【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及高性能纖維，具體是一種包含碳納米管的高性能纖維及其制備方法。
技術介紹
1、高性能纖維在現代社會中扮演著至關重要的角色，其現代價值體現在多個關鍵領域，顯著提升了技術水平和應用效果。這些纖維以其卓越的物理性能、耐用性和適應性，推動了從航空航天到醫療、建筑到運動裝備等領域的技術進步和創新應用。首先，在航空航天領域，高性能纖維的使用至關重要。這些纖維通常具備極高的抗拉強度和耐熱性，能夠有效承受極端的環境條件。航空航天器件中，使用高性能纖維如碳纖維復合材料，能夠大幅度降低結構重量，提高飛行效率和安全性。例如，航天飛機和衛星的結構部件中，采用高性能纖維材料可以減輕整體重量，同時提升耐高溫和耐沖擊的能力，從而增強飛行器的可靠性和性能。在醫療領域，高性能纖維的應用同樣廣泛。醫療器械如手術用紡織品、植入物和支架等，采用這些纖維可以增強其力學性能和生物相容性。例如，生物醫學領域中的高性能纖維支架能夠支持組織再生，促進傷口愈合，并提高患者的恢復效果。其優良的機械性能和穩定性，使得這些醫療器械在長時間使用中仍能保持良好的功能。在建筑領域，高性能纖維用于增強混凝土和其他建筑材料，可以提升建筑物的強度和耐久性。這種材料的使用能夠減少建筑物的維護頻率和成本，提高其使用壽命，并在地震和其他極端條件下提供更好的結構穩定性。
2、然而，許多應用場景中，纖維材料會接觸到濕氣或體液，這些環境容易滋生細菌。特別是在醫療和運動領域，醫療紡織品如手術衣、病床單及傷口敷料等，需要具備優良的抗菌性能，才能減少感染的風險，提高患者的康復效果。其次，阻燃
3、為了克服現有技術的缺陷，本專利技術提供了一種包含碳納米管的高性能纖維及其制備方法。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種包含碳納米管的高性能纖維及其制備方法，以解決現有技術中的問題。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，包括以下步驟：
4、步驟一：將溶劑升溫至45-50℃，再添加聚磷酸銨和烷基酚聚氧乙烯醚并且調節ph至9-10，攪拌均勻后再緩慢添加正硅酸四乙酯，于45-50℃攪拌反應4-5h，反應結束后經冷卻、過濾、洗滌、干燥，制備得到硅包覆聚磷酸銨材料；將硅包覆聚磷酸銨材料和無水乙醇混合，充分攪拌30-40min，再升溫至60-70℃逐滴添加γ-氨丙基三乙氧基硅烷，繼續攪拌30-40min，反應結束后經冷卻、過濾、洗滌、干燥，制備得到改性硅包覆聚磷酸銨材料；
5、步驟二：通過添加三(羥甲基)氨基甲烷鹽酸鹽，得到ph為8.3-8.5的緩沖液；將單寧酸和改性硅包覆聚磷酸銨材料添加至緩沖溶液中，25-30℃充分攪拌5-7h，反應結束后經抽濾、洗滌、干燥，得到雙層包覆聚磷酸銨材料；將碳納米管材料、雙層包覆聚磷酸銨材料和聚對苯二甲酸丙二醇酯混合，經熔融造粒得到母粒；將母粒、相容劑abs-g-mah和聚丙烯混合，經熔融紡絲得到纖維；
6、步驟三：將纖維浸漬于乙二胺溶液中，攪拌反應60-80min，得到氨基化纖維；將氨基化纖維浸漬于聚谷氨酸溶液中，攪拌反應30-40min，反應結束后經去離子水洗滌，再浸漬于殼聚糖溶液中，攪拌反應30-40min，反應結束后經乙酸溶液洗滌；將氨基化纖維重復上述步驟3次，得到高性能纖維。
7、較為優化地，步驟一中，溶劑由無水乙醇和去離子水組成，體積比為3：
8、(1.0-1.5)。
9、較為優化地，步驟一中，聚磷酸銨、烷基酚聚氧乙烯醚、正硅酸四乙酯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的反應質量比為10：0.1：(2.0-2.5)：1。
10、較為優化地，步驟二中，單寧酸和改性硅包覆聚磷酸銨材料的反應質量比為1：(1.0-1.2)。
11、較為優化地，步驟二中，纖維各組分含量為：以質量分數計，2-5％碳納米管材料、5-8％雙層包覆聚磷酸銨材料、30-36％聚對苯二甲酸丙二醇酯、2-5％相容劑abs-g-mah，余量為聚丙烯。
12、較為優化地，步驟二中，熔融造粒參數：溫度為200-250℃，轉速為120-140rpm。
13、較為優化地，步驟二中，熔融紡絲參數：溫度為250-300℃，卷繞速度為1000-1200m/min。
14、較為優化地，步驟三中，攪拌反應的溫度為25-30℃。
15、較為優化地，步驟三中，將乙二胺溶解于甲醇中，得到40-50wt％的乙二胺溶液；將聚谷氨酸溶解于去離子水中，得到3-5g/ml聚谷氨酸溶液；將殼聚糖溶解于乙酸溶液中，得到1-2g/ml殼聚糖溶液。
16、本專利技術的有益效果：
17、本專利技術的特點在于，步驟一中，通過添加聚磷酸銨、烷基酚聚氧乙烯醚和正硅酸四乙酯，得到硅包覆聚磷酸銨材料；該步驟中通過添加烷基酚聚氧乙烯醚作為表面活性劑，在堿性條件下正硅酸四乙酯發生水解縮合反應并在聚磷酸銨表面形成一層硅包覆層，該硅包覆層能夠有效隔離和保護聚磷酸銨，從而提高其穩定性和阻燃性能。再通過添加硅包覆聚磷酸銨材料、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和無水乙醇，得到改性硅包覆聚磷酸銨材料，該步驟的目的在于將活性基團氨基引入硅包覆聚磷酸銨材料表面。
