一种碳纳米管纤维复合面料及其制备方法

技术领域

本发明属于面料技术领域，具体涉及一种碳纳米管纤维复合面料及其制备方法。

背景技术

碳纳米管作为一种微观尺度材料，具有优异的强度和刚度，而且其表面含有大量的极性基团。以其它材料为基体与碳纳米管制成的复合材料，表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善，因此，在纺织行业，如何将碳纳米管与其他纤维材料结合使用制备性能良好的复合面料也逐渐成为研究的热点；

目前，以碳纳米管制备的面料多应用于特殊穿着环境中，虽功能性较强，但存在穿着舒适度不佳的问题，如何提高碳纳米管的穿着舒适度是目前有待解决的问题，为此，我们提出了一种碳纳米管纤维复合面料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供了一种碳纳米管纤维复合面料及其制备方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明提供了一种碳纳米管纤维复合面料，所述碳纳米管纤维复合面料由岩藻多糖/碳纳米管复合纤维织造而成；

所述岩藻多糖/碳纳米管复合纤维是先将岩藻多糖/碳纳米管纺丝液经凝固浴制得岩藻多糖/碳纳米管初生纤维，再对岩藻多糖/碳纳米管初生纤维在预冷的整理液中进行牵引拉伸处理后得到的；

所述整理液组分配方，按照质量百分比计，包括氢氧化钠5-7％、尿素12-15％、纳米银2-5％，余量为水。

作为本发明的进一步优化方案，所述碳纳米管的加入量为岩藻多糖加入质量的0.5-100％。

作为本发明的进一步优化方案，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

本发明还提供了一种碳纳米管纤维复合面料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：制备岩藻多糖/碳纳米管纺丝液，将碳纳米管加入岩藻多糖溶液中得到岩藻多糖/碳纳米管纺丝液；

步骤二：将岩藻多糖/碳纳米管纺丝液经过凝固浴得到岩藻多糖/碳纳米管初生纤维；

步骤三：配制整理液后，将整理液进行预冷处理，将岩藻多糖/碳纳米管初生纤维置于预冷的整理液中进行牵引拉伸处理得到所述岩藻多糖/碳纳米管复合纤维；

步骤四：将岩藻多糖/碳纳米管复合纤维织造得到坯布，对坯布进行印染、后整理工序即可得到所述碳纳米管纤维复合面料。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤一具体为，先调整岩藻多糖溶液的粘度为2000-6000mPa·S，随后，将碳纳米管加入岩藻多糖溶液中经搅拌、分散脱泡后得到岩藻多糖/碳纳米管纺丝液。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤二中，纺丝液温度为40-60℃；凝固浴为质量百分比浓度为2％的氯化钙水溶液，凝固浴温度为30-50℃。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤二中，所述步骤三中，整理液于-10℃下预冷30-60min，所述牵引拉伸处理过程中，岩藻多糖/碳纳米管初生纤维的牵伸比为120-200％。

本发明的有益效果在于：

本发明的复合面料由岩藻多糖/碳纳米管复合纤维织造而成，岩藻多糖/碳纳米管复合纤维是先将岩藻多糖/碳纳米管纺丝液经凝固浴制得岩藻多糖/碳纳米管初生纤维，再对岩藻多糖/碳纳米管初生纤维在预冷的整理液中进行牵引拉伸处理后得到的，面料具有较好的力学性能及透气透湿性，穿着舒适度提高，且制备方法简单，具有良好的应用前景。

具体实施方式

下面对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

本实施例提供一种碳纳米管纤维复合面料，所述碳纳米管纤维复合面料由岩藻多糖/碳纳米管复合纤维织造而成；

所述岩藻多糖/碳纳米管复合纤维是先将岩藻多糖/碳纳米管纺丝液经凝固浴制得岩藻多糖/碳纳米管初生纤维，再对岩藻多糖/碳纳米管初生纤维在预冷的整理液中进行牵引拉伸处理后得到的；

