本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种改性碳纳米管纤维及其制备方法和应用。
背景技术：
纳米材料因其结构和性能上的独特性而广泛应用于中生活和生产的各个领域，例如化妆品、涂料及能源等。尤其是在纺织行业，纳米材料和技术具有非常广阔的使用前景。其中，碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，逐渐被用于制备布料纤维。然而，在制作布料的过程中，传统的碳纳米管纤维的浸润性较差，不利于碳纳米管纤维的纺织。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种改性碳纳米管纤维的制备方法，该制备方法得到的改性碳纳米管纤维的浸润性较好。
此外，还提供一种改性碳纳米管纤维及其制备方法和应用。
一种改性碳纳米管纤维的制备方法，包括如下步骤：
将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物，所述不饱和二羧酸选自马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种；
在第一保护性气体氛围下，对所述共聚物和碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列；
将所述改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到碳纳米管纤维；
在所述碳纳米管纤维上喷涂前驱体，并在第二保护性气体氛围下于140℃～160℃下反应，得到改性碳纳米管纤维，所述前驱体选自聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂中的至少一种。
上述改性碳纳米管纤维的制备方法，将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物，不饱和二羧酸选自马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种，再采用紫外光将共聚物接枝到碳纳米管阵列的表面，通过在由该改性碳纳米管制成的碳纳米管纤维上喷涂前驱体，选自聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂中的至少一种，使得前驱体与共聚物的-coor-(酯基)反应，得到浸润性较好的改性碳纳米管纤维。经试验验证，上述制备方法得到的改性碳纳米管纤维的浸润接触角为8°～15°，更容易织成布料。
在其中一个实施例中，所述前驱体包括聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂，且所述聚丙烯酸树脂及所述聚氨基甲酸乙酯树脂的摩尔比为0.8：1～3.5：1。
在其中一个实施例中，所述将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物的步骤具体为：将所述不饱和二羧酸、所述苯乙烯及所述甲基丙烯酸甲酯在紫外光照射下进行聚合反应，并控制反应温度为20℃～45℃，紫外光强度为45w～55w，反应时间为30min～40min。
在其中一个实施例中，所述在所述碳纳米管纤维上喷涂前驱体，并在第二保护性气体氛围下于140℃～160℃下反应的步骤中，反应时间为1h～2h。
在其中一个实施例中，所述不饱和二羧酸、所述苯乙烯及所述甲基丙烯酸甲酯的质量比为(2～7)：(9～14)：(4～7)。
在其中一个实施例中，所述共聚物的重均分子量为3000～30000。
在其中一个实施例中，所述紫外光的照射功率为15mw～35mw，所述紫外光为照射波长为196nm～350nm的单色窄带光，所述紫外光照射处理的时间为10min～35min。
在其中一个实施例中，所述在第一保护性气体氛围下，对所述共聚物和碳纳米管阵列进行接枝反应的步骤之前，还包括制备所述碳纳米管阵列的步骤：
在所述第一基底上沉积催化剂层；及
在第三保护性气体氛围下，将形成有催化剂层的所述第一基底升温至550℃～900℃后再通入碳源气体反应，得到所述碳纳米管阵列；所述碳源气体包括己烷和乙烯，所述己烷和所述乙烯的气体分压比为1:8～1:1.25，所述碳源气体的流速为5ml/min～15ml/min，通入所述碳源气体进行反应的时间为10min～25min。
一种改性碳纳米管纤维，由上述改性碳纳米管纤维的制备方法制备得到。
上述改性碳纳米管纤维在制备布料中的应用。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面对本发明进行更全面的描述。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的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
