CN109763205A - 纳米布料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米布料及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：在保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列，聚合物选自乙烯‑一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳‑乙烯‑丙烯嵌段共聚物中的至少一种；将改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到改性纤维；及在改性纤维上设置增强体，并在保护性气体氛围下于80℃～100℃下反应，得到碳纳米纤维，增强体选自酚醛树脂及尿素甲醛树脂中的至少一种；将所述碳纳米纤维进行纺织，得到改性布料；及将改性布料置于分离物中浸泡，得到纳米布料，分离物中含有甲基乙基酮。上述制备方法能够制备兼具较高附着力和较好透气效果的纳米布料。

Description

纳米布料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种纳米布料及其制备方法。

背景技术

碳纳米纤维由碳纳米管制成，作具有优异的力学、电学和化学性能，在纺织、包装、生物材料及医疗与卫生健康等领域具有非常广阔的应用前景。尤其是由碳纳米纤维制成的具有功能性的纳米布料，在纺织业中具有非常广阔的应用前景。然而，采用传统的制备工艺制成的纳米布料的附着力较差，且透气效果较差，不够服帖和舒适。

发明内容

基于此，有必要提供一种纳米布料的制备方法，该制备方法能够制备兼具较高附着力和较好透气效果的纳米布料。

此外，提供一种纳米布料。

一种纳米布料的制备方法，包括如下步骤：

在第一保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列，所述聚合物选自乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中的至少一种；

将所述改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到改性纤维；及

在所述改性纤维上设置增强体，并在第二保护性气体氛围下于80℃～100℃下反应，得到碳纳米纤维，所述增强体选自酚醛树脂及尿素甲醛树脂中的至少一种；

将所述碳纳米纤维进行纺织，得到改性布料；及

将所述改性布料置于分离物中浸泡，得到纳米布料，所述分离物中含有甲基乙基酮。

上述纳米布料的制备方法，采用紫外光照射将聚合物接枝于碳纳米管阵列上，聚合物选自乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中的至少一种，使得碳纳米管的分散性更好，以保证改性碳纳米管阵列的力学性能；通过在改性纤维上设置增强体，增强体选自酚醛树脂及尿素甲醛树脂中的至少一种，增强体与聚合物的羰基形成氢键，使得在改性纤维上形成保护膜，提高碳纳米纤维的附着力；再通过将改性布料浸泡于含有甲基乙基酮的分离物中，使得聚合物与增强体形成的结合物从改性布料上脱除，以恢复碳纳米管的结构，进一步提高纳米布料的附着力，并且使得纳米布料表面的保护膜脱去而提高纳米布料的透气性，使得纳米布料具有较好的透气效果。经试验验证，上述制备方法得到的纳米布料的附着力为57MPa～71MPa，透气性为3000ml·mm/(cm²·hr·mmAq)～3710ml·mm/(cm²·hr·mmAq)，兼具较高附着力和较好透气效果。

在其中一个实施例中，所述将所述改性布料置于分离物中浸泡的步骤中，所述分离物为含有质量百分含量为60％～75％的甲基乙基酮的水溶液，浸泡的时间为60min～90min。

在其中一个实施例中，所述将所述改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到改性纤维的步骤具体为：从所述改性碳纳米管阵列的边缘夹取所述改性碳纳米管阵列，沿着垂直于所述改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽和旋转，得到所述改性纤维。

在其中一个实施例中，沿着垂直于所述改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽时的速率为0.05m/s～0.5mm/s，沿着垂直于所述改性碳纳米管阵列的生长方向进行旋转时的转速为1000rpm～3000rpm。

在其中一个实施例中，所述增强体由酚醛树脂及尿素甲醛树脂尿素甲醛树脂组成，且所述酚醛树脂与所述尿素甲醛树脂的摩尔比为0.8：1～1.13：1。

在其中一个实施例中，所述乙烯-一氧化碳嵌段共聚物中，所述乙烯链段与所述一氧化碳链段的摩尔比为0.7：1～1.3：1；及/或，

所述一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中，所述一氧化碳链段、所述乙烯链段与所述丙烯链段的摩尔比为1：3：3～1：1：1。

