CN111809284A - 一种导电包芯纱及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导电包芯纱及其制备方法，所述导电包芯纱，是由碳纳米管薄膜丝束和服用纤维须条共同加捻而得的以碳纳米管薄膜丝束为芯纱、以服用纤维作为包覆纱的导电包芯纱。本发明提供的导电包芯纱，由碳纳米管薄膜丝束和服用纤维须条共同加捻而得，以碳纳米管薄膜丝束为芯纱、以服用纤维作为包覆纱，碳纳米管薄膜丝束被包埋在服用纤维内部，不仅可有效提高碳纳米管在导电包芯纱中的稳定性，还有效提高了导电包芯纱整体的耐水性性和可织造性能。

Description

一种导电包芯纱及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种包芯纱及其制备方法，具体涉及一种导电包芯纱及其制备方法，属于纺织技术领域。
背景技术
近年来，智能纺织品尤其是智能电子纺织品在工业界和学术界得到了越来越多的关注。电子智能纺织品是基于电子技术，将传感、通讯、人工智能等高科技手段应用于纺织技术上而开发出的新型纺织品。在智能纺织品的设计和制造过程中，导电纱线是其关键材料。目前导电纤维多为钢丝、银等金属导电纤维或金属导电纤维和服用纤维的混纺纤维，这类方法获得的织物在舒适性和透气性能方面有待改进。
碳纳米管具有优异的机械、电学和电化学性能，在纺织领域有广泛应用，利用碳纳米管改性纺织纤维可获得导电、应变传感等功能性纺织品。然而由于碳纳米管的纳米尺寸，其在实际应用中受到很大的挑战。在现有技术中，碳纳米管对纺织纤维的改性是将碳纳米管分散液经过浸轧、喷洒等方法与纺织品相结合。由于碳纳米管附着在纺织品表面，该方法获得的改性纺织品耐水洗牢度差，且服用安全性仍需进一步进行研究。另有碳纳米管纱线是由纯碳纳米管组成排列有序的性能优异的线性宏观材料，具有高强度、高导电性和应变传感性能诸多优点，但直径只有10～50μm，非常纤细，导致其拉伸强力低，耐磨性差，无法进行织造。
如若将碳纳米管作为芯纱包埋在服用纱线中形成包芯纱将有利于提高纱线的服用性能。然而包芯纱制备过程中对芯纱会产生较大的牵伸，碳纳米管纱线作为芯纱在包芯纱内部会呈现断裂和不连续状态，影响包芯纱的导电性。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种导电包芯纱及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种导电包芯纱，是由碳纳米管薄膜丝束和服用纤维须条共同加捻而得的以碳纳米管薄膜丝束为芯纱、以服用纤维作为包覆纱的导电包芯纱。
一种实施方案，所述碳纳米管薄膜丝束为连续的碳纳米管薄膜，其宽度为2～15mm，厚度为2～30μm，电导率为102～105S/m。
一种实施方案，所述碳纳米管薄膜丝束可以是单层碳纳米管薄膜，也可以是多层碳纳米管薄膜叠加形成。
一种实施方案，所述碳纳米管薄膜丝束的细度为6～50nm(优选10～50nm)，长径比为500～40000(优选5000～40000)。
一种实施方案，所述碳纳米管薄膜丝束可以是从碳纳米管可纺丝阵列中抽取的宽度为2～15mm的碳纳米管薄膜丝束，也可以是通过浮动催化气相沉积方法所制备的宽度为2～15mm的碳纳米管薄膜丝束，或通过浮动催化气相沉积方法所制备宽度>15mm的碳纳米管薄膜经过切断加工形成的宽度为2～15mm的碳纳米管薄膜丝束。
一种实施方案，所述服用纤维为天然纤维(例如，棉纤维)、化学纤维(例如，涤纶纤维)或混纺纤维。
一种实施方案，所述服用纤维须条为服用纤维粗纱条(例如，棉纤维粗纱条)或服用纤维粗纱条经过牵伸形成的连续均匀短纤维须条。
一种导电包芯纱的制备方法，包括如下操作：
将导电碳纳米管薄膜丝束覆盖于待进入纺纱设备的牵伸区的服用纤维须条的表面，使导电碳纳米管薄膜丝束在牵伸区的牵伸下，在加捻区与服用纤维须条共同加捻。
一种实施方案，所述纺纱设备为细纱机。
一种实施方案，所述细纱机为具有加捻三角区的细纱机，包括但不限于环锭纺细纱机和紧密纺细纱机。
一种实施方案，所述导电碳纳米管薄膜丝束喂入牵伸区的喂入速度>1mm/s，优选5～15mm/s。
一种实施方案，所述导电碳纳米管薄膜丝束覆盖于服用纤维须条的表面的中心位置或服用纤维须条的表面的一侧位置。
一种实施方案，服用纤维须条的纤维长度为30～75mm，纤维细度为1.5～2.7dtex。
一种实施方案，纺纱设备的牵伸倍数为10～30。
相较于现有技术，本发明的有益技术效果在于：
本发明提供的导电包芯纱，由碳纳米管薄膜丝束和服用纤维须条共同加捻而得，以碳纳米管薄膜丝束为芯纱、以服用纤维作为包覆纱，碳纳米管薄膜丝束被包埋在服用纤维内部，不仅可有效提高碳纳米管在导电包芯纱中的稳定性，还有效提高了导电包芯纱整体的耐水性和可织造性能；此外，数据显示，本发明所述的导电包芯纱中导电介质(碳纳米管)均匀连续，导电包芯纱具有较好的导电稳定性，电导率范围为103～105S/m且导电包芯纱的细度为30～50tex，具有优异的可纺性；另外，本发明是在纺纱过程中将碳纳米管薄膜丝束作为芯纱加入待加捻服用纤维须条中共同加捻，操作简易，适合工业化生产，具有极强的实用价值，值得广泛推广应用。
附图说明