一实施方式的改性碳纳米管纤维的制备方法，能够得到浸润性较好的改性碳纳米管纤维，易于纺织，能够应用于制备品质更好的布料。该改性碳纳米管纤维的制备方法包括如下步骤s110～s140：
s110、将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物。不饱和二羧酸选自马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种。
在其中一个实施例中，共聚物的重均分子量为3000～30000。进一步地，共聚物的重均分子量为8000～10000。
在其中一个实施例中，不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的质量比为(2～7)：(9～14)：(4～7)。此设置的共聚物接枝于碳纳米管阵列的表面，既能够增加改性碳纳米管阵列的硬度，还能够增大碳纳米管之间的距离，以降低由于碳纳米管之间的范德华力所致的团聚，以得到易于分散的改性碳纳米管阵列，以能够更好发挥碳纳米管的力学性能，得到耐磨性更高的改性碳纳米管阵列。
在其中一个实施例中，苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.5～2.5。此种设置使得改性碳纳米管阵列的硬度较高，耐磨性能更好。进一步地，苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯的质量比为2。此种设置使得改性碳纳米管阵列的硬度适中，进一步提高改性碳纳米管阵列的耐磨性能。
在其中一个实施例中，不饱和二羧酸由马来酸及苯基马来酸组成，且马来酸及苯基马来酸的摩尔比为3：1～5：1。此种设置能够进一步增加改性碳纳米管纤维的耐磨性能。进一步地，马来酸及苯基马来酸的摩尔比为4：1。
在其中一个实施例中，将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应的步骤具体为：将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯在紫外光照射下进行自由基聚合反应，并控制反应温度为20℃～45℃，紫外光强度为45w～55w，反应时间为30min～40min。
在其中一个实施例中，将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应的步骤之后，还包括向聚合反应的反应物中加入溶剂，固液分离后收集沉淀，得到共聚物。进一步地，溶剂选自四氯化碳、四氢呋喃及二氯甲烷中的至少一种。固液分离的方式为离心。需要说明的是，固液分离的方式不限于上述指出方法，可以为其他方式，例如可以为过滤。
在其中一个实施例中，在固液分离后收集沉淀的步骤之后，还包括对沉淀进行干燥的步骤，以得到干燥的共聚物。需要说明的是，如果沉淀能够满足需求的话，对沉淀进行干燥的步骤可以省略。
s120、在第一保护性气体氛围下，对共聚物和碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列。
在其中一个实施例中，s120具体包括s121～s123:
s121、制备碳纳米管阵列。
在其中一个实施例中，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列。需要说明的是，碳纳米管阵列也可以是多壁碳纳米管阵列。
在其中一个实施例中，碳纳米管阵列的长度为650μm～1200μm。碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为10nm～15nm。
在其中一个实施例中，s121包括s1211～s1212：
s1211、在第一基底上沉积催化剂层。
在其中一个实施例中，采用电子束蒸发法在第一基底的表面形成催化剂层。进一步地，催化剂层的材料选自铁、钴和镍中的至少一种。催化剂层的厚度为20nm～23nm。
在其中一个实施例中，第一基底为氧化铝板。第一基底的主要作用在于对承载碳纳米管阵列。在其中一个实施例中，第一基底的尺寸为8英尺。当然，在其他实施方式中，第一基底的尺寸也可以是其他任意尺寸。
在其中一个实施例中，第一基底具有第一工作面。在第一工作面沉积形成催化剂层。
s1212、在第三保护性气体氛围下，将形成有催化剂层的第一基底升温至550℃～900℃后再通入碳源气体反应得到碳纳米管阵列。
在其中一个实施例中，将沉积有催化剂层的第一基底放置于化学气相反应炉中进行反应。进一步地，先向化学气相反应炉中通入保护性气体，再升高化学气相反应炉的温度至550℃～900℃，使得催化剂层在第一基底上均匀成核；再向其中通入碳源气体进行反应。
更进一步地，碳源气体包括己烷和乙烯，己烷和乙烯的气体分压比为1:8～1:1.25。碳源气体的流速为5ml/min～15ml/min，通入碳源气体进行反应的时间为10min～25min。通过此设置，得到的碳纳米管阵列的力学性能较好，以得到耐磨性较好的改性碳纳米管纤维。