在其中一个实施例中，所述聚合物由乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物组成，所述乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及所述一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物的摩尔比为0.9：1～1.2：1。

在其中一个实施例中，所述聚合物的重均分子量为20000～35000。

在其中一个实施例中，所述对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应的步骤之前，还包括制备所述碳纳米管阵列的步骤：

在第一基底上形成催化剂层；及

在保护性气体氛围下，将形成有所述催化剂层的所述第一基底升温至700℃～900℃后，再通入碳源气体反应，得到所述碳纳米管阵列，所述碳源气体包括乙烯与己烷，所述乙烯与所述己烷的气体分压比为3:2～4:1。

一种纳米布料，由上述纳米布料的制备方法制备得到。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

一实施方式的纳米布料的制备方法，制备的纳米布料兼具较高附着力和较好透气效果。该纳米布料的制备方法包括如下步骤S110～S150：

S110、在第一保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列。聚合物选自乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中的至少一种。

采用紫外光照射将聚合物接枝于碳纳米管阵列上，聚合物选自乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中的至少一种，使得碳纳米管的分散性更好，以保证改性碳纳米管阵列的力学性能。

在其中一个实施例中，聚合物的重均分子量为20000～35000。进一步地，聚合物的重均分子量为26000～30000。

在其中一个实施例中，乙烯-一氧化碳嵌段共聚物中，乙烯链段与一氧化碳链段的摩尔比为0.7：1～1.3：1。此种设置能够得到具有较高拉伸强度和较高附着力的纳米布料，更加服帖。

在其中一个实施例中，在S110之前，还包括制备乙烯-一氧化碳嵌段共聚物的步骤。具体地，将乙烯、一氧化碳与催化剂在50℃～120℃、4MPa～15MPa下反应，得到乙烯-一氧化碳嵌段共聚物。催化剂为1,3-双二苯基膦丙烷二氯化钯。进一步地，反应时间为10min～30min。

进一步地，将乙烯、一氧化碳与催化剂在60℃～80℃、9MPa～11MPa下反应，得到乙烯-一氧化碳嵌段共聚物。反应时间为15min～25min。

在其中一个实施例中，一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中，一氧化碳链段、乙烯链段与丙烯链段的摩尔比为1：3：3～1：1：1。此种设置能够得到具有较高拉伸强度和较好透气性的纳米布料。

在其中一个实施例中，在S110之前，还包括制备一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物的步骤。具体地，将乙烯、一氧化碳、丙烯与催化剂在60℃～180℃、6MPa～12MPa下反应，得到乙烯-一氧化碳嵌段共聚物。催化剂为1,3-双二苯基膦丙烷二氯化钯。进一步地，反应时间为15min～30min。

进一步地，将乙烯、一氧化碳与催化剂在60℃～80℃、9MPa～11MPa下反应，得到乙烯-一氧化碳嵌段共聚物。反应时间为15min～25min。

在其中一个实施例中，聚合物由乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物组成。乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物的摩尔比为0.9：1～1.2：1。此设置的聚合物接枝于碳纳米管阵列的表面，能够进一步增加改性碳纳米管阵列的分散性，进一步提高纳米布料的力学性能和透气性。

在其中一个实施例中，第一保护性气体的流速为2L/min～3L/min。第一保护性气体选自氮气、氦气、氖气及氩气中的至少一种。

在其中一个实施例中，进行紫外光照射处理时，紫外光的照射功率为20mW～30mW。在此照射功率下，有利于提高反应体系的热效应，使得体系温度升高至聚合物形成气态状态，并在保护性气体气流的作用下移动至碳纳米管阵列的表面与碳纳米管阵列发生接枝聚合反应。进一步地，进行紫外光照射处理时紫外光的照射功率为23mW～26mW。

在其中一个实施例中，紫外光为照射波长为198nm～289nm的单色(monochromatic)窄带光。进一步地，紫外光为照射波长为256nm～289nm的单色(monochromatic)窄带光。更进一步地，单色窄带光为带宽为218nm～298nm的单色光。

