聚酰胺基碳纳米管复合纤维的研究现状与进展

包宗尧 李永贵 杨建忠 吴依琳 刘亦冰 祖文菊

摘要：

碳纳米管的力学、电学及热学等性能可赋予聚酰胺纤维良好功能，且聚酰胺基碳纳米管复合纤维能够保持其功能的稳定性。然而，如何提高碳纳米管在聚酰胺基体中的分散效果、降低碳纳米管应用成本，是碳纳米管复合纤维及其纺织品的重要研究方向。因此，本文结合现阶段国内外聚酰胺基碳纳米管复合纤维及纺织品的研究现状，探讨影响聚酰胺基碳纳米管复合纤维结构性能的主要因素和应用前景，为推进碳纳米管在纺织领域中的发展应用提供参考。

关键词：

碳纳米管;碳纳米管改性;聚酰胺纤维;柔性智能纺织品;共混纺丝

中图分类号： TS102.65

文献标志码： A

文章编号： 10017003（2022）02004008

引用页码： 021106

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2022.02.006（篇序）

收稿日期： 20210921;

修回日期： 20211218

基金项目： 福建省基础研究与高校产学合作计划（高校产学合作）项目（2019H6019）;福建省自然科学基金项目（2020J01849）

作者简介： 包宗尧（1993），男，硕士研究生，研究方向为纺织材料与纺织品设计。通信作者：李永贵，教授，lygwxjd@sina.com。

1991年Iijima[1]博士发现并报道了碳纳米管（CNTs），其独特的结构和优异性能，引起了世界诸多领域专家学者的广泛关注。CNTs比表面积大、质量轻，具有力学性能优异、电学性能独特及热学性能良好等特点[2-3]。若以成纤高聚物为基体，将CNTs作为填料制成复合纤维，可实现两者的优势互补，使复合材料表现出良好的力学、电学和热学等性能，在导电、导热、吸波及智能可穿戴纺织品等领域展现出良好的应用前景。

聚酰胺（PA）纤维的耐磨性、强力较好，居常用合成纤维前列。此外，PA纤维具有良好的吸湿性和耐腐蚀、耐蛀、耐寒性能，可赋予PA织物质轻、透气性好等特点，被广泛应用于服装、家纺、航空航天和军工等多个领域。PA大分子主链上含有酰胺基团（—NHCO—），其大分子末端是羧基或氨基，因此，PA是一种拥有一定反应活性的强极性结晶型高聚物[4]。基于PA纤维结构和性能特性，研究者常将PA纤维作为复合纤维的基体，以各种功能性材料为组分制备不同的功能性复合纤维，提升PA纤维的应用特性，拓宽其应用领域。

本文从CNTs的功能化改性方法出发，综合分析了功能化改性对CNTs在PA基体中的分散性及其对复合纤维的增强或功能化效果的影响，探讨了聚酰胺基碳纳米管复合纤维制备方法的现状、关键技术及复合纤维的应用前景，为进一步开发出性能优良的聚酰胺基碳纳米管复合纤维及其功能化纺织品提供参考。

1 CNTs的功能化改性

CNTs因其结构性能独特，常被研究人员用作复合纤维材料中的增强相或功能相。CNTs在基体中的分散效果直接影响其功能化效果和增强作用，因此如何实现CNTs在基体中的有效分散已成为研究和应用中的关键技术难题。超声波震荡[5]、高能球磨[6]和机械搅拌[7]等作为分散CNTs的常用处理方法只能暂时破坏CNTs的缠结状态，在之后的加工过程中，CNTs会发生重新团聚的现象，因此这些常用处理方法只能用作分散CNTs的辅助手段。此外，良好的界面结合是实现应力在基体与填料界面间有效传递的必要条件，是提高复合材料性能或实现功能化的必要条件[8]。然而，CNTs表面因缺乏活性官能团，不能实现其与基体的有效结合。因此，为了提升CNTs的分散效果，同时增加其与聚合物基体的界面相互作用力，实现负载从聚合物基体到纳米管的有效转移，从而充分发挥碳纳米管的优异性能，需对CNTs表面进行功能化改性。通常，功能改性CNTs主要分为有机共价修饰改性法和非共价修饰改性法，如图1所示[9]。但是，在实际应用过程中，常运用多种方法对CNTs进行表面处理。例如，等离子体表面改性技术是通过物理和化学反应的综合作用对材料表面进行活化[10]，因其精细高效、清洁环保的优势常被应用于CNTs的表面处理。本文主要探讨CNTs的共价键表面修饰和非共价修饰两种方法。

1.1 CNTs的共价键表面修饰

由于CNTs的一维纳米结构非常稳定，常规的处理方法不易在其表面接枝基团，必须利用碳纳米管管壁或管端上的结构缺陷，或运用氧化法、高能球磨法、高能射线辐照法等对碳纳米管进行切割，引入羧基（—COOH）、羟基（—OH）或氨基（—NH2）等活性官能团[11]，并利用這些活性点进行后续的接枝改性。改性后CNTs相互之间的范德华力减少，可得到良好的分散效果，同时提升了CNTs与聚合物之间的相容性，并通过共价键的结合增加了CNTs与基体的界面作用力。

Wang等[12]采用混合酸（H2SO4、HNO3）氧化和取代反应对单壁碳纳米管（SWCNTs）进行改性，羧基、酰胺基和氨基成功接枝到SWCNTs上。侯立晨等[13]通过傅克反应对多壁碳纳米管（MWCNTs）进行处理，在CNTs表面接枝氨基得到氨基功能化碳纳米管（MWCNTs-NH2），采取原位聚合法将MWCNTs-NH2加入己内酰胺，制备功能化碳纳米管/PA6复合母粒，并通过熔融纺丝制备碳纳米管/PA6复合纤维。当CNTs的质量分数为0.5%时，复合纤维的杨氏模量较纯PA6纤维提高了208%，断裂强度也提高了45%。

