脂切片。本专利技术的有益效果是本专利技术采用常规熔融纺丝技术制备碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维，聚氨酯与聚丙烯为不相容高聚物，在纺丝过程中由于受到连续相施加的剪切、拉伸等作用，聚氨酯在聚丙烯基体中形成原位微纤；碳纳米管经过酸化处理后表面的羧基与聚氨酯形成氢键，因此其选择性的分散在聚氨酯微纤中；这样使得碳纳米管/聚氨酯微纤在聚丙烯基体中形成连续网链状微纤导电通道，得到导电纤维。该纤维不仅具有导电或抗静电性，而且由于纺丝过程中聚合物流体会使聚氨酯微纤沿纤维轴向取向，从而起到微纤增强的作用，可大大提高合成纤维的强度和模量。此方法无需改变原有聚丙烯纤维的生产路线和设备，工艺过程简便，生产灵活。生产出的纤维不仅具有较高的电导率，而且具有强度高、手感好等特点，完全能够满足纺织等后道工序的要求。用上述材料和制备方法得到的导电纤维具有良好的导电性能，除可用作半导体器件、电磁屏蔽材料以及防静电材料外，还可以吸收雷达、红外线、紫外线等，应用于许多特殊领域。具体实施例方式实施例1 多壁碳纳米管放入单口烧瓶中，剧烈搅拌下加入70%浓硝酸，放入140°C恒温油浴中回流I小时后取出，用去离子水进行稀释，过滤，并用去离子水反复冲洗，最后把所得黑色固体放在真空烘箱中于50°C干燥至恒重，得到羧基化的碳纳米管； 取20g羧基化的碳纳米管、380g聚氨酯切片和600g聚丙烯切片混合，投入到高速混合机中，控制混合温度在110°C，混合均匀后在双螺杆挤出机熔融共混并制带造粒。双螺杆挤出机各区温度如下分区I 一区I 二区I三区I四区I五区S度rc) |l90 I200 I205 I210 |220~ 将复合切片按照常规熔融纺丝方法进行纺丝、牵伸，纺丝温度230°C，纺丝速度为800m/min，在100°C热牵伸，牵伸倍数为3倍。此纤维碳纳米管的质量分数为2%，聚氨酯的质量分数为38%，聚丙烯的质量分数为60%。纤维的电导率为10_9 3/011，强度为2.85 cN/dtex。实施例2 多壁碳纳米管放入单口烧瓶中，剧烈搅拌下加入混酸(70%浓硫酸和98%浓硝酸的体积比为3 :1)，放入120°C恒温油浴中回流I小时后取出，用去离子水进行稀本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维，其特征在于：所述导电纤维由碳纳米管、聚氨酯、聚丙烯组成，碳纳米管的质量百分数为1%～10%，聚氨酯的质量百分数为9%～40%，聚丙烯的质量百分数为50%～90%。
【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维，其特征在于所述导电纤维由碳纳米管、聚氨酯、聚丙烯组成，碳纳米管的质量百分数为1% 10%，聚氨酯的质量百分数为9% 40%，聚丙烯的质量百分数为50% 90%。2.根据权利要求1所述的碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维，其特征在于所述的碳纳米管为单臂碳纳米管、多臂碳纳米管中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维的制备方法，其特征在于它的步骤如下(1)将碳纳米管在质量分数70% 98%的强酸溶液中回流O.5-1. 5小时，用去离子水进行稀释，过滤，并用去离子水反复冲洗，把所得黑色固体放在真空烘箱中干燥至恒重，得到羧基化的碳纳米管；(...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘玮，赵尧敏，张留学，刘红燕，孙亚丽，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：
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