在其中一个实施例中，进行紫外光照射处理的时间为10min～35min。在其中一个实施例中，进行紫外光照射处理的时间为15min～30min。在其中一个实施例中，进行紫外光照射处理的时间为23min。

在其中一个实施例中，进行紫外光照射处理时，紫外光的照射功率为25mW，紫外光为256nm的单色窄带光，进行紫外光照射处理的时间为20min。在此条件下，有利于在保证聚合物能够接枝到碳纳米管阵列的情况下减少紫外光对聚合物及碳纳米管阵列结构的破坏，以保证碳纳米管阵列的力学性能。

在其中一个实施例中，紫外光源距离聚合物及碳纳米管阵列的距离为2mm～20mm。

在其中一个实施例中，S110的步骤具体为：在第一基底上形成碳纳米管阵列，在第二基底上形成聚合物；在第一保护性气体氛围下，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，以使聚合物和碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列。

在其中一个实施例中，将形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底放置于同一反应腔。反应腔能够密闭，且反应腔具有一进气口和一出气口。反应腔中设有紫外光组件，能够对反应腔进行紫外光照射处理。

进一步地，将形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底并排放置于反应腔中。更进一步地，将形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底并排放置，使得碳纳米管阵列与聚合物接触。

在其中一个实施例中，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底进行紫外光照射处理的过程中，首先，封闭反应腔的进气口及出气口，并对反应腔进行抽真空处理，使反应腔内的气压降至10^-2Torr以下。优选地，使反应腔内的气压降低至10^{- 6}Torr以下。其次，再通过进气口向反应腔中通入保护性气体直至达到正常大气压，打开出气口，并不断通入保护性气体保持体系的压强。

在其中一个实施例中，第一基底为氧化铝板。第一基底的尺寸为5英尺。当然，在其他实施方式中，第一基底的尺寸也可以是其他任意尺寸。更进一步地，第一基底具有第一工作面，在第一工作面形成碳纳米管阵列。

在其中一个实施例中，第二基底为镍片或铜片。第二基底的主要作用在于对承载聚合物，而镍片及铜片的化学稳定性好，不会与聚合物发生反应。进一步地，第二基底的尺寸为50mm*50mm，当然，在其他实施方式中，第二基底的尺寸也可以是其他任意尺寸。

在其中一个实施例中，聚合物以薄膜的形式设置于在第二基底上，当然，在其他实施方式中，也可以采用剪切聚合物材料再置于第二基底上的方式。进一步地，第二基底具有第二工作面。在第二工作面上形成聚合物。聚合物薄膜完全覆盖第二工作面。更进一步地，在第二基底上形成的聚合物薄膜的厚度为1mm～5mm。

在其中一个实施例中，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底进行紫外光照射处理之后，还包括将第一基底放置于保护性气体氛围下自然冷却的操作。需要说明的是，在其他实施方式中，将第一基底放置于保护性气体氛围下自然冷却的操作也可以省略。

在其中一个实施例中，将第一基底放置于保护性气体氛围下自然冷却的操作中，保护性气体选自氮气、氩气和氦气中的至少一种。将第一基底放置于保护性气体氛围下进行自然冷却能够防止碳纳米管阵列暴露在空气中而被氧化。

在其中一个实施例中，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列。需要说明的是，碳纳米管阵列也可以是多壁碳纳米管阵列。

在其中一个实施例中，碳纳米管阵列的长度为800μm～1000μm。碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为10nm～15nm。

在其中一个实施例中，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应的步骤之前，还包括制备碳纳米管阵列的步骤。制备碳纳米管阵列的步骤包括S111～S112：

S111、在第一基底上形成催化剂层。

在其中一个实施例中，采用电子束蒸发法在第一基底的表面沉积形成催化剂层。进一步地，催化剂层的材料选自钴和镍中的至少一种。更进一步地，催化剂层的材料由镍和钴组成，镍和钴的质量比为0.8:1～1.2:1。