在其中一个实施例中，保护性气体选自氮气、氢气、氩气和氦气中的至少一种。
s122、将共聚物设置于第二基底上。
在其中一个实施例中，第二基底为镍片或铜片。第二基底的主要作用在于对承载共聚物，而镍片及铜片的化学稳定性好，不会与共聚物发生反应。
在其中一个实施例中，第二基底的尺寸为50mm*50mm，当然，在其他实施方式中，第二基底的尺寸也可以是其他任意尺寸。
在其中一个实施例中，共聚物以薄膜的方式设置于第二基底上。进一步地，在第二基底上形成的共聚物薄膜的厚度为1mm～5mm。当然，在其他实施方式中，也可以先剪切共聚物材料再置于第二基底上的方式。更进一步地，第二基底具有第二工作面。在第二工作面上形成共聚物薄膜。共聚物薄膜完全覆盖第二工作面。
s123、在第一保护性气体氛围下，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底进行紫外光照射处理，以使共聚物和碳纳米管阵列进行接枝反应，得到改性碳纳米管阵列。
采用紫外光将共聚物接枝到碳纳米管阵列的表面，并且选择特定的共聚物，使得改性碳纳米管阵列易于分散，能够制备具有较好浸润性的改性碳纳米管纤维，并且能够使改性碳纳米管阵列具有较高的耐磨性，能够用于制备耐磨性较高的布料。
在其中一个实施例中，将形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底放置于同一反应腔。反应腔能够密闭，且反应腔具有一进气口和一出气口。反应腔中设有紫外光组件，能够对反应腔进行紫外光照射处理。
进一步地，将形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底并排放置于反应腔中。更进一步地，在其中一个实施例中，将形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底并排放置，使得碳纳米管阵列与共聚物接触。
在其中一个实施例中，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底进行紫外光照射处理的过程中，首先封闭反应腔的进气口及出气口，并对反应腔进行抽真空处理，使反应腔内的气压降至10-2torr以下。优选地，使反应腔内的气压降低至10-6torr以下。其次，再通过进气口向反应腔中通入保护性气体直至达到正常大气压，打开出气口，并不断通入保护性气体保持体系的压强。
在其中一个实施例中，第一保护性气体的流速为2l/min～3l/min。第一保护性气体选自氮气、氦气、氖气及氩气中的至少一种。
在其中一个实施例中，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底进行紫外光照射处理时紫外光的照射功率为15mw～35mw。在此照射功率下，有利于提高反应体系的热效应，使得体系温度升高至共聚物形成气态状态，并在保护性气体气流的作用下移动至碳纳米管阵列的表面与碳纳米管阵列发生接枝聚合反应。
在其中一个实施例中，紫外光为照射波长为196nm～350nm的单色(monochromatic)窄带光。进一步地，单色窄带光为带宽为218nm～298nm的单色光。
在其中一个实施例中，紫外光源距离形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底的距离为2mm～20mm。
在其中一个实施例中，进行紫外光照射处理的时间为10min～35min。在其中一个实施例中，进行紫外光照射处理的时间为15min～30min。在其中一个实施例中，进行紫外光照射处理的时间为23min。
在其中一个实施例中，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底进行紫外光照射处理时，紫外光的照射功率为15mw～35mw，紫外光为196nm～350nm的单色窄带光，进行紫外光照射处理的时间为15min～30min。在此条件下，有利于在保证共聚物能够接枝到碳纳米管阵列的情况下减少紫外光对共聚物及碳纳米管阵列结构的破坏，以保证碳纳米管阵列的力学性能。
在其中一个实施例中，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底进行紫外光照射处理之后，还包括将第一基底放置于保护性气体氛围下自然冷却的操作。需要说明的是，在其他实施方式中，将第一基底放置于保护性气体氛围下自然冷却的操作也可以省略。
在其中一个实施例中，将第一基底放置于保护性气体氛围下自然冷却的操作中，保护性气体选自氮气、氩气和氦气中的至少一种。将第一基底放置于保护性气体氛围下进行自然冷却能够防止碳纳米管阵列暴露在空气中而被氧化。
s130、对改性碳纳米管阵列进行纺丝，得到碳纳米管纤维。