所述整理液组分配方，按照质量百分比计，包括氢氧化钠5％、尿素15％、纳米银5％，余量为水；

该碳纳米管纤维复合面料的制备方法，包括以下步骤，

步骤一：制备岩藻多糖/碳纳米管纺丝液，将碳纳米管加入岩藻多糖溶液中得到岩藻多糖/碳纳米管纺丝液，具体的，称取25g岩藻多糖加入500ml蒸馏水中，充分溶解后，得到岩藻多糖溶液；随后向岩藻多糖溶液中加入双氧水，添加溶液的粘度为4000mPa·S，称取12.5g的单壁碳纳米管加入至岩藻多糖溶液中，搅拌30min，超声分散30min，脱泡1h后，得到分散均匀的岩藻多糖/碳纳米管纺丝液；

步骤二：将岩藻多糖/碳纳米管纺丝液经过凝固浴得到岩藻多糖/碳纳米管初生纤维，具体的，调整纺丝液温度为40℃；利用70孔75微米的喷丝板对纺丝液进行湿法纺丝，纺丝速度为30米/分钟，然后使岩藻多糖/碳纳米管纺丝液通过喷丝板形成的细流进入温度为40℃，质量百分比浓度2％的氯化钙水溶液中凝固，得到岩藻多糖/碳纳米管初生纤维；

步骤三：按照整理液组分配方配制整理液后，将整理液进行预冷处理，即于-10℃下预冷30min，随后将岩藻多糖/碳纳米管初生纤维置于预冷的整理液中进行牵引拉伸处理得到所述岩藻多糖/碳纳米管复合纤维，所述牵引拉伸处理过程中，岩藻多糖/碳纳米管初生纤维的牵伸比为120％；

步骤四：将岩藻多糖/碳纳米管复合纤维织造得到坯布，对坯布进行印染、后整理工序即可得到所述碳纳米管纤维复合面料。

实施例2

本实施例提供一种碳纳米管纤维复合面料，所述碳纳米管纤维复合面料由岩藻多糖/碳纳米管复合纤维织造而成；

所述岩藻多糖/碳纳米管复合纤维是先将岩藻多糖/碳纳米管纺丝液经凝固浴制得岩藻多糖/碳纳米管初生纤维，再对岩藻多糖/碳纳米管初生纤维在预冷的整理液中进行牵引拉伸处理后得到的；

所述整理液组分配方，按照质量百分比计，包括氢氧化钠7％、尿素13％、纳米银2％，余量为水；

该碳纳米管纤维复合面料的制备方法，包括以下步骤，

步骤一：制备岩藻多糖/碳纳米管纺丝液，将碳纳米管加入岩藻多糖溶液中得到岩藻多糖/碳纳米管纺丝液，具体的，称取25g岩藻多糖加入500ml蒸馏水中，充分溶解后，得到岩藻多糖溶液；随后向岩藻多糖溶液中加入双氧水，添加溶液的粘度为4000mPa·S，称取2.5g的双壁碳纳米管加入至岩藻多糖溶液中，搅拌30min，超声分散30min，脱泡1h后，得到分散均匀的岩藻多糖/碳纳米管纺丝液；

步骤二：将岩藻多糖/碳纳米管纺丝液经过凝固浴得到岩藻多糖/碳纳米管初生纤维，具体的，调整纺丝液温度为60℃；利用70孔75微米的喷丝板对纺丝液进行湿法纺丝，纺丝速度为30米/分钟，然后使岩藻多糖/碳纳米管纺丝液通过喷丝板形成的细流进入温度为50℃，质量百分比浓度2％的氯化钙水溶液中凝固，得到岩藻多糖/碳纳米管初生纤维；

步骤三：按照整理液组分配方配制整理液后，将整理液进行预冷处理，即于-10℃下预冷60min，随后将岩藻多糖/碳纳米管初生纤维置于预冷的整理液中进行牵引拉伸处理得到所述岩藻多糖/碳纳米管复合纤维，所述牵引拉伸处理过程中，岩藻多糖/碳纳米管初生纤维的牵伸比为120％；

