本發(fā)明屬于柔性發(fā)熱絲技術領域，具體涉及一種基于碳納米管的高導熱柔性發(fā)熱絲的制備方法。

背景技術：

隨著科學技術的發(fā)展和生活水平的提高，人們對生活服裝及日用、專業(yè)紡織品的要求也越來越高，紡織品向智能化、交互式、功能高度集成化方向發(fā)展，使得紡織品具有了許多特定功能，其中柔性發(fā)熱紡織品是其重要分支之一。

要使得智能紡織品達到優(yōu)異的導熱性能，就要求發(fā)熱織物具有良好的導熱性、耐腐蝕性、質量輕、柔性好、能耗低等優(yōu)點。目前常見發(fā)熱織物有兩種組成形式：一種是傳統(tǒng)發(fā)熱織物，即通過在織物內部添加發(fā)熱的金屬絲制成加熱層實現(xiàn)；另一種是通過復合加熱材料與原絲編織形成。傳統(tǒng)的發(fā)熱織物采用導熱性好的金屬絲材質——銀，其成本高昂，且發(fā)熱織物質感硬、彎折度低、不可洗滌，在穿戴過程中易隨著彎折強度加大而發(fā)生斷裂，很難同時滿足安全舒適、高電熱轉換效率的特點；而復合加熱材料編制形成的導熱層多采用非金屬材料，例如碳纖維及聚合物混合涂抹而成，對原絲及溶劑的制備要求高，成型后存在導熱填料涂抹厚度不均勻、易分層脫落、導熱性不佳，復合材料的綜合性能差等缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于碳納米管的高導熱柔性發(fā)熱絲的制備方法，解決了現(xiàn)有發(fā)熱絲使用成本昂貴、導熱性不佳、制備的發(fā)熱織物綜合性能較差的問題。

本發(fā)明所采用的技術方案是，基于碳納米管的高導熱柔性發(fā)熱絲的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1，采用堿減法處理選取的滌綸紗線，得到復合牢度強的滌綸紗線基材；

步驟2，制備碳納米管導熱懸浮液并將其倒入印染裝置中，同時將步驟1的滌綸紗線基材浸入碳納米管導熱懸浮液中浸染，得到碳納米管沉積的滌綸紗線；

步驟3，將步驟2的碳納米管沉積的滌綸紗線置入干燥爐中2-4min，取出后浸入柔性化處理溶液，得到表面覆膜的滌綸紗線；

步驟4，將步驟3的表面覆膜的滌綸紗線置入固化爐中進行固化成型處理，即得到高導熱柔性發(fā)熱絲。

本發(fā)明的特征還在于，

步驟1中的堿減法具體為：將滌綸紗線浸入質量分數(shù)為1-3％的naoh溶液中進行界面處理，其處理條件為：naoh溶液溫度90-110℃、浸入時間2-5min，滌綸紗線隨后取出洗滌4-6次后晾干。

步驟2中的碳納米管導熱懸浮液的制備方法：將質量比為9-11:0.3-0.5:1的碳納米管、3-磺丙基十四烷基二甲甜菜堿和聚氧乙烯十二烷基磺酸醚依次加入定量的去離子水中，隨后倒入超聲波清洗器中振蕩，得到分散均勻的碳納米管導熱懸浮液。

超聲波清洗器中超聲時間35-45min，超聲溫度30-50℃，頻率40-60hz。

步驟2中的浸染時間3-7min，浸染溫度30-50℃，頻率40-60hz。

步驟3的干燥爐的溫度為110-130℃。

步驟3中的柔性化處理溶液：將質量比為1:1的水性聚氨酯和丁腈橡膠在溫度70-90℃下混合置入去離子水中，形成柔性化處理溶液。

步驟4中固化爐中的烘干溫度50-70℃，烘干時間2-4min。

本發(fā)明的制備方法有益效果是：

a)本發(fā)明的制備方法采用堿減法對滌綸紗線進行界面處理，提高了滌綸紗線纖維的復合牢度，更易印染；

b)本發(fā)明的制備方法采用添加增塑劑-水性聚氨酯和丁腈橡膠的后處理工藝，增加發(fā)熱絲的柔性和可洗滌性，使涂覆的碳納米管更易彎曲、洗滌，不易結塊、脫落；

c)本發(fā)明制備的非金屬發(fā)熱絲，電熱轉換率高、環(huán)保節(jié)能、攜帶使用便捷，為制備發(fā)熱織物和醫(yī)療發(fā)熱器件提供了良好的基礎，有很好的實用價值。

具體實施方式

下面通過具體實施方式對本發(fā)明的制備方法進行詳細說明。

本發(fā)明基于碳納米管的高導熱柔性發(fā)熱絲的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，采用堿減法對選取的滌綸紗線進行界面處理，得到復合牢度強的滌綸紗線基材，堿減法具體為：將滌綸紗線浸入質量分數(shù)為1-3％的naoh溶液中，其處理條件為，naoh溶液溫度90-110℃、浸入時間2-5min，滌綸紗線隨后取出洗滌4-6次后晾干；