在其中一个实施例中，对改性碳纳米管阵列进行纺丝得到碳纳米管纤维的操作具体为：采用夹取工具从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列，并沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽和旋转，得到碳纳米管纤维。
在夹取工具拉伸改性碳纳米管阵列时，改性碳纳米管通过范德华力及修饰在改性碳纳米管阵列表面的共聚物或共聚物的分解物之间的非共价键相互作用力带动改性碳纳米管阵列持续不断地被拉出而呈丝状，再通过旋转改性碳纳米管阵列使得改性碳纳米管阵列中的每根改性碳纳米管拧在一起，即为碳纳米管纤维。
进一步地，s130的步骤具体为：从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列，并沿着垂直于改性碳纳米管阵列生长的方向进行拖拽，得到丝状纳米管阵列；从丝状纳米管阵列的边缘夹取的丝状纳米管阵列，并沿着丝状纳米管阵列的延伸方向进行旋转并拖拽，以使丝状纳米管阵列被拉伸，且使丝状纳米管阵列中的每根丝状纳米管拧在一起，得到碳纳米管纤维。
在其中一个实施例中，从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列时，宽度为50μm～200μm。进一步地，从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列时，宽度为100μm～150μm。
在其中一个实施例中，沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽时的速率为0.05m/s～0.5mm/s。进一步地，沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽时的速率为0.1m/s～0.4mm/s。更进一步地，沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽时的速率为0.2m/s～0.3mm/s。
在其中一个实施例中，沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行旋转时的转速为1000rpm～3000rpm。进一步地，沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行旋转时的转速为2000rpm。
在其中一个实施例中，碳纳米管纤维的直径为10μm～200μm。
在其中一个实施例中，碳纳米管纤维的长度为100m～6000m。需要说明的是，碳纳米管纤维的长度不限于上述长度，可以根据实际需要进行设置。
s140、在碳纳米管纤维喷涂前驱体，并在第二保护性气体氛围下于140℃～160℃下反应，得到改性碳纳米管纤维，前驱体选自聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂中的至少一种。
通过在碳纳米管纤维的表面喷涂前驱体，并选择特定的前驱体，使得前驱体与共聚物的-coor-反应，得到浸润性较好的改性碳纳米管纤维。需要说明的是，在碳纳米管纤维表面喷涂的前驱体能够与共聚物充分接触。进一步地，在碳纳米管纤维表面喷涂的前驱体完全覆盖碳纳米管纤维的表面，以保证前驱体与共聚物充分接触。
在其中一个实施例中，第二保护性气体选自氮气、氦气、氖气及氩气中的至少一种。
在其中一个实施例中，在碳纳米管纤维的表面喷涂前驱体，并在第二保护性气体氛围下于140℃～160℃下反应的步骤中，反应时间为1h～2h。在此反应时间下，能够使前驱体与碳纳米管纤维充分反应，以保证改性碳纳米管纤维的浸润性。
在其中一个实施例中，前驱体为雾状或薄膜状。此种设置，使得前驱体能够更加均匀的涂覆于碳纳米管纤维的表面。
在其中一个实施例中，前驱体由聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂组成，且聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂的摩尔比为0.8：1～3.5：1。此种设置，能够得到浸润性更好且耐磨性更好的改性碳纳米管纤维。
上述改性碳纳米管纤维的制备方法，将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应得到共聚物，不饱和二羧酸选自马来酸、二氯马来酸、苯基马来酸及二苯基马来酸中的至少一种，再采用紫外光将共聚物接枝到碳纳米管阵列的表面，通过在由该改性碳纳米管制成的碳纳米管纤维上喷涂前驱体，选自聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂中的至少一种，使得前驱体与共聚物的-coor-(酯基)反应，得到浸润性较好的改性碳纳米管纤维。经试验验证，上述制备方法得到的改性碳纳米管纤维的浸润接触角为8°～15°，更容易织成布料。
