改性碳纳米管阵列、碳纳米管纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种改性碳纳米管阵列、碳纳米管纤维及其制备方法和应用。该改性碳纳米管阵列的制备方法包括如下步骤：制备碳纳米管阵列；制备改性物，改性物为不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的共聚物，所述不饱和二羧酸选自马来酸、二甲基马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种；及在保护性气体氛围下，对改性物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列。上述制备方法得到的改性碳纳米管阵列能够用于制备耐磨性较高的布料。

Modified carbon nanotube arrays, carbon nanotube fibers and their preparation methods and Applications

The invention relates to a modified carbon nanotube array, carbon nanotube fibers, a preparation method and application thereof. The preparation method of the modified carbon nanotube arrays includes the following steps: preparing carbon nanotube arrays; preparing modifications, which are copolymers of unsaturated dicarboxylic acid, styrene and methyl methacrylate. The unsaturated dicarboxylic acid is selected from at least one of maleic acid, dimethyl maleic acid, dichloromaleic acid, phenyl maleic acid and diphenyl maleic acid, and in protective gases. Modified carbon nanotube arrays were prepared by grafting reaction of modified carbon nanotube arrays and modified carbon nanotube arrays under ultraviolet irradiation. The modified carbon nanotube arrays prepared by the above methods can be used to prepare high wear-resistant fabrics.

