[发明专利]一种聚丙烯腈/碳纳米管复合纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚丙烯腈/碳纳米管复合纤维及其制备方法。该复合纤维为皮芯两层同轴结构，其中皮层主要由聚丙烯腈基体和均匀分布在该基体中的碳纳米管构成，芯部成分是聚丙烯腈，复合纤维的半径与芯部半径之比为1.5～2:1。制备方法是：采用机械搅拌共混的方法制取共混均匀的皮层共混料和芯部共混料，分别挤出、造粒；然后在熔融纺丝机中分别熔融共混，分别经挤压、计量后，对应进入同一皮芯喷丝组件进行喷丝，再经过甬道冷却、上油、卷绕、二级水浴牵伸、超声水洗、烘干，得到所述复合纤维。皮层中均匀分布的碳纳米管起到抗静电效果，而芯部不含导电材料，可作为抗静电衣用纤维；其制备工序简单，纤维结构可控，成本低，适于生产。

技术领域

本发明属于复合纤维材料领域，具体涉及一种聚丙烯腈/碳纳米管复合纤维及其制备方法和应用。

背景技术

相比较天然织物，如棉、麻、丝、毛等织物，化纤织物更加容易产生静电，这是因为化纤是高分子结构，材料绝缘性高，例如腈纶的体积比电阻高达10¹³-10¹⁴Ω·cm。这些化纤材料后加工时因摩擦产生静电，集束困难，与工件发生缠绕，制成成品后容易玷污吸尘。同时，化纤织物在人活动时会通过衣物间的摩擦产生静电，加之居室内墙壁和地板多属绝缘体，空气干燥，因此人们更容易受到静电干扰。

由于老年人的皮肤相对比年轻人干燥以及老年人心血管系统的老化、抗干扰能力减弱等因素，因此老年人更容易受静电的影响。心血管系统本来就有各种病变的老年人，静电更会使病情加重或诱发室性早搏等心律失常。过高的静电还常常使人焦躁不安、头痛、胸闷、呼吸困难、咳嗽。因此，如何有效降低化纤衣物中的静电效应，是亟待解决的现实问题。

以化纤中的聚丙烯腈(腈纶)为例，其为合成纤维的主要品种之一，其质地膨松，手感柔软、密度小、保暖性好，有人造羊毛之称，是羊毛的最佳替用品。聚丙烯腈还具有优异的耐光性、耐候性以抗微生物降解性。为降低其电阻，一般在生产过程中采用表面施加抗静电剂的方法进行抗静电处理，但是仅仅只能获得暂时的抗静电效果，在湿、热(洗涤、染色、汽蒸)中会丧失。目前，通过物理、化学改性制备抗静电聚丙烯腈复合纤维主要有本体化学改性法、纤维表面处理法以及共混改性法。本体化学改性方法制备工艺复杂，流程长，原料性能难以调控。纤维表面处理法一般采用能导电的金属盐或具有抗静电性能的表面活性剂(又称抗静电剂)，采用喷淋、浸渍、涂覆等方法对纤维及其织物进行表面处理。但这种方法只能获得暂时的抗静电效果，仅能满足加工生产过程中的需要，在使用过程及洗涤过程中抗静电性能就会丧失。

共混改性法是在腈纶中加入少量的导电物质(炭黑或者金属氧化物)或抗静电剂与聚丙烯腈原液共混纺丝可制得耐久性抗静电聚丙烯腈。碳纳米管具有优异的电学性能，与聚丙烯腈之间具有良好的相容性，可作为其优良的导电物质。其导电复合纤维通常采用上述方法制备，在织物产生静电的过程中，静电荷存在于纤维表面，只要纤维表面存在导电物质，即可将静电导走，说明纤维内部的导电物质对静电消除并不起关键作用。那么纤维内部的导电物质基本上就是被浪费掉了。而且，纳米级的导电物质在纤维基体中也容易存在分数不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种聚丙烯腈/碳纳米管复合纤维。具体技术方案如下：

一种聚丙烯腈/碳纳米管复合纤维，所述复合纤维为皮芯两层同轴结构，其中皮层主要由聚丙烯腈基体和均匀分布在该基体中的碳纳米管构成，芯部成分是聚丙烯腈；该复合纤维由作为皮层材料的聚丙烯腈/离子液体/碳纳米管/乙烯基硅烷偶联剂共混物和作为芯部材料的聚丙烯腈/离子液体共混物经过熔融纺丝法制备而成，其中乙烯基硅烷偶联剂与碳纳米管的质量比为1:1，碳纳米管与聚丙烯腈的质量比为1:49～99，聚丙烯腈与离子液体的质量比为1:0.54～1；复合纤维的半径R与芯部半径R1之比为1.5～2:1。

优选地，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯化盐，乙烯基硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷，所述碳纳米管为单壁碳纳米管。