碳纳米管/涤纶复合织物的电学性能研究

周 洲，许夏昕，杨 树

(嘉兴学院 南湖学院，浙江 嘉兴 314000)

碳纳米管/涤纶复合织物的电学性能研究

周 洲，许夏昕，杨 树*

(嘉兴学院 南湖学院，浙江 嘉兴 314000)

将两种不同浓度的碳纳米管悬浊液，通过浸渍法与涤纶织物复合制得碳纳米管/涤纶复合织物，并对复合织物的宏观和微观形态特征进行测试。采用感应式织物静电测试仪，利用定压法和定时法两种不同方法研究织物复合前后的峰值电压、衰减后电压、半衰期电压、衰减时间等电学性能的变化情况；并通过对比涤纶织物复合碳纳米管前后的电学指标，定量得出碳纳米管的引入对涤纶织物电学性能的改善情况。

碳纳米管；涤纶；复合织物；静电电压；衰减时间

涤纶织物因其较高的机械性能和相对低廉的成本，成为目前全世界产量最大，应用最广泛的合成纤维织物品种[1]。但涤纶织物也具有明显缺陷，就是其吸水性能较低，易产生静电，从而极大地影响了涤纶织物应用。许多研究者曾对改善涤纶的抗静电性进行过研究，通常采用在涤纶织物上添加有机抗静电剂的方法[2-6]，或者将抗静电纤维与涤纶纤维混纺的方法[7-9]。现采用一种新的轻质、高效无机材料碳纳米管作为抗静电材料，通过浸渍法添加到涤纶织物表面，进行结构表征和性能测试，定量地分析碳纳米管对于涤纶织物电学性能的改善作用。

1 试验部分

1.1 材料和仪器

试验材料：多壁碳纳米管(四川成都有机所生产)，其基本参数见表1；纯涤纶织物(嘉兴吉创纺织有限公司生产)。

表1 多壁碳纳米管参数

试验仪器：LFY-401织物感应式静电测试仪；电子天平秤；三维数码显微镜。

1.2 试样制备

碳纳米管和涤纶织物的复合可通过直接分散法、有机化处理法、原位聚合法等来实现。直接分散法[10]是将未经任何处理的碳纳米管直接分散于有机基质来制备聚合物/碳纳米管纳米复合材料，是一种操作相对简单的方法。现选用直接分散法对碳纳米管和涤纶织物进行复合，并且采用两浸两轧-烘干的工艺路线进行。具体步骤为：

(1)剪取10 cm×10 cm的纯涤纶织物30份，称其重量并且标记；

(2)取10份涤纶织物作为对照组，记为试样1；

(3)取10份涤纶织物，将其充分浸渍在配制好的1 g/L的碳纳米管溶液中，记为试样2；

(4)取10份涤纶织物，将其充分浸渍在配制好的2 g/L的碳纳米管溶液中，记为试样3；

(5)将试样2和试样3分别通过轧辊去掉多余溶液，重复2次，将复合好的织物在烘箱中烘干，并且分别称其重量，并求取平均增重率。

1.3 测试方法

1.3.1 增重率

增重率计算式为：

v=(m-m′)/m′×100%

(1)

式中m——复合后织物重量(g)；m′——复合前织物重量(g)。

1.3.2 复合织物形态结构

利用三维数码显微镜对试验的3个试样的表面进行观察,得到其微观照片。

1.3.3 静电性能

利用织物感应式静电测试仪，分别采用定压法和定时法对原始样涤纶织物试样1，复合涤纶织物试样2和试样3的静电性能进行测试。

(1)定压法 选择高压10kV，倍率0.5。将制备的试样夹紧，打开电机绿色启动按钮，待转速稳定后，按下高压放电的绿色按钮，高压开始放电，待30s后自动停止放电，加压停止。加压30s的峰值显示在静电电压表右上侧的液晶屏上。加压停止时，衰减时间计时器立刻开始计时，静电开始释放，静电电压表左上侧的液晶屏上的电压值一直在减少，当达到“峰值*所设倍率”时，静电电压表左上侧的液晶屏的电压锁定，此为半衰期电压。音乐蜂鸣器响，衰减时间计时器显示数值不变。记录下显示的衰减时间，此为半衰期。记录下液晶屏右上侧的电压，此为感应的峰值电压。

(2)定时法 选择高压10kV，倍率0.5，衰减时间10s。将试样夹紧，待30s后自动停止放电，加压停止，加压30s的峰值显示在静电电压表右上侧的液晶屏上。加压停止时，衰减时间计时器立刻开始计时，静电开始释放，当达到所设置的衰减时间10s时，音乐蜂鸣器响。记录下左上侧的液晶屏上最后的电压值，此值为衰减后电压。记录下液晶屏右上侧的电压，此为感应的峰值电压。