【技术实现步骤摘要】
改性碳纳米管阵列、碳纳米管纤维及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料
，特别是涉及一种改性碳纳米管阵列、碳纳米管纤维及其制备方法和应用。
技术介绍
衣物，是指人类或通过人类来完成遮掩身体、载体的用布料等材质做成的各种样式的遮挡物。根据所制作衣物的布料的不同，制成的衣物被用于不同的场合。随着人们对生活质量的追求不断提高，对衣物的耐磨性能的要求也日益增加。尤其是对外穿的衣物的耐磨性能要求更高。一些研究通过选择特殊材料制作布料，以提高布料的耐磨性能。然后，传统的特殊材料制成的布料的耐磨性能较差，仍然不能满足实际需求。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种改性碳纳米管阵列的制备方法，该制备方法得到的改性碳纳米管阵列能够用于制备耐磨性较高的布料。此外，还提供一种改性碳纳米管阵列和碳纳米管纤维及其制备方法和应用。一种改性碳纳米管阵列的制备方法，包括如下步骤：制备碳纳米管阵列；制备改性物，所述改性物为不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的共聚物，所述不饱和二羧酸选自马来酸、二甲基马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种；及在保护性气体氛围下，对所述改性物和所述碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列。上述改性碳纳米管阵列的制备方法，采用不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯制备改性物，不饱和二羧酸选自马来酸、二甲基马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种，且采用紫外光将改性物接枝到碳纳米管阵列的表面，使得改性碳纳米管阵列表面形成保护膜而具有较高的耐磨性，能够用于制备耐磨性较高的布料。经试验验证，采用上述制成的改性碳纳米管阵列制备的碳纳米管纤维的有效磨耗指数为23000次～27500次，且厚度减少量为0.04mm～0.15mm，具有较高的耐磨损性能。在其中一个实施例中，所述制备碳纳米管阵列的步骤包括：在第一基底上沉积催化剂层；及在第二保护性气体氛围下，将形成有催化剂层的第一基底升温至550℃～900℃后，再通入碳源气体反应，得到所述碳纳米管阵列；所述碳源气体包括乙烯与己烷，所述乙烯与所述己烷的气体分压比为1.25:1～8:1，所述碳源气体的流速为5mL/min～15mL/min，通入所述碳源气体进行反应的时间为10min～25min。在其中一个实施例中，所述制备改性物的步骤具体为：将所述不饱和二羧酸、所述苯乙烯及所述甲基丙烯酸甲酯通过自由基聚合反应，得到反应物；向所述反应物中加入溶剂，固液分离后收集沉淀，得到所述改性物。在其中一个实施例中，将所述不饱和二羧酸、所述苯乙烯及所述甲基丙烯酸甲酯通过自由基聚合反应的步骤具体为：将所述不饱和二羧酸、所述苯乙烯及所述甲基丙烯酸甲酯在紫外光照射下进行聚合反应，并控制反应温度为20℃～45℃，紫外光强度为45W～55W，反应时间为30min～40min。在其中一个实施例中，所述不饱和二羧酸、所述苯乙烯及所述甲基丙烯酸甲酯的质量比为(2～7)：(9～14)：(4～7)。在其中一个实施例中，所述改性物的重均分子量为5000～25500。一种改性碳纳米管阵列，由上述改性碳纳米管阵列的制备方法制备得到。一种碳纳米管纤维的制备方法，将上述改性纳米管阵列进行纺丝，得到碳纳米管纤维。一种碳纳米管纤维，由上述碳纳米管纤维的制备方法制备得到。上述碳纳米管纤维在制备布料中的应用。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。一实施方式的碳纳米管纤维的制备方法，能够制备具有较高耐磨性的改性碳纳米管阵列，且得到的碳纳米管纤维的耐磨性较高，能够用于制备耐磨性较高的布料。需要说明的是，可以采用传统的纺织方法将碳纳米管纤维纺织成布料。传统的纺织方法例如可以是平织法或斜纹织法。需要说明的是，可以采用单根碳纳米管纤维进行纺织，也可以将多根碳纳米管纤维平行拧制成一根再进行纺织。具体地，该碳纳米管纤维的制备方法包括如下步骤S110～S120：S110、制备改性碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，S110包括S111～S113:S111、制备碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列。需要说明的是，碳纳米管阵列也可以是多壁碳纳米管阵列。需要说明的是，采用上述改性碳纳米管阵列的制备方法时，单壁碳纳米管阵列的表面较多壁碳纳米管阵列的表面修饰难度更大。在其中一个实施例中，碳纳米管阵列的长度为650μm～1200μm。碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为10nm～15nm。在其中一个实施例中，S111具体为：在第一基底上沉积碳纳米管阵列。进一步地，第一基底为氧化铝板。第一基底的主要作用在于对承载碳纳米管阵列。第一基底的尺寸为8英尺。当然，在其他实施方式中，第一基底的尺寸也可以是其他任意尺寸。更进一步地，第一基底具有第一工作面，在第一工作面沉积形成碳纳米管阵列层。在其中一个实施例中，在第一基底上沉积碳纳米管阵列的步骤包括S1111～S1112：S1111、在第一基底上沉积催化剂层。在其中一个实施例中，采用电子束蒸发法在第一基底的表面形成催化剂层。进一步地，催化剂层的材料选自铁、钴和镍中的至少一种。催化剂层的厚度为20nm～23nm。S1112、在第二保护性气体氛围下，将形成有催化剂层的第一基底升温至550℃～900℃后，再通入碳源气体反应，得到碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，将沉积有催化剂层的第一基底放置于化学气相反应炉中进行反应。进一步地，先向化学气相反应炉中通入保护性气体，再升高化学气相反应炉的温度至550℃～900℃，使得催化剂层在第一基底上均匀成核；再向其中通入碳源气体进行反应。更进一步地，碳源气体包括乙烯与己烷，乙烯与己烷的气体分压比为1.25:1～8:1。碳源气体的流速为5mL/min～15mL/min，通入碳源气体进行反应的时间为10min～25min。通过此设置，得到的碳纳米管阵列的力学性能较好，以增加改性碳纳米管阵列的耐磨性。在其中一个实施例中，第二保护性气体选自氮气、氢气、氩气和氦气中的至少一种。S112、制备改性物。改性物为不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的共聚物。不饱和二羧酸选自马来酸、二甲基马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种。在其中一个实施例中，改性物的重均分子量为5000～25500。进一步地，改性物的重均分子量为7800～20000。在其中一个实施例中，不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的质量比为(2～7)：(9～14)：(4～7)。此设置得到的改性物接枝于碳纳米管阵列的表面，既能够增加改性碳纳米管阵列的硬度，还能够增大碳纳米管之间的距离，以降低由于碳纳米管之间的范德华力所致的团聚，以得到易于分散的改性碳纳米管阵列，以能够更好发挥碳纳米管的力学性能，得到耐磨性更高的改性碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.5～2.5。此种设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备碳纳米管阵列；制备改性物，所述改性物为不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的共聚物，所述不饱和二羧酸选自马来酸、二甲基马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种；及在第一保护性气体氛围下，对所述改性物和所述碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列。

【技术特征摘要】
1.一种改性碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备碳纳米管阵列；制备改性物，所述改性物为不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的共聚物，所述不饱和二羧酸选自马来酸、二甲基马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种；及在第一保护性气体氛围下，对所述改性物和所述碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列。2.根据权利要求1所述的改性碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述制备碳纳米管阵列的步骤包括：在第一基底上沉积催化剂层；及在第二保护性气体氛围下，将形成有催化剂层的第一基底升温至550℃～900℃后，再通入碳源气体反应，得到所述碳纳米管阵列；所述碳源气体包括乙烯与己烷，所述乙烯与所述己烷的气体分压比为1.25:1～8:1，所述碳源气体的流速为5mL/min～15mL/min，通入所述碳源气体进行反应的时间为10min～25min。3.根据权利要求1所述的改性碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，所述制备改性物的步骤具体为：将所述不饱和二羧酸、所述苯乙烯及所述甲基丙烯酸甲酯通过自由基聚合反应，得到反应物；向所述反应物中...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓飞，
申请(专利权)人：深圳烯湾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44