CN111764026B - 碳纳米管纤维混杂织物及其制备方法和增强复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳纳米管纤维混杂织物及其制备方法和增强复合材料。制备碳纳米管纤维混杂织物的原料包括碳纳米管纤维束和高性能纤维，碳纳米管纤维束与高性能纤维的体积比为1:1～1:10，碳纳米管纤维束包括多根合并在一起的经由碳纳米管阵列纺丝制备的碳纳米管纤维丝。上述碳纳米管纤维混杂织物具有强度高、抗冲击性能好、耐蠕变性能好且耐湿热老化性能好的优点。

Description

碳纳米管纤维混杂织物及其制备方法和增强复合材料
技术领域
本发明涉及纤维材料领域，特别是涉及一种碳纳米管纤维混杂织物及其制备方法和增强复合材料。
背景技术
传统的防弹材料所用的高性能纤维包括芳纶纤维、碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维等。芳纶纤维的模量高，并且有较高的伸长率、耐冲击性好，但是芳纶纤维的尺寸稳定性和耐紫外辐照性能较差、吸水率高、抗湿热老化性能差，导致影响产品的使用寿命。碳纤维虽然拥有较高强度，但是其最大缺点为脆性，即抗冲击性能不强，限制了其在防弹材料中的应用。超高分子量聚乙烯纤维的密度小，具有高强度、高模量、耐冲击、抗切割等优异性能，制作出的防弹衣比芳纶纤维防弹衣更轻质量更好。然而超高分子量聚乙烯纤维的抗蠕变性能较差，在长时间受力情况下易发生不可逆形变，且不耐高温，也会一定程度上影响防弹产品的使用。
发明内容
基于此，有必要提供一种同时具有良好的耐湿热老化性能、抗冲击性和耐蠕变性能、能够用于防弹材料的碳纳米管纤维混杂织物。
此外，还有必要提供一种碳纳米管纤维混杂织物的制备方法和增强复合材料。
一种碳纳米管纤维混杂织物，制备所述碳纳米管纤维混杂织物的原料包括碳纳米管纤维束和高性能纤维，所述碳纳米管纤维束与所述高性能纤维的体积比为1:1～1:10，所述碳纳米管纤维束包括多根合并在一起的经由碳纳米管阵列纺丝制备的碳纳米管纤维丝。
在其中一个实施例中，所述高性能纤维选自芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维及碳纤维中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述碳纳米管纤维混杂织物为平纹织物、斜纹织物或缎纹织物。
在其中一个实施例中，所述碳纳米管纤维混杂织物的平方米克重为50g/m2～200g/m2。
在其中一个实施例中，所述碳纳米管纤维混杂织物的经纬密度为20根/10cm～200根/10cm。
在其中一个实施例中，在所述碳纳米管纤维混杂织物中，经纱和纬纱中的一个为所述碳纳米管纤维束，另一个为所述高性能纤维；或者，经纱和/或纬纱为所述碳纳米管纤维束与所述高性能纤维的混合物。
一种碳纳米管纤维混杂织物的制备方法，包括如下步骤：
将碳纳米管阵列进行纺丝制备碳纳米管纤维丝；
将所述碳纳米管纤维丝合并制备碳纳米管纤维束；及
将所述碳纳米管纤维束与高性能纤维进行混织，制备碳纳米管纤维混杂织物，所述碳纳米管纤维束与所述高性能纤维的体积比为1:1～1:10。
在其中一个实施例中，所述将碳纳米管阵列进行纺丝制备碳纳米管纤维丝的步骤为：从碳纳米管阵列中拉出0.1cm～20cm宽度的薄膜，加捻纺制成丝，制备所述碳纳米管纤维丝。
在其中一个实施例中，所述加捻纺制成丝的步骤中，捻度为100tpm～15000tpm。
在其中一个实施例中，所述将所述碳纳米管纤维丝合并制备碳纳米管纤维束的步骤中，每束合并根数为10根～100根。
在其中一个实施例中，所述碳纳米管阵列中碳纳米管的长度为100μm～1000μm，直径为6nm～15nm。
一种增强复合材料，制备所述增强复合材料的原料包括树脂基体和混杂织物，所述混杂织物为上述的碳纳米管纤维混杂织物或由上述的碳纳米管纤维混杂织物的制备方法制备得到的碳纳米管纤维混杂织物。
在其中一个实施例中，制备所述增强复合材料的原料中，所述混杂织物的体积分数为50％～55％。