在其中一个实施例中，催化剂层的厚度为20nm～23nm。

S112、在第三保护性气体氛围下，将形成有催化剂层的第一基底升温至700℃～900℃后，再通入碳源气体反应，得到碳纳米管阵列。碳源气体包括乙烯与己烷，乙烯与己烷的气体分压比为3:2～4:1。

在其中一个实施例中，将形成有催化剂层的第一基底放置于化学气相反应炉中进行反应。进一步地，先向化学气相反应炉中通入保护性气体，再升高化学气相反应炉的温度至700℃～900℃，使得催化剂层在第一基底上均匀成核；再向其中通入碳源气体进行反应。

更进一步地，碳源气体的流速为8mL/min～12mL/min，通入碳源气体进行反应的时间为10min～25min。通过此设置，能够得到分散性更好的碳纳米管阵列，以能够得到具有较好透气性的碳纳米纤维。

在其中一个实施例中，第三保护性气体选自氮气、氢气、氩气和氦气中的至少一种。

S120、对改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到改性纤维。

在其中一个实施例中，S120的步骤具体为：采用夹取工具从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列，并沿着垂直于改性碳纳米管阵列生长的方向进行拖拽和旋转，以使改性碳纳米管阵列被拉伸，且使改性碳纳米管阵列中的每根改性碳纳米管拧在一起，得到改性纤维。

在夹取工具拉伸改性碳纳米管阵列时，改性碳纳米管通过范德华力及修饰在改性碳纳米管阵列表面嵌段共聚物或嵌段共聚物的分解物之间的非共价键相互作用力带动改性碳纳米管阵列持续不断地被拉出而呈丝状，再通过旋转改性碳纳米管阵列使得改性碳纳米管阵列中的每根改性碳纳米管拧在一起，即为改性纤维。

进一步地，S120的步骤具体为：从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列，并沿着垂直于改性碳纳米管阵列生长的方向进行拖拽，得到丝状纳米管阵列；从丝状纳米管阵列的边缘夹取的丝状纳米管阵列，并沿着垂直于丝状纳米管阵列的延伸方向进行旋转并拖拽，以使丝状纳米管阵列被拉伸，且使丝状纳米管阵列中的每根丝状纳米管拧在一起，得到改性纤维。

在其中一个实施例中，从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列时，夹取的宽度为50μm～150μm。进一步地，从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列时，夹取的宽度为100μm～150μm。

在其中一个实施例中，沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽时的速率为0.05m/s～0.5mm/s。进一步地，沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽时的速率为0.1m/s～0.4mm/s。更进一步地，沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽时的速率为0.2m/s～0.3mm/s。

在其中一个实施例中，沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行旋转时的转速为1000rpm～3000rpm。进一步地，沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行旋转时的转速为2000rpm。

在其中一个实施例中，改性纤维的直径为10μm～200μm。

在其中一个实施例中，改性纤维的长度为100m～500m。需要说明的是，改性纤维的长度不限于上述长度，可以根据实际需要进行设置。

S130、在改性纤维上设置增强体，并在第二保护性气体氛围下于80℃～100℃下反应，得到碳纳米纤维。增强体选自酚醛树脂及尿素甲醛树脂中的至少一种。

通过在改性纤维上设置增强体，增强体选自酚醛树脂及尿素甲醛树脂中的至少一种，增强体与聚合物的羰基形成氢键，使得在改性纤维上形成保护膜，提高碳纳米纤维的附着力。

需要说明的是，在改性纤维表面设置的增强体能够与共聚物充分接触。进一步地，在改性纤维表面设置的增强体能够完全覆盖碳纳米管纤维的表面，以保证增强体与共聚物充分接触。

在其中一个实施例中，第二保护性气体选自氮气、氦气、氖气及氩气中的至少一种。

在其中一个实施例中，在改性纤维上设置增强体，并在第二保护性气体氛围下于80℃～100℃下反应的步骤具体为：在改性纤维的表面喷涂增强体，并在第二保护性气体氛围下于80℃～100℃下反应为10min～15min。在此设置下，能够使增强体与改性纤维充分反应，以保证碳纳米纤维的拉伸强度。需要说明的是，设置增强体的方式不限于喷涂，还可以为其他方式，例如可以为涂覆。