步骤四：将岩藻多糖/碳纳米管复合纤维织造得到坯布，对坯布进行印染、后整理工序即可得到所述碳纳米管纤维复合面料。

实施例3

本实施例提供一种碳纳米管纤维复合面料，所述碳纳米管纤维复合面料由岩藻多糖/碳纳米管复合纤维织造而成；

所述岩藻多糖/碳纳米管复合纤维是先将岩藻多糖/碳纳米管纺丝液经凝固浴制得岩藻多糖/碳纳米管初生纤维，再对岩藻多糖/碳纳米管初生纤维在预冷的整理液中进行牵引拉伸处理后得到的；

所述整理液组分配方，按照质量百分比计，包括氢氧化钠7％、尿素13％、纳米银2％，余量为水；

该碳纳米管纤维复合面料的制备方法，包括以下步骤，

步骤一：制备岩藻多糖/碳纳米管纺丝液，将碳纳米管加入岩藻多糖溶液中得到岩藻多糖/碳纳米管纺丝液，具体的，称取25g岩藻多糖加入500ml蒸馏水中，充分溶解后，得到岩藻多糖溶液；随后向岩藻多糖溶液中加入双氧水，添加溶液的粘度为4000mPa·S，称取0.0125g的单壁碳纳米管加入至岩藻多糖溶液中，搅拌30min，超声分散30min，脱泡1h后，得到分散均匀的岩藻多糖/碳纳米管纺丝液；

步骤二：将岩藻多糖/碳纳米管纺丝液经过凝固浴得到岩藻多糖/碳纳米管初生纤维，具体的，调整纺丝液温度为50℃；利用70孔75微米的喷丝板对纺丝液进行湿法纺丝，纺丝速度为30米/分钟，然后使岩藻多糖/碳纳米管纺丝液通过喷丝板形成的细流进入温度为40℃，质量百分比浓度2％的氯化钙水溶液中凝固，得到岩藻多糖/碳纳米管初生纤维；

步骤三：按照整理液组分配方配制整理液后，将整理液进行预冷处理，即于-10℃下预冷40min，随后将岩藻多糖/碳纳米管初生纤维置于预冷的整理液中进行牵引拉伸处理得到所述岩藻多糖/碳纳米管复合纤维，所述牵引拉伸处理过程中，岩藻多糖/碳纳米管初生纤维的牵伸比为120％；

步骤四：将岩藻多糖/碳纳米管复合纤维织造得到坯布，对坯布进行印染、后整理工序即可得到所述碳纳米管纤维复合面料。

对比例1

在实施例1的基础上，除步骤一：称取25g岩藻多糖加入500ml蒸馏水中，充分溶解后，得到岩藻多糖溶液；随后向岩藻多糖溶液中加入双氧水，添加溶液的粘度为4000mPa·S，超声分散30min，脱泡1h后，得到分散均匀的岩藻多糖纺丝液。

按照实施例1的步骤二制得岩藻多糖初生纤维，按照实施例1的步骤三制得岩藻多糖纤维，按照实施例1的步骤制得面料。

对比例2

在实施例1的基础上，除步骤三：将岩藻多糖/碳纳米管初生纤维置于预冷的蒸馏水中进行牵引拉伸处理，牵伸比为120％。

其余步骤与实施例1相同。

对比例3

在实施例1的基础上，除步骤三，将岩藻多糖/碳纳米管初生纤维置于整理液中进行牵引拉伸处理，牵引拉伸的温度为100℃下，牵伸比为120％。

其余步骤与实施例1相同。

对比例4

在实施例1的基础上，除步骤三，将岩藻多糖/碳纳米管初生纤维置于整理液中进行牵引拉伸处理，牵引拉伸的温度为常温状态下，牵伸比为120％。

其余步骤与实施例1相同。

将制备得到的复合纤维进行力学性能测试，具体为，在标准为GB/T3923.1-1997的条件下，测定复合纤维的拉伸强度和断伸长率。

将制备得到的面料进行性能测试：面料的透气量根据JISL1096-2010标准测试，面料的透湿率参照透湿杯法的国家标准GB/T12704-1991测定。结果见表1。