上述碳纳米管纤维混杂织物的原料包括碳纳米管纤维束与其他高性能纤维，碳纳米管纤维束由碳纳米管阵列纺丝制备碳纳米管纤维丝，然后将碳纳米管纤维丝进行合并而得到，经上述处理后的碳纳米管纤维束的强度提高，且碳纳米管纤维束的加入，利用纤维的混杂效应，改善了传统的高性能纤维，如芳纶纤维、碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维的性能缺陷，提高了织物的综合性能，从而得到强度高、抗冲击性能好、耐蠕变性能好且耐湿热老化性能好的碳纳米管纤维混杂织物，能够用于防弹材料等增强复合材料的制备中。
附图说明
图1为一实施方式的碳纳米管纤维混杂织物的制备方法的工艺流程图；
图2为图1所示的工艺流程图中步骤S110中捻度过大时，碳纳米管纤维丝的形貌图；
图3为图1所示的工艺流程图中步骤S110中捻度合适时，碳纳米管纤维丝的形貌图；
图4为实施例1-1所制备得到的碳纳米纤维束与芳纶纤维混杂织物的示意图；
图5为实施例1-2所制备得到的碳纳米纤维束与超高分子量聚乙烯纤维混杂织物的示意图；
图6为实施例1-3所制备得到的碳纳米纤维束与碳纤维混杂织物的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体实施方式对本发明进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本发明的较佳的实施例。但是，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地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
一实施方式的碳纳米纤维混杂织物，制备碳纳米管纤维混杂织物的原料包括碳纳米管纤维束和高性能纤维，碳纳米管纤维束与高性能纤维的体积比为1:1～1:10，碳纳米管纤维束包括多根合并在一起的经由碳纳米管阵列纺丝制备的碳纳米管纤维丝。
高性能纤维一般指强度大于17.6cN/dtex，弹性模量在440cN/dtex以上的纤维。具体地，高性能纤维选自芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维及碳纤维中的至少一种。
碳纳米纤维束与高性能纤维的体积比为1:1～1:10。进一步地，碳纳米纤维束与高性能纤维的体积比为1:1～1:5。碳纳米纤维束与高性能纤维的体积比超过上述比例后，所制备得到的混杂织物的性能下降，添加碳纳米管纤维的效果不明显。
在其中一个实施例中，混杂织物组织可以为平纹、斜纹、缎纹或其他更为复杂的组织。实施例中织造的均为单层织物，经纱和纬纱可以为纯碳纳米管纤维束、纯高性能纤维束或二者混合纤维束。具体地，碳纳米管纤维混杂织物中，经纱和纬纱中的一个为碳纳米管纤维束，另一个为高性能纤维；或者，经纱和/或纬纱为碳纳米管纤维束与高性能纤维的混合物。例如，经纱和纬纱中的一个为碳纳米管纤维束与高性能纤维的混合物，另一个为碳纳米管纤维束或高性能纤维或碳纳米纤维束与高性能纤维的混合物。
具体地，碳纳米管纤维混杂织物的平方米克重为50g/m2～200g/m2。机织物的克重由经纬密度和混纺纱线密度决定。具体地，碳纳米管纤维混杂织物的经纬密度为20根/10cm～200根/10cm。混纺纱线密度为5tex～250tex。
具体地，碳纳米管阵列中，碳纳米管的长度为100μm～1000μm，直径为6nm～15nm。进一步地，碳纳米管的长度为300μm～600μm。上述碳纳米管阵列中的碳纳米管的长度、直径合适，使得制备得到的碳纳米管纤维束强度较大。
碳纳米管纤维是新一代的高性能纤维，由无数根碳纳米管沿轴向排列而形成，管与管之间靠范德华力相连接。碳纳米管纤维具有质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、使用寿命长、高温下不易变形、散热快、占用空间小，并且很柔软，可随意弯折，织造过程中也不易产生飞花，非常适合做成织物。但传统的碳纳米管纤维在应用于防弹纤维材料时，还存在强度较低的缺点，而在本实施方式中，采用由碳纳米管阵列先进行纺丝然后合并后得到碳纳米管纤维束能够提高碳纳米管纤维束的强度，进而提高所制备得到的碳纳米管纤维混杂织物的强度。
上述碳纳米管纤维混杂织物的原料包括碳纳米管纤维束与其他高性能纤维，碳纳米管纤维束由碳纳米管阵列纺丝制备碳纳米管纤维丝，然后将碳纳米管纤维丝进行合并而得到，经上述处理后的碳纳米管纤维束的强度提高，且碳纳米管纤维束的加入改善了传统的高性能纤维，如芳纶纤维、碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维的性能缺陷，从而得到强度高、抗冲击性能好、耐蠕变性能好且耐湿热老化性能好的碳纳米管纤维混杂织物，能够用于防弹材料等增强复合材料的制备中。