步驟2，制備碳納米管導熱懸浮液并將其倒入印染裝置中，同時將步驟1的滌綸紗線基材浸入碳納米管導熱懸浮液中浸染，浸染時間3-7min、浸染溫度30-50℃、頻率40-60hz，得到碳納米管沉積的滌綸紗線，此時通過保證浸染時間和振動頻率，使碳納米管材料可充分滲入基材內部，并在紗線表面均勻涂覆；

其中，碳納米管導熱懸浮液的制備方法：將質量比為9-11:0.3-0.5:1的碳納米管、3-磺丙基十四烷基二甲甜菜堿和聚氧乙烯十二烷基磺酸醚依次加入定量的去離子水中，隨后倒入超聲波清洗器中振蕩，得到分散均勻的碳納米管導熱懸浮液，超聲波清洗器中超聲時間35-45min、超聲溫度30-50℃、頻率40-60hz，碳納米管應做潤濕處理后再加入到去離子水中；

步驟3，將步驟2的碳納米管沉積的滌綸紗線置入溫度為110-130℃的干燥爐中2-4min，保證其固化成型，取出后浸入柔性化處理溶液，得到表面覆膜的滌綸紗線，其中，將質量比為1:1的水性聚氨酯和丁腈橡膠在溫度70-90℃下混合置入去離子水中，形成柔性化處理溶液；

步驟4，將步驟3的表面覆膜的滌綸紗線置入固化爐中進行最終的固化成型處理，即得到高導熱柔性發(fā)熱絲，其中，固化爐中的烘干溫度50-70℃，烘干時間2-4min。

實施例1

(1)滌綸紗線的預處理

對選取的滌綸紗線采用堿減法進行界面處理，即將滌綸紗線浸入質量分數(shù)為1％的naoh溶液中，隨后取出洗滌4次后晾干，得到復合牢度強的滌綸紗線基材；具體參數(shù)為naoh溶液溫度90℃、浸入時間2min。

(2)碳納米管的沉積

將質量比為9:0.3:1的碳納米管、3-磺丙基十四烷基二甲甜菜堿和聚氧乙烯十二烷基磺酸醚依次加入定量的去離子水中，隨后倒入超聲波清洗器中振蕩，得到碳納米管導熱懸浮液，超聲時間35min、超聲溫度30℃、頻率40hz；將碳納米管導熱懸浮液倒入印染裝置中，同時將滌綸紗線基材浸入其中浸染，浸染時間3min、浸染溫度30℃、頻率40hz，得到碳納米管沉積的滌綸紗線。

(3)滌綸紗線的柔性處理和固化成型

將碳納米管沉積的滌綸紗線置入溫度為110℃的干燥爐中2min，保證其固化成型，取出后浸入柔性化處理溶液，得到表面覆膜的滌綸紗線，隨后將其置入溫度為50℃的固化爐中2min，進行最終的固化成型處理，得到高導熱柔性發(fā)熱絲，其中，柔性化處理溶液通過將質量比為1:1的水性聚氨酯和丁腈橡膠在溫度70℃下混合置入去離子水中形成。

實施例2

(1)滌綸紗線的預處理

對選取的滌綸紗線采用堿減法進行界面處理，即將滌綸紗線浸入質量分數(shù)為3％的naoh溶液中，隨后取出洗滌6次后晾干，得到復合牢度強的滌綸紗線基材；具體參數(shù)為naoh溶液溫度110℃、浸入時間5min。

(2)碳納米管的沉積

將質量比為11:0.5:1的碳納米管、3-磺丙基十四烷基二甲甜菜堿和聚氧乙烯十二烷基磺酸醚依次加入定量的去離子水中，隨后倒入超聲波清洗器中振蕩，得到碳納米管導熱懸浮液，超聲時間45min、超聲溫度50℃、頻率60hz；將碳納米管導熱懸浮液倒入印染裝置中，同時將滌綸紗線基材浸入其中浸染，浸染時間7min、浸染溫度50℃、頻率60hz，得到碳納米管沉積的滌綸紗線。

(3)滌綸紗線的柔性處理和固化成型

將碳納米管沉積的滌綸紗線置入溫度為130℃的干燥爐中4min，保證其固化成型，取出后浸入柔性化處理溶液，得到表面覆膜的滌綸紗線，隨后將其置入溫度為70℃的固化爐中4min，進行最終的固化成型處理，得到高導熱柔性發(fā)熱絲，其中，柔性化處理溶液通過將質量比為1:1的水性聚氨酯和丁腈橡膠在溫度90℃下混合置入去離子水中形成。

實施例3

(1)滌綸紗線的預處理

對選取的滌綸紗線采用堿減法進行界面處理，即將滌綸紗線浸入質量分數(shù)為2％的naoh溶液中，隨后取出洗滌5次后晾干，得到復合牢度強的滌綸紗線基材；具體參數(shù)為naoh溶液溫度100℃、浸入時間3min。

