碳納米管-滌綸長絲包纏紗的制備與性能研究.pdf

1、碳納米管紗線具有高強度、高傳導性和應變傳感等特性，被國內外的研究學者廣泛關注。其纖維狀結構和柔性特征，也使其成為極具應用前景的智能紡織材料。但碳納米管紗線的直徑小、伸長率低、耐磨性差等缺陷，導致其可織造性能較差。為了將碳納米管紗線應用于紡織領域，同時提高其斷裂伸長和斷裂強力，本課題將碳納米管紗線與滌綸長絲結合，制備碳納米管/滌綸長絲包纏紗，主要對其力學性能、導電性能和應變傳感性能進行了系統的測試和分析。
　　首先，本文設計并搭建制

2、備碳納米管/滌綸長絲包纏紗的可控裝置。該裝置在芯片驅動系統的控制下維持芯紗同向轉動，從而在皮紗橫向移動下實現了碳納米管對滌綸長絲的包纏。實驗在不破壞碳納米管紗線的拉伸力學和耐磨性基礎上制備了單面包纏和雙面對稱包纏兩種不同結構的包纏紗。
　　其次，實現了單面碳納米管/滌綸長絲包纏紗的制備和測試分析。分別制備了捻回數為100、120、140、180和250的碳納米管/滌綸單面包纏紗。采用數字式三維視頻顯微鏡、單纖強力拉伸儀和兩探針電阻

3、測試儀對包纏紗的形態(tài)結構、力學性能以及應變傳感性能進行測試和分析。結果表明：不同捻回數的單面包纏紗結構緊密均勻；隨著捻回數增加，碳納米管紗線的斷裂伸長率和斷裂強力均逐漸上升，并且捻回數在250時，斷裂伸長率和斷裂強力最大，分別提高5倍和10倍左右；同時，當捻回數為100-140時，包纏紗具有雙傳感系數特征，即在拉伸的初始階段，傳感系數較低為0.5左右，當拉伸應變高于23％以后，傳感系數急速上升至1.57左右，與碳納米管紗線的傳感系數（1

4、.69）相當；當捻回數高于140時，包纏紗傳感性能出現明顯的波動；經過20次反復循環(huán)拉伸后，包纏紗力學和電學均出現較為明顯的波動和下降。
　　再次，實現了雙面碳納米管/滌綸長絲包纏紗的制備和測試分析。制備得到捻回數為80、100、120、150、170和200的碳納米管/滌綸雙面對稱包纏紗。結果顯示，雙面對稱包纏紗的結構比單面包纏紗更為均勻緊致；捻回數為200時，包纏紗中碳納米管紗線斷裂伸長率和斷裂強力均提高5倍左右；隨著捻回數的

5、增加，碳納米管紗線的斷裂次數增多；經過20次反復循環(huán)拉伸后，雙面對稱包纏紗的電阻和電阻變化率隨時間變化相對單面包纏紗更為穩(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合紗線，將其與滌綸進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。結果表明，碳納米管聚苯胺復合紗線在氧化聚合時間為4h時，其斷裂強度提高142%，楊氏模量增加2倍以上，電導率提高了一個數量級。采用氧化聚合時間為4h