再者，上述改性碳纳米管纤维的制备方法，通过在碳纳米管阵列表面接枝特性的共聚物，能够增大碳纳米管之间的距离，降低由于碳纳米管之间的范德华力所致的团聚，使得到的改性碳纳米管阵列易于分散，使得能够更好地发挥碳纳米管的力学性能，以得到耐磨性更好的改性碳纳米管纤维，能够应用于制备品质更高的布料。
最后，上述制备方法不需要将碳纳米管阵列分散在溶剂中即可进行后续处理，工艺简化，不会破坏碳纳米管阵列的阵列结构，有利于保证改性碳纳米管阵列及改性碳纳米管纤维的力学性能，无溶剂等残留，得到的改性碳纳米管纤维的纯度较高。
一实施方式的布料，包括上述实施方式的改性碳纳米管纤维。
需要说明的是，可以采用传统的纺织方法将改性碳纳米管纤维纺织成布料。传统的纺织方法例如可以是平织法或斜纹织法。
需要说明的是，可以采用单根改性碳纳米管纤维进行纺织，也可以将多根改性碳纳米管纤维平行拧成一根再进行纺织。
上述布料包括上述实施方式的改性碳纳米管纤维，由于该改性碳纳米管纤维具有较高的浸润性和耐磨性，使得该布料具有较高的品质。
下面为具体实施例的部分。
如无特别说明，以下实施例不含有除不可避免的杂质以外的其他未明确指出的组分。
如无特别说明，以下实施例中，第一基底为氧化铝板。第二基底为铜片。前驱体完全覆盖碳纳米管纤维的表面。
实施例1
本实施例的布料的制备过程如下：
(1)取一块第一基底，在第一基底上沉积形成20nm厚的催化剂层，催化剂层为镍和钴的混合材料(镍和钴的质量比为1：1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通过氮气，再升温至900℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括己烷和乙烯，己烷和乙烯的气体分压比为1:1.25)，且碳源气体的流量控制在15l/min下反应25min，使得第一基底表面完全覆盖有碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为650μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为15nm。
(2)取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为1mm的共聚物薄膜。共聚物的制备过程为：将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯在强度为55w的紫外光照射并控制反应温度为20℃下聚合反应50min，得到反应物；向反应物中加入溶剂，固液分离后收集沉淀，将沉淀进行干燥，得到共聚物。不饱和二羧酸为马来酸。不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的质量比为2:9:7。共聚物的重均分子量为3000。溶剂为四氯化碳。
(3)将形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管阵列及共聚物接触，反应腔抽真空至气压降至10-2torr后在通入氮气，保持氮气的流速为2l/min，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底的距离为2mm，紫外光的照射功率为35mw，紫外光为照射波长为196nm且带宽为218nm的单色窄带光，照射时间为35min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性碳纳米管阵列。
(4)采用夹取工具从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列，并沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转，得到碳纳米管纤维。从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列时，宽度为200μm。拖拽的速度为0.5mm/s，转速为3000rpm。得到的碳纳米管纤维的直径为10μm。
(5)在碳纳米管纤维的表面喷涂前驱体，并在氮气下于140℃下反应1h，得到改性碳纳米管纤维，前驱体为聚丙烯酸树脂。
(6)将改性碳纳米管纤维进行纺织，得到布料。
实施例2
本实施例的布料的制备过程如下：
(1)取一块第一基底，在第一基底上沉积形成23nm厚的催化剂层，催化剂层为镍和钴的混合材料(镍和钴的质量比为1：1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通过氮气，再升温至550℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括己烷和乙烯，己烷和乙烯的气体分压比为1:8)，且碳源气体的流量控制在5l/min下反应10min，使得第一基底表面完全覆盖有碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为1180μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为10nm。
