碳納米管-滌綸長(zhǎng)絲包纏紗的制備與性能研究.pdf

1、碳納米管紗線具有高強(qiáng)度、高傳導(dǎo)性和應(yīng)變傳感等特性，被國(guó)內(nèi)外的研究學(xué)者廣泛關(guān)注。其纖維狀結(jié)構(gòu)和柔性特征，也使其成為極具應(yīng)用前景的智能紡織材料。但碳納米管紗線的直徑小、伸長(zhǎng)率低、耐磨性差等缺陷，導(dǎo)致其可織造性能較差。為了將碳納米管紗線應(yīng)用于紡織領(lǐng)域，同時(shí)提高其斷裂伸長(zhǎng)和斷裂強(qiáng)力，本課題將碳納米管紗線與滌綸長(zhǎng)絲結(jié)合，制備碳納米管/滌綸長(zhǎng)絲包纏紗，主要對(duì)其力學(xué)性能、導(dǎo)電性能和應(yīng)變傳感性能進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試和分析。
　　首先，本文設(shè)計(jì)并搭建制

2、備碳納米管/滌綸長(zhǎng)絲包纏紗的可控裝置。該裝置在芯片驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制下維持芯紗同向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在皮紗橫向移動(dòng)下實(shí)現(xiàn)了碳納米管對(duì)滌綸長(zhǎng)絲的包纏。實(shí)驗(yàn)在不破壞碳納米管紗線的拉伸力學(xué)和耐磨性基礎(chǔ)上制備了單面包纏和雙面對(duì)稱包纏兩種不同結(jié)構(gòu)的包纏紗。
　　其次，實(shí)現(xiàn)了單面碳納米管/滌綸長(zhǎng)絲包纏紗的制備和測(cè)試分析。分別制備了捻回?cái)?shù)為100、120、140、180和250的碳納米管/滌綸單面包纏紗。采用數(shù)字式三維視頻顯微鏡、單纖強(qiáng)力拉伸儀和兩探針電阻

3、測(cè)試儀對(duì)包纏紗的形態(tài)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能以及應(yīng)變傳感性能進(jìn)行測(cè)試和分析。結(jié)果表明：不同捻回?cái)?shù)的單面包纏紗結(jié)構(gòu)緊密均勻；隨著捻回?cái)?shù)增加，碳納米管紗線的斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂強(qiáng)力均逐漸上升，并且捻回?cái)?shù)在250時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂強(qiáng)力最大，分別提高5倍和10倍左右；同時(shí)，當(dāng)捻回?cái)?shù)為100-140時(shí)，包纏紗具有雙傳感系數(shù)特征，即在拉伸的初始階段，傳感系數(shù)較低為0.5左右，當(dāng)拉伸應(yīng)變高于23％以后，傳感系數(shù)急速上升至1.57左右，與碳納米管紗線的傳感系數(shù)（1

4、.69）相當(dāng)；當(dāng)捻回?cái)?shù)高于140時(shí)，包纏紗傳感性能出現(xiàn)明顯的波動(dòng)；經(jīng)過20次反復(fù)循環(huán)拉伸后，包纏紗力學(xué)和電學(xué)均出現(xiàn)較為明顯的波動(dòng)和下降。
　　再次，實(shí)現(xiàn)了雙面碳納米管/滌綸長(zhǎng)絲包纏紗的制備和測(cè)試分析。制備得到捻回?cái)?shù)為80、100、120、150、170和200的碳納米管/滌綸雙面對(duì)稱包纏紗。結(jié)果顯示，雙面對(duì)稱包纏紗的結(jié)構(gòu)比單面包纏紗更為均勻緊致；捻回?cái)?shù)為200時(shí)，包纏紗中碳納米管紗線斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂強(qiáng)力均提高5倍左右；隨著捻回?cái)?shù)的

5、增加，碳納米管紗線的斷裂次數(shù)增多；經(jīng)過20次反復(fù)循環(huán)拉伸后，雙面對(duì)稱包纏紗的電阻和電阻變化率隨時(shí)間變化相對(duì)單面包纏紗更為穩(wěn)定。
　　最后，通過在碳納米管紗線上原位聚合生成聚苯胺，得到耐磨性能更好的碳納米管聚苯胺復(fù)合紗線，將其與滌綸進(jìn)行單面和雙面包纏后得到聚苯胺改性碳納米管/滌綸包纏紗。結(jié)果表明，碳納米管聚苯胺復(fù)合紗線在氧化聚合時(shí)間為4h時(shí)，其斷裂強(qiáng)度提高142%，楊氏模量增加2倍以上，電導(dǎo)率提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。采用氧化聚合時(shí)間為4h