请参阅图1，一实施方式的碳纳米管纤维混杂织物的制备方法，包括如下步骤：
步骤S110：将碳纳米管阵列纺丝制备碳纳米管纤维丝。
其中，碳纳米管阵列中，碳纳米管的长度为100μm～1000μm，直径为6nm～15nm。进一步地，碳纳米管的长度为300μm～600μm。上述碳纳米管阵列中的碳纳米管的长度、直径合适，使得制备得到的碳纳米管纤维的强度较大。
具体地，步骤S110包括：从碳纳米管阵列中拉出0.1cm～20cm宽度的薄膜，加捻纺制成丝，制备碳纳米管纤维丝。进一步地，拉出的薄膜的宽度为0.1cm～5cm。在其中一个实施例中，加捻纺制成丝的过程中，捻度为100tpm～15000tpm。进一步地，捻度为2000tpm～15000tpm。从上述碳纳米管阵列中拉出来的薄膜，排列有序，长度和直径均匀，通过加捻纺制成丝得到的碳纳米管纤维丝具有较好的力学性能。
加捻纺制成丝的过程中，若捻度过大，碳纳米管纤维丝会形成一种螺旋状形貌，如图2所示。由于过度加捻导致碳纳米管纤维在纤维轴向上严重变形，当纤维轴向受力时，碳纳米管由于变形导致沿纤维轴向承受能力降低，因此碳纳米管纤维整体力学性能下降。捻度过小时，会导致碳纳米管薄膜加捻不完全，有些地方仍是薄膜状态或碳纳米管之间抱合不紧密，成为弱节，在纤维受力时会从此最先断裂。如图3所示，在最佳捻度下，碳纳米管之间抱合较紧密，碳纳米管纤维在纤维轴向上变形不严重，碳纳米管纤维力学性能较优，适宜进行下一步加工织造。
步骤S120：将碳纳米管纤维丝合并制备碳纳米管纤维束。
具体地，每束合并根数为10根～100根。进一步地，每束合并根数为10根～50根。
碳纳米管纤维是新一代的高性能纤维，由无数根碳纳米管沿轴向排列而形成，管与管之间靠范德华力相连接。碳纳米管纤维具有质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、使用寿命长、高温下不易变形、散热快、占用空间小，并且很柔软，可随意弯折，织造过程中也不易产生飞花，非常适合做成织物。但传统的碳纳米管纤维在应用于防弹纤维材料时，还存在强度较低的缺点，而在本实施方式中，采用上述方法制备得到碳纳米管纤维束能够提高碳纳米管纤维束的强度，进而提高所制备得到的碳纳米管纤维混杂织物的强度。
步骤S130：将碳纳米管纤维束与高性能纤维混织，制备碳纳米管纤维混杂织物。
具体地，高性能纤维选自芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维及碳纤维中的至少一种。
碳纳米纤维束与高性能纤维的体积比为1:1～1:10。进一步地，碳纳米纤维束与高性能纤维的体积比为1:1～1:5。碳纳米纤维束与高性能纤维的体积比超过上述比例后，所制备得到的混杂织物的性能下降，添加碳纳米管纤维的效果不明显。
在其中一个实施例中，混织的方式为机织。具体地，采用机织的方式进行织造时，织物组织可以为平纹、斜纹、缎纹或其他更为复杂的组织。实施例中织造的均为单层织物，经纱和纬纱可以为纯碳纳米管纤维束、纯高性能纤维束或二者混合纤维束。具体地，混织的步骤中，经纱和纬纱中的一个为碳纳米管纤维束，另一个为高性能纤维；或者，经纱和/或纬纱为碳纳米管纤维束与高性能纤维的混合物。例如，经纱和纬纱中的一个为碳纳米管纤维束与高性能纤维的混合物，另一个为碳纳米管纤维束或高性能纤维或碳纳米纤维束与高性能纤维的混合物。
具体地，碳纳米管纤维混杂织物的平方米克重为50g/m2～200g/m2。机织物的克重由经纬密度和混纺纱线密度决定。具体地，碳纳米管纤维混杂织物的经纬密度为20根/10cm～200根/10cm。混纺纱线密度为5tex～250tex。
上述碳纳米纤维混杂织物的制备方法至少具有以下优点：
(1)上述碳纳米管纤维混杂织物的制备方法先由碳纳米管阵列纺丝制备碳纳米管纤维丝，然后将碳纳米管纤维丝进行合并得到碳纳米管纤维束，并与其他高性能纤维混织，碳纳米管纤维的加入改善了传统的芳纶纤维、碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维的性能缺陷，从而得到强度高、抗冲击性能好、耐蠕变性能好且耐湿热老化性能好的碳纳米管纤维混杂织物，能够用于防弹材料等增强复合材料的制备中。
