碳纳米管/聚乙烯醇复合纱的制备和机电性能研究

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随着社会的发展,织物在人们的日常生活中扮演的角色越来越重要,织物的作用也不只是局限在遮羞保暖,许多功能奇特的织物随之出现。如防水透湿织物,可以改善织物舒适性;阻燃织物,可用于消防;还有抗紫外线织物,电磁屏蔽织物等。在众多的织物中,智能织物越来越受到国内外研究学者的关注。智能织物可分为两大类,一类是直接将传感原件和导电丝形成回路附着在织物上,这类织物的舒适性会大大下降,尤其是当附着原件柔韧性差的时候;另一类就是将一些柔韧性好的材料制备成传感材料和电学原件,比如导电纤维,光纤,经过改性的普通纤维,导电聚合物,压阻材料等,这种方法制备的智能织物具有很好的穿着舒适性,且具有一定的耐洗涤作用,但是织物的传感性能差。1991年日本电子公司的Iijima博士用高分辨透射电镜分析电弧法产生的石墨阴极沉积物时,发现了具有纳米尺寸结构的碳的多层管状物,称之为碳纳米管。碳纳米管具有很多优秀的性能,碳纳米管理论的杨氏模量约为1TPa,拉伸强度约100GPa,除此之外碳纳米管还具有压阻性能,就拉伸过程中,碳纳米管的电阻会发生变化。但是碳纳米管属于纳米尺寸,很难实际应用,为此国内外研究者,将碳纳米管制备得到碳纳米管纱线,碳纳米管纱线继承了碳纳米管纱线的优异的强度和模量,并且依然具有压阻性能。本文有意将碳纳米管纱线奇特的压阻性能应用在智能织物上,但是碳纳米管纱线机械性能优异的纱线成本太高,成本低的碳纳米管纱线机械性能又差,碳纳米管纱线本身的耐磨性差等。为此本文制备了碳纳米管/聚乙烯醇复合纱(之后简称CNT/PVA复合纱),并对复合纱的性能进行研究。研究内容如下所示:1本文比较了三种不同的CNT纱线,第一种CNT纱线是由碳纳米管阵列纺丝而成,称为ACNT纱线;第二种和第三种CNT纱线均是由化学气象沉积法制备得到,称为FCNT纱线,但是两种纱线直径存在差异,第二种纱线的直径小于第三种纱线,依次称为FCNT14纱线和FCNT60纱线。通过对三种CNT纱线机械性能和传感性能的比较,甄选出最适合制备传感器的纱线FCNT60纱线。2通过三种不同的制备方法蘸浸复合法、点滴复合法、卷绕浸渍复合法的比较研究,发现第三种卷绕浸渍复合法制备的复合纱的纱线不匀率最小,选取第三种方法制备CNT/PVA复合纱。通过调节PVA溶液的浓度(0%,1%,3%,5%,7%),制备得到不同的CNT/PVA复合纱。3研究了5种不同CNT/PVA复合纱和原FCNT60纱线的拉伸性能和耐磨性能,发现PVA溶液浓度为5%时CNT/PVA复合纱的性能最优,与FCNT60纱线相比,其中强度增加22%,模量增加86%,耐磨时间提高110%,并且复合后纱线的力学可逆性和抗力学疲劳性得到了提高。4研究5种不同CNT/PVA复合纱和原FCNT60纱线的传感性能,发现PVA溶液浓度为5%时CNT/PVA复合纱的传感系数最大,与FCNT60纱线相比,增加47.8%。并研究PVA溶液浓度为5%时CNT/PVA复合纱的电学疲劳性能,发现其性能优于FCNT60纱线。
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