(2)取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为5mm的共聚物薄膜。共聚物的制备过程为：将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯在强度为45w的紫外光照射并控制反应温度为45℃下聚合反应30min，得到反应物；向反应物中加入溶剂，固液分离后收集沉淀，将沉淀进行干燥，得到共聚物。不饱和二羧酸为二氯马来酸。不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的质量比为7:14:4。共聚物的重均分子量为30000。溶剂为四氢呋喃。
(3)将形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管阵列及共聚物接触，反应腔抽真空至气压降至10-2torr后在通入氮气，保持氮气的流速为3l/min，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底的距离为10mm，紫外光的照射功率为15mw，紫外光为照射波长为350nm且带宽为298nm的单色窄带光，照射时间为10min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性碳纳米管阵列。
(4)采用夹取工具从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列，并沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转得到碳纳米管纤维。从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列时，宽度为50μm。拖拽的速度为0.05mm/s，转速为1000rpm。得到的碳纳米管纤维的直径为200μm。
(5)在碳纳米管纤维的表面喷涂前驱体，并在氮气下于160℃下反应2h，得到改性碳纳米管纤维，前驱体为聚氨基甲酸乙酯树脂。
(6)将改性碳纳米管纤维进行纺织，得到布料。
实施例3
本实施例的布料的制备过程如下：
(1)取一块第一基底，在第一基底上沉积形成21nm厚的催化剂层，催化剂层为镍和钴的混合材料(镍和钴的质量比为1：1)，再将第一基底放置于化学气相沉积反应炉并通过氮气，再升温至700℃，再向化学气相沉积反应炉中通入碳源气体(碳源气体包括己烷和乙烯，己烷和乙烯的气体分压比为1:4)，且碳源气体的流量控制在10l/min下反应20min，使得第一基底表面完全覆盖有碳纳米管阵列，碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列，碳纳米管阵列的长度为800μm，碳纳米管阵列中碳纳米管的直径为12nm。
(2)取一块第二基底，在第二基底上形成厚度为3mm的共聚物薄膜。共聚物的制备过程为：将不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯在强度为50w的紫外光照射并控制反应温度为30℃下聚合反应40min，得到反应物；向反应物中加入溶剂，固液分离后收集沉淀，将沉淀进行干燥，得到共聚物。不饱和二羧酸由马来酸和苯基马来酸组成，且马来酸和苯基马来酸的摩尔比为4:1。不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的质量比为4.5:12:6。共聚物的重均分子量为15000。溶剂为二氯化碳。
(3)将形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底并排放置于反应腔中，形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底处于同一水平面，且碳纳米管阵列及共聚物接触，反应腔抽真空至气压降至10-2torr后在通入氮气，保持氮气的流速为2.5l/min，对形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底进行紫外光照射处理，紫外光源距离形成有碳纳米管阵列的第一基底及形成有共聚物的第二基底的距离为5mm，紫外光的照射功率为25mw，紫外光为照射波长为218nm且带宽为256nm的单色窄带光，照射时间为23min；关闭紫外光组件，将第一基底暴露于氮气氛围下至自然冷却，得到改性碳纳米管阵列。