18、本專利技術的特點在于，步驟二中，將改性硅包覆聚磷酸銨材料、單寧酸和緩沖液混合，得到雙層包覆聚磷酸銨材料；通過添加碳納米管材料、雙層包覆聚磷酸銨材料、聚對苯二甲酸丙二醇酯、相容劑abs-g-mah和聚丙烯，經過熔融紡絲得到纖維。該步驟中含有活性基團氨基的改性硅包覆聚磷酸銨材料和含有鄰苯三酚的單寧酸發生希夫堿反應或邁克爾加成反應，得到一層類多巴胺層，最終制備得到雙層包覆聚磷酸銨材料。其中雙層包覆聚磷酸銨材料的核層和第一層硅包覆層具有良好的阻燃效果。雙層包覆聚磷酸銨材料最外層類多巴胺層中的酚羥基和氨基等活性基團可以與纖維中的其他成分(如碳納米管、聚對苯二甲酸丙二醇酯、相容劑abs-g-mah和聚丙烯)發生氫鍵或其他非共價相互作用，從而提高這些成分之間的相容性；此外，由于類多巴胺層具有很強的粘附性，它可以減少不同材料之間的界面張力，在纖維的不同成分之間形成良好的界面。
19、本專利技術的特點在于，步驟三中，將纖維依次浸漬于乙二胺溶液、聚谷氨酸溶液、殼聚糖溶液中，得到高性能纖維。該步驟中高性能纖維的聚對苯二甲酸丙二醇酯組分和乙二胺可以發生氨解反應從而在纖維表面引入氨基(氨基為正電荷基團)，再通過浸漬聚谷氨酸溶液(含有負電荷)引入聚谷氨酸抗菌層，再通過浸漬殼聚糖溶液(含有正電荷)引入殼聚糖抗菌層，即通過靜電吸引層層自組裝，制備得到具有良好抗菌性能的高性能纖維。綜上，本專利技術得到的高性能纖維具有良好的阻燃性、抗菌性，因此在高性能纖維
具有廣闊的應用前景。
【技術保護點】
1.一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：步驟一中，溶劑由無水乙醇和去離子水組成，體積比為3：(1.0-1.5)。
3.根據權利要求1所述的一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：步驟一中，聚磷酸銨、烷基酚聚氧乙烯醚、正硅酸四乙酯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的反應質量比為10：0.1：(2.0-2.5)：1。
4.根據權利要求1所述的一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：步驟二中，單寧酸和改性硅包覆聚磷酸銨材料的反應質量比為1：
5.根據權利要求1所述的一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：步驟二中，纖維各組分含量為：以質量分數計，2-5％碳納米管材料、5-8％雙層包覆聚磷酸銨材料、30-36％聚對苯二甲酸丙二醇酯、2-5％相容劑ABS-g-MAH，余量為聚丙烯。
6.根據權利要求1所述的一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：步驟二中，熔融造粒參數：溫度為200-25
7.根據權利要求1所述的一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：步驟二中，熔融紡絲參數：溫度為250-300℃，卷繞速度為1000-1200m/min。
8.根據權利要求1所述的一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：步驟三中，攪拌反應的溫度為25-30℃。
9.根據權利要求1所述的一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：步驟三中，將乙二胺溶解于甲醇中，得到40-50wt％的乙二胺溶液；將聚谷氨酸溶解于去離子水中，得到3-5g/mL聚谷氨酸溶液；將殼聚糖溶解于乙酸溶液中，得到1-2g/mL殼聚糖溶液。
10.一種包含碳納米管的高性能纖維，其特征在于，根據權利要求1-9中任一項所述制備方法制備得到。
...【技術特征摘要】
1.一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：步驟一中，溶劑由無水乙醇和去離子水組成，體積比為3：(1.0-1.5)。
3.根據權利要求1所述的一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：步驟一中，聚磷酸銨、烷基酚聚氧乙烯醚、正硅酸四乙酯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的反應質量比為10：0.1：(2.0-2.5)：1。
4.根據權利要求1所述的一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：步驟二中，單寧酸和改性硅包覆聚磷酸銨材料的反應質量比為1：
5.根據權利要求1所述的一種包含碳納米管的高性能纖維的制備方法，其特征在于：步驟二中，纖維各組分含量為：以質量分數計，2-5％碳納米管材料、5-8％雙層包覆聚磷酸銨材料、30-36％聚對苯二甲酸丙二醇酯、2-5％相容劑abs-g-mah，余量為聚丙烯...
【專利技術屬性】
技術研發人員：弓曉晶，郭池，
申請(專利權)人：常州六邊形納米科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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