在其中一个实施例中，增强体为雾状或薄膜状。此种设置，使得增强体能够更加均匀的设置于改性纤维上。

在其中一个实施例中，增强体由酚醛树脂及尿素甲醛树脂组成，且酚醛树脂及尿素甲醛树脂的摩尔比为0.8：1～1.13：1。此种设置，能够得到拉伸强度更好的碳纳米纤维。

S140、将碳纳米纤维进行纺织，得到改性布料。

在其中一个实施例中，采用传统的纺织方法将碳纳米纤维纺织成布料。传统的纺织方法例如可以是平织法或斜纹织法。需要说明的是，可以采用单根碳纳米纤维进行纺织，也可以将多根碳纳米纤维平行制成一根再进行纺织。

S150、将改性布料置于分离物中浸泡，得到纳米布料，分离物中含有甲基乙基酮。

通过将改性布料浸泡于含有甲基乙基酮的分离物中，使得聚合物与增强体形成的结合物从改性布料上脱除，以恢复碳纳米管的结构，进一步提高纳米布料的附着力，并且通过使保护膜脱去而提高纳米布料的透气性，使得纳米布料具有较好的透气效果。

在其中一个实施例中，将改性布料置于分离物中浸泡的步骤中，分离物为含有质量百分含量为60％～75％的甲基乙基酮的水溶液，浸泡的时间为60min～90min。进一步地，分离物为含有质量百分含量为62％～68％的甲基乙基酮的水溶液，浸泡的时间为75min～80min。

在其中一个实施例中，将改性布料置于分离物中浸泡的步骤之前还包括如下步骤：在第四保护性气体氛围中，对改性布料进行加热加压处理。其中，第四保护性气体选自氮气、氦气、氖气及氩气中的至少一种。通过对改性布料进行加热加压处理，有利布料的成型，使得碳纳米管纤维排列的更加致密，以提高改性布料的拉伸强度。

在其中一个实施例中，对改性布料进行加热加压处理的步骤中，加热温度为110℃～115℃，压力为50kPa～80kPa，处理时间为15min～55min。进一步地，压力为60kPa～70kPa，处理时间为10min～30min。

上述纳米布料的制备方法，采用紫外光照射将聚合物接枝于碳纳米管阵列上，聚合物选自乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中的至少一种，使得碳纳米管的分散性更好，以保证改性碳纳米管阵列的力学性能；通过在改性纤维上设置增强体，增强体选自酚醛树脂及尿素甲醛树脂中的至少一种，增强体与聚合物的羰基形成氢键，使得在改性纤维上形成保护膜，提高碳纳米纤维的附着力；再通过将改性布料浸泡于含有甲基乙基酮的分离物中，使得聚合物与增强体形成的结合物从改性布料上脱除，以恢复碳纳米管的结构，进一步提高纳米布料的附着力，并且使得纳米布料表面的保护膜脱去而提高纳米布料的透气性，使得纳米布料具有较好的透气效果。经试验验证，上述制备方法得到的纳米布料的附着力为57MPa～71MPa，透气性为3000ml·mm/(cm²·hr·mmAq)～3710ml·mm/(cm²·hr·mmAq)，兼具较高附着力和较好透气效果。

下面为具体实施例的部分。

如无特别说明，以下实施例，不含有除不可避免的杂质以外的其他未明确指出的组分。第一基底为氧化铝板。第二基底为铜片。增强体完全覆盖改性纤维的表面。紫外光为带宽为298nm的单色光。环氧树脂为双酚A型环氧树脂。

如未特别说明，以下实施例中，乙烯-一氧化碳嵌段共聚物的制备过程为：将乙烯、一氧化碳与催化剂在75℃、10MPa下反应，得到乙烯-一氧化碳嵌段共聚物。乙烯链段与一氧化碳链段的摩尔比为1.1:1。催化剂为1,3-双二苯基膦丙烷二氯化钯。反应时间为20min。催化剂的添加量为过量添加，以使充分反应。