图1是本发明实施例1中采用环锭纺细纱机制备导电包芯纱时的加捻示意图；
图2是本发明实施例2中采用紧密纺细纱机制备导电包芯纱时的加捻示意图；
图3是本发明实施例3中制备的导电包芯纱的截面示意图；
图中标号示意如下：1、碳纳米管薄膜丝束；2、服用纤维；3、导电包芯纱；4、前罗拉；5、碳纳米管可纺丝阵列；6、网眼吸风罗拉；7、压辊。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步清楚、完整地描述。
实施例1
如图1所示：本发明提供的一种导电包芯纱，是由碳纳米管薄膜丝束1和服用纤维2须条共同加捻而得的以碳纳米管薄膜丝束1为芯纱、以服用纤维2作为包覆纱的导电包芯纱3。
本实施例中，所述服用纤维2采用棉纤维，具体的选用纤维长度为30～45mm，纤维细度为1.5～1.9dtex的棉纤维。
本实施例中，所采用的碳纳米管薄膜丝束1是由化学气相沉积方法制备的碳纳米管柔性薄膜切成的宽度为10mm、厚度约为15μm的碳纳米管薄膜丝束，其电导率为105S/m。此外，所述的碳纳米管薄膜丝束1的细度约为45nm，长径比为5000～10000。
所述导电包芯纱的制备，包括如下操作：
将导电碳纳米管薄膜丝束1覆盖于待进入纺纱设备的牵伸区的服用纤维2须条的表面，使导电碳纳米管薄膜丝束1在牵伸区的牵伸下，在加捻区与服用纤维2须条共同加捻。
本实施例中，所采用的纺纱设备为环锭纺细纱机，其牵伸倍数为10～20，锭速为12000r/min。
环锭纺细纱机的牵伸区如图1所示，包括前罗拉4，所述导电碳纳米管薄膜丝束1喂入牵伸区，即喂入前罗拉4的喂入速度为5mm/s。
如图1所示，所述导电碳纳米管薄膜丝束1覆盖于服用纤维2须条的表面的中心位置。
经测试，本实施例所制备的导电包芯纱的细度为50tex，具有优异的可纺性，电导率为104S/m，说明其具有优异的导电性。
实施例2
如图2所示：本发明提供的一种导电包芯纱，其结构及制备方法与实施例1类似，区别在于：
本实施例中，所述服用纤维2采用涤纶纤维，具体的选用纤维长度为50～70mm，纤维细度为1.8～2.7dtex的涤纶纤维。
本实施例中，所采用的碳纳米管薄膜丝束1是从碳纳米管可纺丝阵列5中抽取的连续碳纳米管薄膜丝束，其宽度约为8mm，厚度约为15μm，导电率为104S/m，细度约为10～15nm，长径比为10000～40000。
本实施例中，所采用的纺纱设备为紧密纺细纱机，其牵伸倍数为30，锭速为12000r/min。
紧密纺细纱机的牵伸区如图2所示，包括网眼吸风罗拉6和压辊7，所述导电碳纳米管薄膜丝束1喂入牵伸区，即喂入网眼吸风罗拉6的喂入速度为10mm/s。
经测试，本实施例所制备的导电包芯纱的细度为32tex，具有优异的可纺性，电导率为103S/m，说明其具有优异的导电性。
实施例3
结合图2和图3所示：本发明提供的一种导电包芯纱，其结构及制备方法与实施例2类似，区别在于：
本实施例中，所采用的碳纳米管薄膜丝束1是从碳纳米管可纺丝阵列5中抽取的连续碳纳米管薄膜丝束，其宽度约为5mm，厚度约为10μm，导电率为103S/m，细度约为50nm，长径比为5000～20000，其喂入紧密纺细纱机的牵伸区的喂入速度为15mm/s。
经测试，本实施例所制备的导电包芯纱的细度为40tex，具有优异的可纺性，电导率为103S/m，说明其具有优异的导电性。
此外，图3为本实施例制备的导电包芯纱的截面示意图，从图中可见，碳纳米管薄膜丝束1被包埋在服用纤维2的内部，碳纳米管薄膜丝束1在导电包芯纱3中的稳定性好，进而使得导电包芯纱整体的耐水性能和可织造性能好。
最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种导电包芯纱，其特征在于：是由碳纳米管薄膜丝束和服用纤维须条共同加捻而得的以碳纳米管薄膜丝束为芯纱、以服用纤维作为包覆纱的导电包芯纱。
2.根据权利要求1所述的导电包芯纱，其特征在于：所述碳纳米管薄膜丝束为连续的碳纳米管薄膜，其宽度为2～15mm，厚度为2～30μm，电导率为102～105S/m。
3.根据权利要求1所述的导电包芯纱，其特征在于：所述服用纤维为天然纤维、化学纤维或混纺纤维。
4.一种权利要求1所述的导电包芯纱的制备方法，其特征在于，包括如下操作：
将导电碳纳米管薄膜丝束覆盖于待进入纺纱设备的牵伸区的服用纤维须条的表面，使导电碳纳米管薄膜丝束在牵伸区的牵伸下，在加捻区与服用纤维须条共同加捻。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述纺纱设备为细纱机。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述细纱机为具有加捻三角区的细纱机。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述导电碳纳米管薄膜丝束喂入牵伸区的喂入速度>1mm/s。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述导电碳纳米管薄膜丝束覆盖于服用纤维须条的表面的中心位置或服用纤维须条的表面的一侧位置。
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