基于二维碳化钛修饰的导电织物的制备及性能研究

作     者：葛佳慧 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐红

授予年度：2022年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 08[工学] 082102[工学-纺织材料与纺织品设计] 

主      题：二维碳化钛 化纤织物 棉针织物 阳离子改性 导电纺织品 抗紫外性 

摘      要：导电纺织品在柔性可穿戴电子品领域具有广泛的应用前景。二维碳化钛材料因其具有优异的导电性和机械性能,是当前热门的导电材料,而纺织品又是柔性导电产品的理想基材。本文将二维纳米材料和纺织品结合,制备出性能优异的柔性导电纺织品。本文利用HCl/Li F混合体系对前驱体钛碳化铝(TiAl C)进行刻蚀,得到二维碳化钛纳米片(TiCT)。制得的二维纳米材料表面平整,没有明显的缺陷,为后续的实验提供原材料。实验采用抽滤的方式在涤纶、芳纶表面成功沉积一层致密平整的TiCT纳米片薄膜,从而得到了两种导电纺织品材料。实验结果表明,TiCT自支撑膜的红外发射率为0.089,表面电阻为0.35Ω/sq,电导率可达到51.25 s/cm。在抽滤TiCT分散液后,TiCT/涤纶的表面电阻为0.53Ω/sq,电导率可达36.35 s/cm,红外发射率为0.102。TiCT/芳纶的表面电阻3.03Ω/sq,电导率可达5.64 s/cm,红外发射率为0.205。经过四周,TiCT/涤纶表面电阻增长至0.75Ω/sq,TiCT/芳纶表面电阻增长至3.64Ω/sq,显示优良的导电性能和红外隐身性能,且制备的导电纺织品在封闭条件下保存,具有良好的稳定性。但该方法制得的导电织物耐水洗性较差,二维纳米片与基材之间仅存在着较弱的分子间作用力。为了提高织物与纳米材料的结合力,选择合适的阳离子改性剂对棉织物进行阳离子化改性,增加织物与表面负电性的TiCT纳米片之间的静电结合力,以阳离子化改性棉织物为基材,通过超声分散手段,使TiCT纳米片均匀吸附在织物表面。对棉织物的阳离子化改性工艺及超声分散条件进行了优化,得出最佳制备工艺。阳离子改性的最优工艺为:阳离子改性剂为10%owf,氢氧化钠浓度为10 g/L,改性时间为30 min,改性温度为60℃;超声最优工艺为10 ml TiCT分散液,超声时间为60 min。制备的TiCT/阳离子改性棉针织物复合材料的表面电阻可达84.5Ω/sq。通过抗紫外性能和耐摩擦、耐水洗牢度测试,发现经过20次洗涤后,所制备的TiCT/阳离子改性棉针织物复合材料的表面电阻由84.5Ω/sq上升到95.6Ω/sq,仍在100Ω/sq以下,说明导电织物有良好的耐水性能,且水洗前后织物抗紫外线性能变化不大,紫外防护系数仍大于50。复合材料经过20次摩擦后,表面电阻由84.5Ω/sq上升到87.3Ω/sq,表面电阻仅增加了3.3%,且摩擦前后织物的紫外防护系数仍大于50,说明导电织物有良好的耐摩擦性能。以上两种手段可以制备出性能优异的导电纺织品,为获得柔性可穿戴电子产品提供了新的途径。