(2)上述碳纳米管纤维混杂织物的制备方法工艺简单，易于工业化生产。
一实施方式的增强复合材料，制备增强复合材料的原料包括上述实施方式的碳纳米管纤维混杂织物或由上述实施方式的碳纳米管纤维混杂织物的制备方法制备得到。
具体地，制备增强复合材料的原料还包括树脂基体。例如，树脂基体可以为环氧树脂。可以理解，本领域常用的树脂基体均可以作为本实施方式的树脂基体。制备增强复合材料的原料中，碳纳米管纤维混杂织物的体积分数为50％～55％。
在其中一个实施例中，增强复合材料为防弹材料。在另一个实施例中，上述增强复合材料还可以为桥梁用增强材料或建筑物用增强材料。
具体地，增强复合材料的制备工艺可以为本领域常用的工艺，如VARTM(真空辅助树脂传递模塑)工艺，在此不再赘述。
上述增强复合材料的强度高、抗冲击性好、耐蠕变性能好且耐湿热老化性能好。
以下为具体实施例部分：
实施例1-1
本实施例的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程具体如下：
(1)从长度为500μm、直径为10nm的碳纳米管阵列中拉出10cm宽度的薄膜，然后以2000tpm的捻度加捻纺制成丝，得到碳纳米管纤维丝。
(2)将步骤(1)中得到的50根碳纳米管纤维丝合并成一束碳纳米管纤维束。
(3)将步骤(2)中处理后的碳纳米管纤维束与芳纶纤维采用机织的方式织造，碳纳米管纤维束与芳纶纤维的体积比为1:5，经纱为碳纳米纤维束，纬纱为芳纶纤维，织物组织为平纹，如图4所示。经纬密度为30根/10cm，混杂织物的克重为200g/m2。
实施例1-2
本实施例的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程具体如下：
(1)从长度为500μm、直径为10nm的碳纳米管阵列中拉出10cm宽度的薄膜，以2000tpm的捻度加捻纺制成丝，得到碳纳米管纤维丝。
(2)将步骤(1)中处理后的50根碳纳米管纤维丝合并成一束碳纳米管纤维束。
(3)将步骤(2)中处理后的碳纳米管纤维束与超高分子量聚乙烯纤维采用机织的方式织造，碳纳米管纤维束与超高分子量聚乙烯纤维的体积比为1:5，经纱为碳纳米管纤维束，纬纱为超高分子量聚乙烯纤维，混杂织物组织为平纹，如图5所示，经纬密度为30根/10cm，混杂织物的克重为200g/m2。
实施例1-3
本实施例的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程具体如下：
(1)从长度为500μm、直径为10nm的碳纳米管阵列中拉出10cm宽度的薄膜，以2000tpm的捻度加捻纺制成丝，得到碳纳米管纤维丝。
(2)将步骤(1)中处理的50根碳纳米管纤维丝合并成一束碳纳米管纤维束。
(3)将步骤(2)中处理后的碳纳米管纤维束与碳纤维采用机织的方式织造，碳纳米管纤维束与碳纤维的体积比为1:5，经纱为碳纤维，纬纱为碳纤维与碳纳米管纤维束按体积比为1:1排列，织物组织为平纹，如图6所示，经纬密度为30根/10cm，克重为200g/m2。
实施例1-4
本实施例的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程具体如下：
(1)从长度为500μm、直径为10nm的碳纳米管阵列中拉出10cm宽度的薄膜，以2000tpm的捻度加捻纺制成丝，得到碳纳米管纤维丝。
(2)将步骤(1)中处理的50根碳纳米管纤维丝合并成一束碳纳米管纤维束。
(3)将步骤(2)中处理后的碳纳米管纤维束与碳纤维、芳纶纤维采用机织的方式织造，碳纳米管纤维束的体积与碳纤维和芳纶纤维的比值为1:1:4，经纱为碳纳米管纤维，纬纱为碳纤维和芳纶纤维的混合物。经纬密度为30根/10cm，混杂织物的克重为200g/m2。
实施例1-5
本实施例的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程具体如下：
(1)从长度为500μm、直径为10nm的碳纳米管阵列中拉出10cm宽度的薄膜，以2000tpm的捻度加捻纺制成丝，得到碳纳米管纤维丝。
(2)将步骤(1)中处理的50根碳纳米管纤维丝合并成一束碳纳米管纤维束。