如未特别说明，以下实施例中，一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物的制备过程如下：将乙烯、一氧化碳、丙烯与催化剂在120℃、9MPa下反应，得到一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物。一氧化碳链段、乙烯链段与丙烯链段的摩尔比为1：2:2。催化剂为1,3-双二苯基膦丙烷二氯化钯。反应时间为23min。催化剂的添加量为过量添加，以使充分反应。

实施例1

本实施例的纳米布料的制备过程如下：

(1)取一块第一基底，在第一基底上沉积形成20nm厚的催化剂层，催化剂层为镍和钴的混合材料(镍和钴的质量比为0.8:1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通过氮气，再升温至900℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括乙烯与己烷，乙烯与己烷的气体分压比为4:1)，且碳源气体的流量控制在12L/min下反应25min，使得第一基底表面完全覆盖有碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为800μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为15nm。

(2)取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为1mm的聚合物薄膜。聚合物为乙烯-一氧化碳嵌段共聚物。聚合物的重均分子量为20000。

(3)将形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管阵列及聚合物接触，反应腔抽真空至气压降至10^-2Torr后在通入氮气，保持氮气的流速为2L/min，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底的距离为2mm，紫外光的照射功率为30mW，紫外光为照射波长为218nm的单色窄带光，照射时间为35min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性纳米阵列。

(4)采用夹取工具从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列，并沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽和旋转，得到改性纤维。从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列时，夹取的宽度为150μm。拖拽的速度为0.5mm/s，转速为3000rpm。

(5)在改性纤维的表面喷涂增强体，并在氮气下于100℃下反应15min，得到碳纳米纤维，增强体为酚醛树脂。

(6)将碳纳米纤维进行纺织，得到改性布料。

(7)将改性布料置于分离物中浸泡60min，得到纳米布料，分离物为含有质量百分含量为60％的甲基乙基酮的水溶液。

实施例2

本实施例的纳米布料的制备过程如下：

(1)取一块第一基底，在第一基底上沉积形成23nm厚的催化剂层，催化剂层为镍和钴的混合材料(镍和钴的质量比为1.2:1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通过氮气，再升温至700℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括乙烯与己烷，乙烯与己烷的气体分压比为3:2)，且碳源气体的流量控制在8L/min下反应10min，使得第一基底表面完全覆盖有碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为1000μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为10nm。

(2)取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为5mm的聚合物薄膜。聚合物为一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物。聚合物的重均分子量为35000。

(3)将形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管阵列及聚合物接触，反应腔抽真空至气压降至10^-2Torr后在通入氮气，保持氮气的流速为3L/min，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底的距离为10mm，紫外光的照射功率为20mW，紫外光为照射波长为289nm的单色窄带光，照射时间为10min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性纳米阵列。

(4)采用夹取工具从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列，并沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转，得到改性纤维。从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列时，夹取的宽度为50μm。拖拽的速度为0.05mm/s，转速为1000rpm。

(5)在改性纤维的表面喷涂增强体，并在氮气下于80℃下反应10min，得到碳纳米纤维，增强体为尿素甲醛树脂。

(6)将碳纳米纤维进行纺织，得到改性布料。

(7)将改性布料置于分离物中浸泡90min，得到纳米布料，分离物为含有质量百分含量为75％的甲基乙基酮的水溶液。

实施例3

本实施例的纳米布料的制备过程如下：

(1)取一块第一基底，在第一基底上沉积形成21nm厚的催化剂层，催化剂层为镍和钴的混合材料(镍和钴的质量比为1：1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通过氮气，再升温至800℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括乙烯与己烷，乙烯与己烷的气体分压比为2:1)，且碳源气体的流量控制在10L/min下反应20min，使得第一基底表面完全覆盖有碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为900μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为12nm。

(2)取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为3mm的聚合物薄膜。聚合物由乙烯-一氧化碳嵌段共聚物与一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物组成。乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物的摩尔比为1.05:1。乙烯-一氧化碳嵌段共聚物的重均分子量为25000。一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物的重均分子量为27500。