(2)碳納米管的沉積

將質量比為10:0.4:1的碳納米管、3-磺丙基十四烷基二甲甜菜堿和聚氧乙烯十二烷基磺酸醚依次加入定量的去離子水中，隨后倒入超聲波清洗器中振蕩，得到碳納米管導熱懸浮液，超聲時間40min、超聲溫度40℃、頻率50hz；將碳納米管導熱懸浮液倒入印染裝置中，同時將滌綸紗線基材浸入其中浸染，浸染時間5min、浸染溫度40℃、頻率50hz，得到碳納米管沉積的滌綸紗線。

(3)滌綸紗線的柔性處理和固化成型

將碳納米管沉積的滌綸紗線置入溫度為120℃的干燥爐中3min，保證其固化成型，取出后浸入柔性化處理溶液，得到表面覆膜的滌綸紗線，隨后將其置入溫度為60℃的固化爐中3min，進行最終的固化成型處理，得到高導熱柔性發(fā)熱絲，其中，柔性化處理溶液通過將質量比為1:1的水性聚氨酯和丁腈橡膠在溫度80℃下混合置入去離子水中形成。

實施例4

(1)滌綸紗線的預處理

對選取的滌綸紗線采用堿減法進行界面處理，即將滌綸紗線浸入質量分數(shù)為1.5％的naoh溶液中，隨后取出洗滌5次后晾干，得到復合牢度強的滌綸紗線基材；具體參數(shù)為naoh溶液溫度95℃、浸入時間4min。

(2)碳納米管的沉積

將質量比為9.5:0.35:1的碳納米管、3-磺丙基十四烷基二甲甜菜堿和聚氧乙烯十二烷基磺酸醚依次加入定量的去離子水中，隨后倒入超聲波清洗器中振蕩，得到碳納米管導熱懸浮液，超聲時間38min、超聲溫度35℃、頻率45hz；將碳納米管導熱懸浮液倒入印染裝置中，同時將滌綸紗線基材浸入其中浸染，浸染時間4min、浸染溫度35℃、頻率45hz，得到碳納米管沉積的滌綸紗線。

(3)滌綸紗線的柔性處理和固化成型

將碳納米管沉積的滌綸紗線置入溫度為115℃的干燥爐中2.5min，保證其固化成型，取出后浸入柔性化處理溶液，得到表面覆膜的滌綸紗線，隨后將其置入溫度為55℃的固化爐中2.5min，進行最終的固化成型處理，得到高導熱柔性發(fā)熱絲，其中，柔性化處理溶液通過將質量比為1:1的水性聚氨酯和丁腈橡膠在溫度75℃下混合置入去離子水中形成。

實施例5

(1)滌綸紗線的預處理

對選取的滌綸紗線采用堿減法進行界面處理，即將滌綸紗線浸入質量分數(shù)為2.5％的naoh溶液中，隨后取出洗滌4次后晾干，得到復合牢度強的滌綸紗線基材；具體參數(shù)為naoh溶液溫度115℃、浸入時間3.5min。

(2)碳納米管的沉積

將質量比為10.5:0.45:1的碳納米管、3-磺丙基十四烷基二甲甜菜堿和聚氧乙烯十二烷基磺酸醚依次加入定量的去離子水中，隨后倒入超聲波清洗器中振蕩，得到碳納米管導熱懸浮液，超聲時間42min、超聲溫度45℃、頻率55hz；將碳納米管導熱懸浮液倒入印染裝置中，同時將滌綸紗線基材浸入其中浸染，浸染時間6min、浸染溫度45℃、頻率55hz，得到碳納米管沉積的滌綸紗線。

(3)滌綸紗線的柔性處理和固化成型

將碳納米管沉積的滌綸紗線置入溫度為125℃的干燥爐中3.5min，保證其固化成型，取出后浸入柔性化處理溶液，得到表面覆膜的滌綸紗線，隨后將其置入溫度為65℃的固化爐中3.5min，進行最終的固化成型處理，得到高導熱柔性發(fā)熱絲，其中，柔性化處理溶液通過將質量比為1:1的水性聚氨酯和丁腈橡膠在溫度85℃下混合置入去離子水中形成。

通過上述實施例1-5可知，采用碳納米管涂覆滌綸紗線纖維直接制備高導熱、柔性發(fā)熱絲，降低了柔性發(fā)熱絲的制備難度，縮短了制備周期；碳納米管/滌綸復合發(fā)熱絲與金屬導電發(fā)熱絲相比，手感輕薄、透氣性強、耐折性好；與非金屬復合加熱材料，如碳纖維及聚合物混合的制備方法相比，工藝簡單，過程可控，且制備的復合織物既具有碳納米管的導電性能，又能保持基體織物的機械性能，為制備非金屬發(fā)熱織物提供了一種新思路。