(3)将步骤(2)中处理后的碳纳米管纤维束与芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维采用机织的方式织造，碳纳米管纤维束的体积与芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维的体积的比值为1:1:4，经纱为碳纳米管纤维束，纬纱为芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维的混合物。经纬密度为30根/10cm，克重为200g/m2。
实施例1-6
本实施例的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程具体如下：
(1)从长度为500μm、直径为10nm的碳纳米管阵列中拉出10cm宽度的薄膜，以2000tpm的捻度加捻纺制成丝，得到碳纳米管纤维丝。
(2)将步骤(1)中处理的50根碳纳米管纤维丝合并成一束碳纳米管纤维束。
(3)将步骤(2)中处理后的碳纳米管纤维束与碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维采用并丝法进行混合，采用机织的方式织造，且碳纳米管纤维束的体积与碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维的体积的比值为1:1:4，经纱为碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维的混合物，纬纱为碳纳米管纤维束。经纬密度为30根/10cm，克重为200g/m2。
实施例1-7
本实施例的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程具体如下：
(1)从长度为500μm、直径为10nm的碳纳米管阵列中拉出10cm宽度的薄膜，以2000tpm的捻度加捻纺制成丝，得到碳纳米管纤维丝。
(2)将步骤(1)中处理的50根碳纳米管纤维丝合并成一束碳纳米管纤维束。
(3)将步骤(2)中处理后的碳纳米管纤维束与碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维采用机织的方式织造，且碳纳米管纤维束的体积与碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维的体积总和的比值为1:5，经纱为碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维的混合物，纬纱为碳纳米管纤维束。经纬密度为30根/10cm，克重为200g/m2。
实施例1-8
本实施例的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程具体如下：
(1)从长度为100μm、直径为6nm的碳纳米管阵列中拉出0.1cm宽度的薄膜，然后以15000tpm的捻度加捻纺制成丝，得到碳纳米管纤维丝。
(2)将步骤(1)中处理后的100根碳纳米管纤维丝合并成一束碳纳米管纤维束。
(3)将步骤(1)中处理后的碳纳米管纤维束与芳纶纤维采用机织的方式织造，采用包芯法进行混合，外层包缠纤维为碳纳米管纤维束，内层芯纱为芳纶纤维，且碳纳米管纤维束与芳纶纤维的体积比为1:1，然后得到碳纳米管纤维混杂织物，织物组织为平纹，经纬密度为200根/10cm，克重为50g/m2。
实施例1-9
本实施例的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程具体如下：
(1)从长度为1000μm、直径为15nm的碳纳米管阵列中拉出20cm宽度的薄膜，然后以100tpm的捻度加捻纺制成丝，得到碳纳米管纤维丝。
(2)将步骤(1)中处理后的10根碳纳米管纤维丝合并成一束碳纳米管纤维束。
(3)将步骤(2)中处理后的碳纳米管纤维束与芳纶纤维采用包芯法进行混合，外层包缠纤维为碳纳米管纤维束，采用机织的方式织造，内层芯纱为芳纶纤维，且碳纳米管纤维束与芳纶纤维的体积比为1:10，然后得到碳纳米管纤维混杂织物，织物组织为平纹，经纬密度为20根/10cm，克重为200g/m2。
实施例1-10
本实施例的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程具体如下：
