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碳纳米管纤维及其制备方法和应用。该制备方法包括如下步骤：在保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米阵列，聚合物选自乙烯‑一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳‑乙烯‑丙烯嵌段共聚物中的至少一种，紫外光为照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，照射功率为20mW～30mW；将改性碳纳米阵列进行纺丝，得到改性纤维；及在改性纤维上设置增强体，并在保护性气体氛围下于80℃～100℃下反应，得到碳纳米管纤维，增强体选自酚醛树脂及脲树脂中的至少一种。上述制备方法得到的碳纳米管纤维能够用于制备更加服帖且拉伸强度较高的布料。

Carbon nanotube fibers and their preparation methods and Applications

The invention relates to a carbon nanotube fiber and a preparation method and application thereof. The preparation method includes the following steps: the polymer and carbon nanotube arrays are irradiated by ultraviolet light in a protective gas atmosphere for grafting reaction, and the modified carbon nanoarrays are obtained. The polymer is selected from at least one of the ethylene-carbon monoxide block copolymers and carbon monoxide-ethylene-propylene block copolymers. The ultraviolet light is a monochrome with the irradiation wavelength of 218-289 nm. Narrow-band light irradiation power is 20 mW-30 mW; modified carbon nanoarrays are spun to obtain modified fibers; and reinforced fibers are set on the modified fibers, and reacted in protective gas atmospheres at 80 100 to obtain carbon nanotube fibers. Reinforcers are selected from at least one of phenolic resin and urea resin. The carbon nanotube fibers prepared by the above method can be used to prepare more durable and high tensile strength fabrics.