(3)将形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管阵列及聚合物接触，反应腔抽真空至气压降至10^-2Torr后在通入氮气，保持氮气的流速为2.5L/min，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有聚合物的第二基底的距离为5mm，紫外光的照射功率为25mW，紫外光为照射波长为256nm的单色窄带光，照射时间为20min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性纳米阵列。

(4)采用夹取工具从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列，并沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转，得到改性纤维。从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列时，夹取的宽度为100μm。拖拽的速度为0.3mm/s，转速为2000rpm。

(5)在改性纤维的表面喷涂增强体，并在氮气下于90℃下反应13min，得到碳纳米纤维，增强体由酚醛树脂及尿素甲醛树脂组成，且酚醛树脂及尿素甲醛树脂为摩尔比为0.99:1。

(6)将碳纳米纤维进行纺织，得到改性布料。

(7)将改性布料置于分离物中浸泡75min，得到纳米布料，分离物为含有质量百分含量为68％的甲基乙基酮的水溶液。

实施例4

本实施例的纳米布料的制备过程如下：

(1)按照实施例1的步骤(1)～(5)制备碳纳米纤维。

(2)将碳纳米纤维进行纺织，得到改性布料。对改性布料进行加热加压处理，加热温度为110℃，压力为80kPa，处理时间为15min。将加热加压处理后的改性布料置于分离物中浸泡60min，得到纳米布料，分离物为含有质量百分含量为60％的甲基乙基酮的水溶液。

实施例5

本实施例的纳米布料的制备过程如下：

(1)按照实施例2的步骤(1)～(5)制备碳纳米纤维。

(2)将碳纳米纤维进行纺织，得到改性布料。对改性布料进行加热加压处理，加热温度为115℃，压力为50kPa，处理时间为55min。将加热加压处理后的改性布料置于分离物中浸泡90min，得到纳米布料，分离物为含有质量百分含量为75％的甲基乙基酮的水溶液。

实施例6

本实施例的纳米布料的制备过程如下：

(1)按照实施例3的步骤(1)～(5)制备碳纳米纤维。

(2)将碳纳米纤维进行纺织，得到改性布料。对改性布料进行加热加压处理，加热温度为112℃，压力为65kPa，处理时间为35min。将加热加压处理后的改性布料置于分离物中浸泡75min，得到纳米布料，分离物为含有质量百分含量为68％的甲基乙基酮的水溶液。

实施例7

本实施例的纳米布料的制备过程与实施例6的大致相同，不同之处在于：乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物的摩尔比为0.9:1。

实施例8

本实施例的纳米布料的制备过程与实施例6的大致相同，乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物的摩尔比为1.2:1。

实施例9

本实施例的纳米布料的制备过程与实施例6大致相同，不同之处在于：酚醛树脂及尿素甲醛树脂的摩尔比为0.8:1。

实施例10

本实施例的纳米布料的制备过程与实施例6大致相同，不同之处在于：酚醛树脂及尿素甲醛树脂的摩尔比为1.13:1。

实施例11

本实施例的纳米布料的制备过程与实施例1大致相同，不同之处在于：聚合物为聚乙烯。聚合物的重均分子量为20000。

实施例12

本实施例的纳米布料的制备过程与实施例2大致相同，不同之处在于：聚合物为聚丙烯。聚合物的重均分子量为35000。

实施例13

本实施例的纳米布料的制备过程如下：

(1)将碳纳米管阵列设置于第一基底上。碳纳米管阵列购于Cnano公司Flotube9110碳纳米管阵列。

(2)按照实施例6的操作将碳纳米阵列制成纳米布料。

实施例14

本实施例的纳米布料的制备过程如下：

(1)按照实施例3的步骤(1)～(4)制备改性纤维。

(2)将改性纤维进行纺织，得到改性布料。将改性布料置于分离物中浸泡75min，得到纳米布料，分离物为含有质量百分含量为68％的甲基乙基酮的水溶液。

测试：

测定实施例1～14的改性布料和纳米布料的附着力、拉伸强度及透气性。测定结果详见表1。表1表示的是实施例1～14的改性布料和纳米布料的附着力、拉伸强度及透气性。

具体地，采用JIS K 6854所规定的方法测定改性布料和纳米布料的附着性；

采用拉伸测试法测定改性布料和纳米布料的拉伸强度；

采用气体透过率测定装置GTME 2510(根据差压法JIS K 7126-1)进行测定改性布料和纳米布料的透气性(单位为ml·mm/(cm²·hr·mmAq))。