2 结果分析

2.1 碳纳米管浓度对增重率的影响

图1为碳纳米管浓度对涤纶复合织物增重率的影响。

由图1数据可以看出，经过碳纳米管与纯涤纶织物充分复合后，碳纳米管粉末在涤纶织物表面发生了沉积，且浸渍液中碳纳米管的浓度越大，其增重量越大。

2.2 复合织物形态结构变化

用三维数码显微镜对试验的3个试样表面进行观察，得到的微观照片如图2所示。图2(a)是试样1即纯涤纶纤维的照片，可见其表面平滑、透明；图2(b)是试样2的照片，可以看到透明的涤纶纤维上分布着一些黑斑点，即沉积在纤维表面的碳纳米管，量比较少且分布不均匀；图2(c)为试样3的照片，可以看出涤纶纤维表面沉积了许多黑色的碳纳米管，纤维几乎是不透明的。

2.3 碳纳米管对涤纶织物电学性能的影响

2.3.1 定压测试结果

定压法测试得到了3个静电性能指标，包括峰值电压、半衰期电压和衰减时间。为了更加直观的反映数据变化情况，将3个试样的3个电学性能指标的平均值变化显示在图3中。

由图3可见，加入碳纳米管后，试样的峰值电压和半衰期电压都有所下降，这说明试样上累积的电荷明显减少。且随着碳纳米管的量的增加，电压指标也会下降，但这种下降与碳纳米管的量的增加不成正比。碳纳米管的加入使得衰减时间也减少了，这说明织物表面的电荷逃逸得更快了，从而不容易累积形成静电。同样，碳纳米管的量的增加不会使衰减时间持续下降。

2.3.2 定时测试结果

定时法测试得到2个静电性能指标，包括峰值电压和衰减后电压，3个试样的实验结果如图4所示。由图4可见，碳纳米管的加入使得涤纶织物的峰值电压和经过10s衰减后的电压都下降了，这也同样说明织物的抗静电性能有了很大提升。

3 结语

选用涤纶织物作为基布材料，采用溶融共混法制备涤纶-碳纳米管复合材料，通过定压法和定时法测试其静电性能，可以发现碳纳米管的加入明显提升了涤纶织物的抗静电性能，但抗静电性能的提升并不与碳纳米管质量的增加成正比。采用在织物上涂覆碳纳米管的涂层织物会对抗静电性能有大幅度提高，但是涂层织物有容易脱落的缺陷，且可能影响服装的舒适性，因此推荐主要应用于工业领域。

[1] 王德诚. 2006年世界涤纶生产量[J]. 聚酯工业，2007，(2):62-62.

[2] 王宇明，任秀艳，李晓玲.阳离子表面活性剂用于消除涤纶纤维静电[J].吉林工学院学报，2002，23(2):45-46.

[3] 杭伟明，朱亚伟.涤纶和锦纶织物的抗静电整理[J].纺织学报，2009，30(6):86-89.

[4] 徐超武，周 燕.涤纶织物的抗静电工艺研究[J].辽宁丝绸，2012，(3)：4-6.

[5] 高绪珊，童 俨. 抗静电涤纶长丝的开发[J]. 纺织学报，1992，(11):4-8.

[6] 周向东，李纯清，伍建国. 封端型水系聚氨酯抗静电剂的研制及对涤纶织物的抗静电整理[J]. 印染助剂，2003， 20(3):15-18.

[7] 张 洪，傅佳佳，刘新金，等. 一种具有永久性阻燃抗静电功能复合纱的加工方法：中国，104562355A[P].2015-04-29.

[8] 胡智文，傅雅琴，陈文兴. 化学镀镍涤纶抗静电纤维研究[J]. 纺织学报，2000，21(5):45-47.

[9] 陈建强，周 婉，徐 亮. 一种抗静电混纺纱线及其应用:中国,101545165[P].2009-09-30.

[10]龙 威，顾媛娟.碳纳米管的力学性能及聚合物/碳纳米管复合材料[J].材料导报，2002，16(12):52-57.

Study of the Electrical Properties of Carbon Nanotubes/Polyester Composite Fabric

ZHOU Zhou, XU Xia-xin, YANG Shu*

(College of Nanhu, Jiaxing University, Jiaxing 314000, China)

Polyester fabric was immersed in carbon nanotubes suspension with different concentration to obtain carbon nanotubes/polyester composite fabrics. The morphological characteristics and properties of composite fabrics were tested. Using electrostatic tester, a series of static electrical indicators of fabrics were measured. The improvement of carbon nanotubes on the static electrical properties of polyester fabrics was quantitatively estimated.

carbon nanotubes; polyester; composite fabric; static voltage; decay time

2016-08-24；

2016-08-30

国家自然科学青年基金(51403078)；浙江省教育厅科研项目(Y201226223)

周 洲(1994-)，男，本科在读。

*通信作者：杨 树(1985-)，男，讲师，主要研究方向：纺织材料，E-mail：yangshu5678@163.com。

TS101.92

B

1673-0356(2016)10-0001-04