(1)从长度为500μm、直径为10nm的碳纳米管阵列中拉出10cm宽度的薄膜，然后以2000tpm的捻度加捻纺制成丝，得到碳纳米管纤维丝。
(2)将步骤(1)中得到的50根碳纳米管纤维丝合并成一束碳纳米管纤维束。
(3)将步骤(2)中处理后的碳纳米管纤维束与芳纶纤维采用机织的方式织造，碳纳米管纤维束与芳纶纤维的体积比为1:3，经纱为碳纳米纤维束，纬纱为芳纶纤维，织物组织为平纹。经纬密度为30根/10cm，混杂织物的克重为200g/m2。
实施例1-11
本实施例的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程具体如下：
(1)从长度为500μm、直径为10nm的碳纳米管阵列中拉出10cm宽度的薄膜，以1000tpm的捻度加捻纺制成丝，得到碳纳米管纤维丝。
(2)将步骤(1)中处理后的50根碳纳米管纤维丝合并成一束碳纳米管纤维束。
(3)将步骤(2)中处理后的碳纳米管纤维束与超高分子量聚乙烯纤维采用机织的方式织造，碳纳米管纤维束与超高分子量聚乙烯纤维的体积比为1:5，经纱为碳纳米管纤维束，纬纱为超高分子量聚乙烯纤维，混杂织物组织为平纹，经纬密度为30根/10cm，混杂织物的克重为200g/m2。
实施例2-1～实施例2-11
实施例2-1～实施例2-11的增强复合材料的制备过程具体如下：
(1)分别取实施例1-1～实施例1-11所制备得到的碳纳米管纤维混杂织物。
(2)将上述碳纳米管纤维混杂织物与环氧树脂混合，并根据VARTM工艺制备得到增强复合材料，其中，碳纳米管纤维混杂织物的体积分数为52％。
对比例1-1
对比例1-1的织物的制备过程具体如下：
将碳纤维采用机织的方式织造，经纱和纬纱均为碳纤维，经纬密度为30根/10cm，织物的克重为200g/m2。
对比例1-2
对比例1-2的织物的制备过程具体如下：
将超高分子量聚乙烯纤维采用机织的方式织造，经纱和纬纱均为超高分子量聚乙烯纤维，经纬密度为30根/10cm，织物的克重为200g/m2。
对比例1-3
对比例1-3的织物的制备过程具体如下：
将芳纶纤维采用机织的方式织造，经纱和纬纱均为芳纶纤维，经纬密度为30根/10cm，织物的克重为200g/m2。
对比例1-4
对比例1-4的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程与实施例1-1的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程相似，区别在于，对比例1-4的步骤(3)中，碳纳米管纤维束与芳纶纤维的体积比为5:1。
对比例1-5
对比例1-5的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程与实施例1-1的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程相似，区别在于，对比例1-5的步骤(3)中，碳纳米管纤维束与芳纶纤维的体积比为1:12。
对比例1-6
对比例1-6的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程与实施例1-1的碳纳米管纤维混杂织物的制备过程相似，区别在于，对比例1-6的步骤(1)中，捻度为20000tpm。
对比例2-1～对比例2-6
对比例2-1～对比例2-6的增强复合材料的制备过程具体如下：
(1)分别取对比例1-1～对比例1-6的碳纳米管纤维混杂织物。
(2)将上述碳纳米管纤维混杂织物与环氧树脂混合，并根据VARTM工艺制备得到增强复合材料，其中，碳纳米管纤维混杂织物的体积分数为52％。
实施例和对比例中所用到的各纤维的性能数据如下表1所示。
表1实施例和对比例中所用到的纤维的性能
Figure BDA0002528504200000131
Figure BDA0002528504200000141
从上表中可以看出，对比例1-6中，由于捻度过大，导致碳纳米管纤维束的力学性能明显下降。
实施例2-1～实施例2-11和对比例2-1～对比例2-6所制备得到的增强复合材料的冲击性能、耐蠕变性能及耐湿热老化性能数据如表2所示。其中，冲击性采用ASTM D7136方法测试得到，蠕变应变采用GB11546-89方法测试得到，50℃水热100h后弯曲强度保持率采用ASTM D7264方法测试得到。
