petcnt共混纤维抗静电性能的研究

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1、PET/CNTs共混纤维抗静电性能的研究闫承花（太原理工大学轻纺工程与美术学院，山西晋中030600）摘要：本文通过采用碳纳米管、PET切片混合制成抗静电母粒,再将母粒与PET切片共混纺丝制得PET/CNTs共混纤维。用纤维比电阻仪、摩擦式织物静电测试仪测量不同碳纳米管含量的共混纤维及其织物的抗静电性能。研究结果表明，添加少量的CNTs能明显改善聚酯纤维和织物的抗静电性能。共混纤维的抗静电性能随着CNTs添加量的增加而提高。关键词:PET;碳纳米管（CNTs）；多壁碳纳米管（MWNTs）；共混纤维；抗静电1引言PET纤维，学名聚酯纤维，我国商品名为涤纶。其性能优良,广泛应用于服装、装饰、

2、产业三大领域。但其吸湿性差,公定回潮率只有0.4%，易积聚静电荷,经摩擦易产生静电，给加工和使用带来诸多不便。因此改善涤纶抗静电性能一直是热门课题。碳纳米管(CNTs)具有优良的电性能和电磁性能[1]，CNTs是电导体或半导体。它作为共混材料的添加剂，能显著地提高聚合物的抗静电能力。目前碳纳米管的批量制备已经实现，碳纳米管的实际应用已成为新的研究重点。如：纯铁/碳纳米管、纯铝/碳纳米管、尼龙6/碳纳米管[2]等共混材料的研究已经取得一定成果。如在PMMA中掺入重量分数为5%的CNTs，可使PMMA的体积电阻率降低3个数量级,表面电阻率降低4个数量级[3]。利用碳纳米管的导电性制备抗静电聚

3、酯纤维[4]也受到关注。本课题先用碳纳米管与PET切片混合制得抗静电母粒,然后母粒再与PET切片共混纺丝制PET/CNTs共混纤维。用纤维比电阻仪和摩擦式织物静电测试仪进行了静电性能测试。实验表明PET/CNTs共混纤维具有良好的抗静电性能。2PET/CNTs共混纤维的制备2.1　碳管抗静电母粒的制备　2.1.1原料简介CNTs：碳纳米管，深圳纳米有限公司产,长度1～2um，管径10～20nm,纯度大于95%。CNTs是由单层或多层石墨片卷曲而成的纳米管体。CNTs分多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米管(SWNTs)。我们选用了多壁碳纳米管（MWNTs），简称碳管。PET:半消光PE

4、T切片，中国石油化工股份有限公司天津分公司生产，熔点254.9℃，水分含量0.02﹪；2.1.2工艺路线碳纳米管（CNTs）→酸处理双螺杆注塑机→冷却水槽→切粒机→碳管母粒聚酯切片（PET）→干燥由于CNTs的长径比大，极易聚集成束，发生缠绕和团聚现象，在PET基体中不易分散[5]，所以制备碳管抗静电母粒前，必须先对原料CNTs进行表面处理。本实验采用了稀硝酸做表面处理剂。即：将未处理的CNTs加入到盛有硝酸溶液的三口烧瓶中；常温条件下超声分散，超声频率为20KHz；接着加热到60℃氧化30分钟。反应液冷却后，进行过滤并反复洗涤；真空抽滤后干燥、研磨和过筛。化学处理后CNTs表面引入羧基

5、、羰基等含氧基团，提高了与PET的相容性。将酸处理后的和干燥处理后的纯PET切片进行混合，加入到CET35双螺杆挤出注塑成型机（科倍隆(南京)机械有限公司生产）中，在各区温度为266℃-283℃条件下进行熔融注塑成带条，再用LD-60型切粒机（江苏泰州鑫力塑料橡胶机器有限公司生产）制得抗静电碳管母粒。2.2PET/CNTs共混纺丝2.2.1原料：碳管母粒、PET切片2.2.2工艺路线碳管母粒→干燥纺丝螺杆→熔融→纺丝→上油→牵伸→卷绕（PET/CNTs纤维）PET切片→干燥采用母粒共混纺丝法，将碳管母粒干燥后，通过母粒注射机（学院自制的）加入纺丝螺杆挤压机中，同时将干燥后的纯PET切片也

6、加入纺丝螺杆挤压机中。二者在纺丝机中汇合、熔融和共混后经纺丝组件及喷丝板挤出成型，再冷却、上油、牵伸和卷绕制得PET/CNTs共混纤维。CNTs与PET经历了制备母粒和纺丝过程的两次共混后，CNTs在PET基体中分散均匀，初步解决了分散性、界面相容性等问题。实验用纺丝设备是无锡兰华纺织机械有限公司生产的LHFT30型纺丝-牵伸FDY机。纺丝工艺参数如表1.表1纺丝工艺参数样品参数值PETMWNTs/PETⅠ区温度/℃278278Ⅱ区温度/℃288292.3Ⅲ区温度/℃293.3296Ⅳ区温度/℃295298弯管温度/℃298298箱体温度/℃309309热板温度/℃1401401#热盘/

7、℃95952#热盘/℃1151153#热盘/℃130130徐冷温度/℃80.380.3螺杆压力/MPa6-73-4熔体温度/℃294294.7抗静电母粒和纯PET切片按表2所示的三种比例投料共混纺丝，制得三种CNTs含量不同的PET/CNTs共混纤维。我们试纺过CNTs含量为1.0%的，但可纺性变差，发生毛丝断头太多。表2共混纺丝时碳管母粒与PET切片的质量比纺制共混纤维样品①②333333#③母粒/PET切片(kg)1:242:2