表1.测试结果统计表

从表1可以看出，实施例1-3与对比例1相比，区别在于，对比文件1未使用碳纳米管，从纤维的拉伸强度、断裂伸长率来看，其数值不及实施例1-3，碳纳米管在提升纤维力学性能上具有积极的影响，从面料的透湿率、透气量来看，其数值与实施例1-3相当，透湿率略有下降，透气量有所提升。

对比例2相较于实施例1而言，以预冷的蒸馏水代替预冷的整理液，从测试结果来看，从纤维的拉伸强度、断裂伸长率来看，数值略有下降，从面料的透湿率、透气量来看，其数值大幅度下降，推测使用预冷的整理液处理纤维有助于纤维力学性能、面料透湿透气性的提升。

对比例3相较于实施例1提高了牵引拉伸的温度，在100℃下对岩藻多糖/碳纳米管初生纤维进行牵引拉伸，从纤维的拉伸强度、断裂伸长率来看，数值与实施例1相当，从面料的透湿率、透气量来看，其数值大幅度下降，推测牵引拉伸温度的提高影响到纤维力学性能、面料透湿透气性的提升。

对比例4相较于对比例2，区别在于，在常温状态(25℃)下对岩藻多糖/碳纳米管初生纤维进行牵引拉伸，从纤维的拉伸强度、断裂伸长率来看，数值与对比例2相当，从面料的透湿率、透气量来看，其数值相较于对比例2有所提升。

实施例4

试验组一：在实施例2的基础上，使用海藻多糖、芦荟多糖、壳聚糖代替岩藻多糖，并按照实施例2所示的制备方法，制得复合纤维，记为复合纤维1-3，将复合纤维1-3织造得到坯布，对坯布进行印染、后整理工序即可得到复合面料；

试验组二：在实施例2的基础上，设计整理剂组分配方为：

配方1：所述整理液组分配方，按照质量百分比计，包括氢氧化钠5％、尿素15％、纳米银5％，余量为水；

配方2：所述整理液组分配方，按照质量百分比计，包括氢氧化钠7％、尿素13％、纳米银2％，余量为水；

配方3：所述整理液组分配方，按照质量百分比计，包括醋酸7％、尿素13％、纳米银2％，余量为水；

配方4：所述整理液组分配方，按照质量百分比计，包括氢氧化钠7％、尿素13％、纳米锌2％，余量为水；

将两个实验组制备得到的复合纤维进行力学性能测试，具体为，在标准为GB/T3923.1-1997的条件下，测定复合纤维的拉伸强度和断伸长率。

将制备得到的复合面料进行性能测试：面料的透气量根据JISL1096-2010标准测试，面料的透湿率参照透湿杯法的国家标准GB/T12704-1991测定。结果见表2。

表2.测试结果统计表

表2可以看出，实验组一与实施例2相比，采用海藻多糖、芦荟多糖、壳聚糖代替岩藻多糖，从纤维的拉伸强度、断裂伸长率来看，其数值不及实施例2，从面料的透湿率、透气量来看，其数值略有下降，可以看出，岩藻纤维在提升面料透湿透气性上具有积极影响。

试验组二调整了整理液的组分配方，配方1-2与实施例2在纤维的拉伸强度、断裂伸长率上，面料的透湿率、透气量上数值相当，而配方3相较于实施例2，使用醋酸代替氢氧化钠，维的拉伸强度、断裂伸长率、面料的透湿率、透气量的数值显著下降，配方4相较于实施例2，使用纳米锌代替纳米银，面料的透湿率、透气量上数值下降，推测纳米银在提升面料的透湿率、透气量具有积极影响。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。