(4)采用夹取工具从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列，并沿着垂直于改性碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转得到碳纳米管纤维。从改性碳纳米管阵列的边缘夹取改性碳纳米管阵列时，宽度为130μm。拖拽的速度为0.3mm/s，转速为2000rpm。得到的碳纳米管纤维的直径为100μm。
(5)在碳纳米管纤维的表面喷涂前驱体，并在氮气下于150℃下反应1.5h，得到改性碳纳米管纤维，前驱体由聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂组成，且聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂为质量比为2.15:1。
(6)将改性碳纳米管纤维进行纺织，得到布料。
实施例4
本实施例的布料的制备过程与实施例1的大致相同，不同之处在于：不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的质量比为2:9:6。
实施例5
本实施例的布料的制备过程与实施例2的大致相同，不同之处在于：不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯的质量比为7:12.5:5。
实施例6
本实施例的布料的制备过程与实施例3大致相同，不同之处在于：马来酸和苯基马来酸的摩尔比为3:1。
实施例7
本实施例的布料的制备过程与实施例3大致相同，不同之处在于：饱和二羧酸由马来酸和苯基马来酸组成，且马来酸和苯基马来酸的摩尔比为5:1。
实施例8
本实施例的布料的制备过程与实施例3大致相同，不同之处在于：聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂为质量比为0.8:1。
实施例9
本实施例的布料的制备过程与实施例3大致相同，不同之处在于：聚丙烯酸树脂及聚氨基甲酸乙酯树脂为质量比为3.5:1。
实施例10
本实施例的布料的制备过程与实施例3大致相同，不同之处在于：将不饱和二羧酸通过自由基聚合反应，得到反应物；向反应物中加入溶剂，固液分离后收集沉淀，将沉淀进行干燥，得到共聚物。
实施例11
本实施例的布料的制备过程与实施例3大致相同，不同之处在于：将苯乙烯通过自由基聚合反应，得到反应物；向反应物中加入溶剂，固液分离后收集沉淀，将沉淀进行干燥，得到共聚物。
实施例12
本实施例的布料的制备过程与实施例3大致相同，不同之处在于：将甲基丙烯酸甲酯通过自由基聚合反应，得到反应物；向反应物中加入溶剂，固液分离后收集沉淀，将沉淀进行干燥，得到共聚物。
实施例13
本实施例的布料的制备过程如下：
(1)按照实施例3的步骤(1)～(4)的操作得到碳纳米管纤维。
(2)将碳纳米管纤维进行纺织，得到布料。
实施例14
本实施例的布料的制备过程如下：
(1)按照实施例3的步骤(1)制备碳纳米管阵列。
(2)采用夹取工具从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列，并沿着垂直于碳纳米管阵列的生长方向进行拖拽并旋转得到碳纳米管纤维。从碳纳米管阵列的边缘夹取碳纳米管阵列时，夹取的宽度为130μm。拖拽的速度为0.3mm/s，转速为2000rpm。得到的碳纳米管纤维的直径为100μm。
(3)将碳纳米管纤维进行纺织，得到布料。
测试：
测定实施例1～14的碳纳米管纤维及布料的浸润性，测定实施例1～12的改性碳纳米管纤维的浸润性，测定结果详见表1。表1表示的是实施例1～14的碳纳米管纤维及布料的浸润性、实施例1～12的改性碳纳米管纤维的浸润性。
具体地，采用jisr3257:1999所规定的测定方法测定纤维和布料的浸润接触角(静滴法)；
采用jisa1454标准所规定的实验方法测试碳纳米管纤维和布料的耐磨性能，其中，有效磨耗指数是指将试验材料磨损至材料出现明显丝线断裂状态所需的磨损次数，试验材料为实施例1～13的碳纳米管纤维与布料。
表1
从表1可以看出，实施例1～9的碳纳米管纤维的浸润接触角为13.2°～28.5°，低于实施例13和14；并实施例1～9的改性碳纳米管纤维的浸润接触角为8°～15°，实施例1～9的布料的浸润接触角为6.3°～13.3°，低于实施例13和14，说明上述实施方式得到的改性碳纳米管纤维的浸润性较好，容易纺织成布料。同时，实施例1～9的布料的有效磨耗指数为2.21×104次～2.85×104次，优于实施例13和14，说明上述实施方式得到的改性碳纳米管纤维能够用于制备具有较高耐磨性能的布料，具有较优的品质。
其中，实施例3的改性碳纳米管纤维的浸润接触角小于实施例10～12，且说明不饱和二羧酸、苯乙烯及甲基丙烯酸甲酯制成的共聚物更有利于提高改性碳纳米管纤维的浸润性。
综上所述，上述实施方式的制备方法能够制备具有较高浸润性的改性碳纳米管纤维，以易于纺织，以提高布料的耐磨性能，得到品质较高的布料。
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。