表2.各实施例和对比例的增强复合材料的性能
Figure BDA0002528504200000142
Figure BDA0002528504200000151
从表2可以看出，其他高性能纤维在与碳纳米管纤维混织之后，混杂织物的综合性能均有所提升。从实施例2-1和对比例2-3的比较中可以看出，碳纳米管纤维的加入改善了芳纶纤维抗湿热老化性能差的缺点。从实施例2-2和对比例2-1的比较中可以看出，碳纳米管纤维的加入大大提高了碳纤维的抗冲击性能。从实施例2-3和对比例2-2的比较中可以看出，碳纳米管纤维的加入使超高分子量聚乙烯纤维的蠕变应变降低，即抗蠕变性能提升。
从上述实验结果中可以看出，碳纳米管纤维作为增强纤维混杂在高性能纤维织物中，可以改善高性能纤维织物原有的缺陷，并增强各纤维原有的优势，从而使得混杂织物的耐湿热老化性能好、抗冲击性好且耐蠕变性能好，能够应用于防弹材料的制备中。
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 (9)

1.一种碳纳米管纤维混杂织物，其特征在于，制备所述碳纳米管纤维混杂织物的原料包括碳纳米管纤维束和高性能纤维，所述碳纳米管纤维束与所述高性能纤维的体积比为1:1～1:5，所述碳纳米管纤维束包括多根合并在一起的经由碳纳米管阵列纺丝制备的碳纳米管纤维丝；所述碳纳米管纤维混杂织物的平方米克重为50g/m2～200g/m2，经纬密度为20根/10cm～200根/10cm，混纺纱线密度为5tex～250tex；在所述碳纳米管纤维混杂织物中，经纱和纬纱中的一个为所述碳纳米管纤维束，另一个为所述高性能纤维，或者，经纱和/或纬纱为所述碳纳米管纤维束与所述高性能纤维的混合物。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管纤维混杂织物，其特征在于，所述高性能纤维选自芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维及碳纤维中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管纤维混杂织物，其特征在于，所述碳纳米管纤维混杂织物为平纹织物、斜纹织物或缎纹织物。
4.一种碳纳米管纤维混杂织物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将碳纳米管阵列进行纺丝制备碳纳米管纤维丝；
将所述碳纳米管纤维丝合并制备碳纳米管纤维束；及
将所述碳纳米管纤维束与高性能纤维进行混织，制备碳纳米管纤维混杂织物，所述碳纳米管纤维束与所述高性能纤维的体积比为1:1～1:5，制备得到的所述碳纳米管纤维混杂织物的平方米克重为50g/m2～200g/m2，经纬密度为20根/10cm～200根/10cm，混纺纱线密度为5tex～250tex；在所述碳纳米管纤维混杂织物中，经纱和纬纱中的一个为所述碳纳米管纤维束，另一个为所述高性能纤维，或者，经纱和/或纬纱为所述碳纳米管纤维束与所述高性能纤维的混合物。
5.根据权利要求4所述的碳纳米管纤维混杂织物的制备方法，其特征在于，所述将所述碳纳米管纤维丝合并制备碳纳米管纤维束的步骤中，每束合并根数为10根～100根。
6.根据权利要求4或5所述的碳纳米管纤维混杂织物的制备方法，其特征在于，所述将碳纳米管阵列进行纺丝制备碳纳米管纤维丝的步骤为：从碳纳米管阵列中拉出0.1cm～20cm宽度的薄膜，加捻纺制成丝，制备所述碳纳米管纤维丝。
7.根据权利要求6所述的碳纳米管纤维混杂织物的制备方法，其特征在于，所述加捻纺制成丝的步骤中，捻度为100tpm～15000tpm；和/或，
所述碳纳米管阵列中碳纳米管的长度为100μm～1000μm，直径为6nm～15nm。
8.一种增强复合材料，其特征在于，制备所述增强复合材料的原料包括树脂基体和混杂织物，所述混杂织物为权利要求1～3任一项所述的碳纳米管纤维混杂织物或由权利要求4～7任一项所述的碳纳米管纤维混杂织物的制备方法制备得到的碳纳米管纤维混杂织物。
9.根据权利要求8所述的增强复合材料，其特征在于，制备所述增强复合材料的原料中，所述混杂织物的体积分数为50％～55％。
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