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管纤维及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料
，特别是涉及一种碳纳米管纤维及其制备方法和应用。
技术介绍
碳纳米管纤维具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优点，广泛应用于航空模型飞机、灯用支架、医疗器械等领域中。近年来，碳纳米管纤维逐渐被应用于纺织行业中。其中，碳纳米管纤维重量轻，力学性能较好，在制备各种防护服及功能性布料中应用前景广泛。然而，传统的碳纳米管纤维制成的布料不够服帖，且拉伸强度较差，不能满足实际需求。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种碳纳米管纤维的制备方法，该制备方法得到的碳纳米管纤维能够用于制备更加服帖且拉伸强度较高的布料。此外，还提供一种碳纳米管纤维及其应用。一种碳纳米管纤维的制备方法，包括如下步骤：在第一保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米阵列，所述聚合物选自乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中的至少一种，所述紫外光为照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，照射功率为20mW～30mW；将所述改性碳纳米阵列进行纺丝，得到改性纤维；及在所述改性纤维上设置增强体，并在第二保护性气体氛围下于80℃～100℃下反应，得到碳纳米管纤维，所述增强体选自酚醛树脂及脲树脂中的至少一种。上述碳纳米管纤维的制备方法，采用照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，且照射功率为20mW～30mW，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，以将聚合物接枝于碳纳米管阵列的上，聚合物选自乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中的至少一种，得到易于分散的碳纳米管阵列，以提高碳纳米管纤维的附着力而能够用于制备更加服帖的布料；通过在改性纤维上设置增强体，增强体选自酚醛树脂及脲树脂中的至少一种，使得增强体与聚合物于80℃～100℃反应，增强体与聚合物的羰基形成氢键，以在改性纤维上形成保护膜，提高碳纳米管纤维的拉伸强度而能够用于制备拉伸强度更高的布料。经试验验证，采用上述制备方法得到的碳纳米管纤维制成的布料的附着力为214MPa～281MPa，拉伸强度为7.70GPa～8.42GPa。上述布料更加服帖，且具有较优的力学性能。在其中一个实施例中，所述将所述改性碳纳米阵列进行纺丝，得到改性纤维的步骤具体为：从所述改性碳纳米阵列的边缘夹取所述改性碳纳米阵列，沿着垂直于所述改性碳纳米阵列生长的方向进行拖拽和旋转，得到所述改性纤维。在其中一个实施例中，沿着垂直于所述改性碳纳米阵列生长的方向进行拖拽时的速率为0.05m/s～0.5mm/s，沿着垂直于所述改性碳纳米阵列生长的方向进行旋转时的转速为1000rpm～3000rpm。在其中一个实施例中，所述在第一保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应的步骤之前，还包括制备所述乙烯-一氧化碳嵌段共聚物的步骤：将乙烯、一氧化碳与催化剂在50℃～120℃、4MPa～15MPa下反应，得到所述乙烯-一氧化碳嵌段共聚物，所述催化剂为1,3-双二苯基膦丙烷二氯化钯；及/或，所述在第一保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应的步骤之前，还包括制备所述一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物的步骤：将乙烯、一氧化碳、丙烯与催化剂在60℃～180℃、6MPa～12MPa下反应，得到所述一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物，所述催化剂为1,3-双二苯基膦丙烷二氯化钯。在其中一个实施例中，所述增强体由酚醛树脂及脲树脂组成，且所述酚醛树脂与所述脲树脂的摩尔比为0.8：1～1.13：1。在其中一个实施例中，所述乙烯-一氧化碳嵌段共聚物中，所述乙烯链段与所述一氧化碳链段的摩尔比为0.8：1～1.13：1；及/或，所述一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中，所述一氧化碳链段、所述乙烯链段与所述丙烯链段的摩尔比为1：3：3～1：1：1。在其中一个实施例中，所述聚合物由乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物组成，所述一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物与所述乙烯-一氧化碳嵌段共聚物的摩尔比为1:1.13～1:0.8。在其中一个实施例中，所述聚合物的重均分子量为20000～30000。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，下面将对本专利技术进行更全面的描述。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，得到的碳纳米管纤维能够用于制作附着力较高且拉伸强度较高的布料。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～S130：S110、在第一保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米阵列。聚合物选自乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中的至少一种。紫外光为照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，照射功率为20mW～30mW。采用照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，且照射功率为20mW～30mW，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，以将聚合物接枝于碳纳米管阵列的上，聚合物选自乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中的至少一种，得到力学性能较高的碳纳米管阵列，以提高碳纳米管纤维的附着力而能够用于制备更加服帖的布料。在其中一个实施例中，聚合物的重均分子量为20000～30000。进一步地，聚合物的重均分子量为22000～27000。在其中一个实施例中，乙烯-一氧化碳嵌段共聚物中，乙烯链段与一氧化碳链段的摩尔比为0.8：1～1.13：1。该设置能够保证碳纳米管纤维具有较高的拉伸强度和较好的附着性。在其中一个实施例中，在第一保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应的步骤之前，还包括制备乙烯-一氧化碳嵌段共聚物的步骤：将乙烯、一氧化碳与催化剂在50℃～120℃、4MPa～15MPa下反应，得到乙烯-一氧化碳嵌段共聚物。催化剂为1,3-双二苯基膦丙烷二氯化钯。反应时间为10min～30min。进一步地，制备乙烯-一氧化碳嵌段共聚物的步骤为：将乙烯、一氧化碳与催化剂在65℃～85℃、7MPa～12MPa下反应，得到乙烯-一氧化碳嵌段共聚物。反应时间为15min～25min。在其中一个实施例中，一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中，一氧化碳链段、乙烯链段与丙烯链段的摩尔比为1：3：3～1：1：1。该设置能够保证碳纳米管纤维具有较高的拉伸强度和较好的附着性。在其中一个实施例中，在第一保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在第一保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米阵列，所述聚合物选自乙烯‑一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳‑乙烯‑丙烯嵌段共聚物中的至少一种，所述紫外光为照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，照射功率为20mW～30mW；将所述改性碳纳米阵列进行纺丝，得到改性纤维；及在所述改性纤维上设置增强体，并在第二保护性气体氛围下于80℃～100℃下反应，得到碳纳米管纤维，所述增强体选自酚醛树脂及脲树脂中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在第一保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米阵列，所述聚合物选自乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中的至少一种，所述紫外光为照射波长为218nm～289nm的单色窄带光，照射功率为20mW～30mW；将所述改性碳纳米阵列进行纺丝，得到改性纤维；及在所述改性纤维上设置增强体，并在第二保护性气体氛围下于80℃～100℃下反应，得到碳纳米管纤维，所述增强体选自酚醛树脂及脲树脂中的至少一种。2.根据权利要求1所述的碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于，所述将所述改性碳纳米阵列进行纺丝，得到改性纤维的步骤具体为：从所述改性碳纳米阵列的边缘夹取所述改性碳纳米阵列，沿着垂直于所述改性碳纳米阵列生长的方向进行拖拽和旋转，得到所述改性纤维。3.根据权利要求2所述的碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于，沿着垂直于所述改性碳纳米阵列生长的方向进行拖拽时的速率为0.05m/s～0.5mm/s，沿着垂直于所述改性碳纳米阵列生长的方向进行旋转时的转速为1000rpm～3000rpm。4.根据权利要求1所述的碳纳米管纤维的制备方法，其特征在于，所述在第一保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应的步骤之前，还包括制备所述乙烯-一氧化碳嵌段共聚物的步骤：将乙烯、一氧化碳与催化剂在50℃～120℃、4MPa～15MPa下反应，得到所述乙烯-一氧化碳嵌段共...

【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