[发明专利]碳纳米管/聚酰胺6复合纳米纤维长丝纱及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续的纳米级纤维纱，具体涉及一种以碳纳米管和聚酰胺6复合构成的纳米纤维长丝纱及其制备方法。

背景技术

碳纳米管(CNTs)自从1991年被发现以来，由于其具有超强的力学性能、极高的化学和热稳定性，良好的导电和光电性能及独特的一维纳米结构等所特有的纳米效应，在高性能结构材料、多功能材料、信息材料、生物医用材料和催化剂等多方面有着广阔的应用前景。国内外研究人员在CNTs/聚合物复合材料的制造加工技术与工艺、产品的结构和性能等方面做了大量的研究，以期应用于电子工业、汽车制造、房屋建筑和航天工业等领域。采用一般的合成纤维纺丝方法(熔体纺丝法、干法纺丝和湿法纺丝等)制备碳纳米管增强复合纤维的研究也较多，如：Jacbo等对CNTs增强PP纤维做了细致的研究；Dalton等将碳纳米管分散于十二烷基硫酸锂去离子水溶液中形成悬浮液，制备了CNTs/PVA凝胶纤维；郭振福等将碳纳米管加入到纯PA6中，制备出含有改性碳纳米管的PA6母粒，采用与纯PA6切片共混熔体纺丝的方法，制备了CNTs/PA6复合纤维；其他研究人员的产品与技术有：CNTs/聚丙烯/聚乳酸复合纤维(CN101413154A)、全芳香聚酰胺/CNTs复合纤维(CN1005490904C)、PBO/单壁碳纳米管复合纤维(CN101338463A)、一种含碳纳米管的Lyocell纤维(CN100535209C)、碳纳米管增强聚丙烯腈基碳纤维(CN101250770A)、CNTs/聚酰亚胺复合纤维(CN101187078A)以及冻胶超高分子量聚乙烯/CNTs管复合纤维(CN1194121C)等。

静电纺丝是一种新型的制备纳米级纤维的纺丝技术，以高聚物溶液等为纺丝液可以制备得到直径从数纳米到数百纳米的纤维。由于该方法具有设备简单、成本低等优点，近年来国内外的研究人员采用该纺丝方法制备的各种静电纺纳米纤维材料已有100多种。随着静电纺丝技术的发展，研究人员将关注的目光投向了利用静电纺丝技术制备聚合物/CNTs复合纤维，研究了包括PAN、PVA、PEO、PMMA、PA6、PBT、PBO、PLLA和丝素等多种聚合物与单壁碳纳米管(SWNTs)或多壁碳纳米管(MWNTs)的共混静电纺丝，如：高性能的碳纳米管/PBO复合纤维的电纺丝制备方法(CN101250769A)，一种高取向碳纳米管复合纤维及其制备方法(CN1304656C)等。然而，上述制备得到的产品的形式大都是纤维随机排列的非织造布。这种片状材料存在着纤维集合体结构无序且不易控制、产品的二次加工受到限制、只能以单一的形式被使用等缺陷。因此，若能采用静电纺丝的方法连续纺制碳纳米管/聚酰胺6复合纳米纤维长丝纱，并通过后处理改善产品的性能，进一步拓宽其应用领域，具有积极的现实意义。

发明内容

本发明目的是提供一种碳纳米管/聚酰胺6复合纳米纤维长丝纱。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种碳纳米管/聚酰胺6复合纳米纤维长丝纱的制备方法，包括如下步骤：

(1)碳纳米管的预处理：先用硝酸与硫酸构成的混合酸对碳纳米管进行超声波氧化处理，使碳纳米管上被破坏的侧壁碳环端氧化为羧基；然后从混合酸中分离出碳纳米管，再用去离子水清洗，直至清洗液的pH值为7；然后将其烘干备用；

(2)制备纺丝液：a)将步骤(1)得到的碳纳米管加入到质量分数为88～98％的甲酸中，超声波处理30～90min，使碳纳米管均匀分散于甲酸中；b)将聚酰胺6加入到上述碳纳米管/甲酸分散液中，经磁力搅拌至聚酰胺6完全溶解，形成聚酰胺6/碳纳米管/甲酸混合液；c)将步骤b)得到的混合液用超声波处理30～120min，即得到分散均匀的纺丝液；纺丝液中碳纳米管的质量分数为0.1％～10％，聚酰胺6的质量分数为15～30％；

(3)制备浴液：将平平加O溶解于去离子水中制得质量百分比0.4～1.2％的浴液；

(4)采用静电纺丝方法，将步骤(2)得到的纺丝液加入纺丝管中，连接高压电源的正极，将步骤(3)得到的浴液加入浴槽内，连接高压电源的负极，从纺丝管喷出的纺丝液在浴液中形成纤维束，集束后的纤维经卷绕成形获得初纺纱；

(5)后处理：将步骤(4)得到的初纺纱在步骤(3)的浴液中进行湿拉伸，即得到所述碳纳米管/聚酰胺6复合纳米纤维长丝纱。