表1

从表1可以看出，实施例1～9的纳米布料的附着力为57MPa～71MPa，透气性为3000ml·mm/(cm²·hr·mmAq)～3710ml·mm/(cm²·hr·mmAq)，优于实施例14，说明采用上述制备方法能够得到具有较高附着力和较好透气性的纳米布料。并且，实施例1～9的纳米布料的拉伸强度为7.17GPa～7.59GPa，优于实施例14，说明上述制备方法还能够提高纳米布料的拉伸强度。

综上所述，上述实施方式的制备方法能够制备较高附着力、较好透气性且较高拉伸强度的纳米布料，更加服帖和舒适，应用范围更广。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种纳米布料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在第一保护性气体氛围下，对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列，所述聚合物选自乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中的至少一种；

将所述改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到改性纤维；

在所述改性纤维上设置增强体，并在第二保护性气体氛围下于80℃～100℃下反应，得到碳纳米纤维，所述增强体选自酚醛树脂及尿素甲醛树脂中的至少一种；

将所述碳纳米纤维进行纺织，得到改性布料；及

将所述改性布料置于分离物中浸泡，得到纳米布料，所述分离物中含有甲基乙基酮。

2.根据权利要求1所述的纳米布料的制备方法，其特征在于，所述将所述改性布料置于分离物中浸泡的步骤中，所述分离物为含有质量百分含量为60％～75％的甲基乙基酮的水溶液，浸泡的时间为60min～90min。

3.根据权利要求1所述的纳米布料的制备方法，其特征在于，所述将所述改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到改性纤维的步骤具体为：从所述改性碳纳米管阵列的边缘夹取所述改性碳纳米管阵列，沿着垂直于所述改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽和旋转，得到所述改性纤维。

4.根据权利要求3所述的纳米布料的制备方法，其特征在于，沿着垂直于所述改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽时的速率为0.05m/s～0.5mm/s，沿着垂直于所述改性碳纳米管阵列的生长方向进行旋转时的转速为1000rpm～3000rpm。

5.根据权利要求1所述的纳米布料的制备方法，其特征在于，所述增强体由酚醛树脂及尿素甲醛树脂尿素甲醛树脂组成，且所述酚醛树脂与所述尿素甲醛树脂的摩尔比为0.8：1～1.13：1。

6.根据权利要求1所述的纳米布料的制备方法，其特征在于，所述乙烯-一氧化碳嵌段共聚物中，所述乙烯链段与所述一氧化碳链段的摩尔比为0.7：1～1.3：1；及/或，

所述一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物中，所述一氧化碳链段、所述乙烯链段与所述丙烯链段的摩尔比为1：3：3～1：1：1。

7.根据权利要求1所述的纳米布料的制备方法，其特征在于，所述聚合物由乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物组成，所述乙烯-一氧化碳嵌段共聚物及所述一氧化碳-乙烯-丙烯嵌段共聚物的摩尔比为0.9：1～1.2：1。

8.根据权利要求1所述的纳米布料的制备方法，其特征在于，所述聚合物的重均分子量为20000～35000。

9.根据权利要求1所述的纳米布料的制备方法，其特征在于，所述对聚合物和碳纳米管阵列进行紫外光照射处理以进行接枝反应的步骤之前，还包括制备所述碳纳米管阵列的步骤：

在第一基底上形成催化剂层；及

在保护性气体氛围下，将形成有所述催化剂层的所述第一基底升温至700℃～900℃后，再通入碳源气体反应，得到所述碳纳米管阵列，所述碳源气体包括乙烯与己烷，所述乙烯与所述己烷的气体分压比为3:2～4:1。

10.一种纳米布料，其特征在于，由权利要求1～9任一项所述的纳米布料的制备方法制备得到。