Zhang等[14]将双氨丙基聚二甲基硅氧烷（APDMS）接枝到羧基化的多壁碳纳米管（CMWCNTs），采用一锅法将改性后的CNTs与己二酸己二胺盐缩聚得到复合材料，再通过熔融纺丝得到PA66/APDMS-CMWCNTs复合纤维。FTIR和XPS测试光谱图显示，APDMS通过共价键对CMWCNTs完成功能化，PA66分子链嵌入到CMWCNTs中形成共价键。由于APDMS-CMWCNTs在PA66基体中的强界面相互作用和良好分散性，提高了复合纤维的玻璃化转变温度、结晶度和热分解温度。与纯PA66纤维相比，添加0.15%的APDMS-CMWCNTs复合纤维的杨氏模量和拉伸强度分别提高了631%和167%。

刘海军等[15]成功制备了超支化聚酰胺修饰的碳纳米管（MWCNTs-P）。经氧化和酰化处理，MWCNTs上的酰氯基团与含磷超支化聚酰胺（HBPA）上的活性端基发生取代反应，HBPA以化学键的方式接枝到MWCNTs表面，接枝率约为27%。通过熔融共混制备MWCNTs-P/PA6复合材料，修饰后的MWCNTs带有的氨基等官能团提高了其在PA6基材中的分散性，两相界面相互作用得到改善，也提高了拉伸强度。但由于CNTs刚性结构的存在，复合材料的韧性有所降低。加入0.5%的MWCNTs-P之后，复合材料的体积电导率比PA6提高了3个数量级，比原始MWCNTs/PA6提高1个数量级。HBPA的含磷基团与MWCNTs通过气相阻燃和凝固相阻燃的协同作用提高了复合材料的阻燃性。

1.2 CNTs的非共价键表面修饰

CNTs表面非共价键修饰法，是利用氢键、π-π堆积等非共价键作用使有机或无机大分子物理吸附或包裹在CNTs表面。这种修饰方法能在保持CNTs本身结构完整的基础上实现CNTs功能化修饰[16]。目前常见的CNTs表面物理修饰法包括表面活性剂吸附、生物大分子包裹和高分子吸附等。

Sun等[17]通过超声和离心的方法，利用双亲性表面活性剂四氯苝酐（1，6，7，12-四氯-3，4，9，10-四甲酸二酐）对CNTs进行表面处理。四氯苝酐主链部分的芳香烃可以与碳纳米管表面的π电子共轭体系形成π-π相互作用，而末端亲水链段赋予改性后的碳纳米管良好的水溶性，两者协同作用使单壁碳纳米管能够有效地分散在水溶液中。

Zheng等[18]通过湿法纺丝法制备了由生物大分子材料透明质酸（HA）和SWCNTs组成的混合微纤维，HA作为生物表面活性剂和离子交联剂包裹在SWCNTs表面，并将它们分离成单个CNTs。所得HA包裹的SWCNTs混合微纤维具有优异的拉伸性能、韧性、电导率稳定性。此外，HA/SWCNTs混合纤维表面为取向统一且均匀的凹槽，呈现出“树皮”状形貌，此形貌有利于与聚合物基体界面间的相互作用。因此，HA/SWCNTs混合微纤维表现出优异的生物相容性[19]。HA/SWCNTs混合微纤维在植入式医疗设备、人工肌肉、生物传感器和微致动器等方面具有巨大的应用价值。

Xue等[20]采用自制的含芘基苯乙烯-马来酸酐共聚物（HPSMAP），利用辅助剥离-离心改性的方法成功获得共聚物包覆的碳纳米管（HPSMAP-MWCNTs）。含芘基苯乙烯-马来酸酐共聚物骨架上的苯乙烯单元对CNTs有很好的吸附作用，带电荷的马来酸根又易溶于水，这就使得包覆改性后的多壁碳纳米管的管束得到有效分离。分析表明，共聚物成功包覆到CNTs表面，这种紧密包覆在CNTs表面的聚合物能够改善CNTs与其他聚合物之间的相容性，有利于进一步制备碳纳米管基聚合物复合材料。

碳纳米管的共价修饰改性法和非共价修饰改性法各有优缺点，共价修饰改性法可以得到较高的分散稳定性，但是使碳纳米管的结构受到破坏，从而使其本身固有性能有所改变。非共价修饰改性法对碳纳米管结构的损伤程度小，且较为简单易行，但是分散剂的去除困难，同时在后继的应用过程中，分散剂的加入会影响复合纤维的性能。

2 聚酰胺基碳纳米管复合纤维

2.1 聚酰胺基碳纳米管复合纤维研究现状

开发聚酰胺基碳纳米管复合纤维，可发挥PA纤维材料轻质、柔韧、耐磨及耐腐蚀等优点，是开发新型高性能、功能性纤维的有益探索，也是纳米改性技术在纺织纤维领域应用的拓展。把CNTs材料添加到PA纤维中，将PA纤维基体良好的可加工性和柔性优势结合CNTs形成的功能网络，既可解决高纯CNTs纤维及其纺织品脆性大、可纺性差等难题，又可实现CNTs纤维在不同应变环境下的功能保持。聚酰胺基碳纳米管复合纤维具有良好的应用前景，但相关报道较少，且大多处于实验研究阶段。然而，作为一种具有巨大潜在应用价值的复合材料，科研人员和工业界依然持续关注并采用不同方法致力于聚酰胺基碳纳米管纤维及其纺织品的研究与开发。目前，聚酰胺基碳纳米管复合纤维及其纺织品的制备方法主要包括熔融纺丝法、静电纺丝法、浸渍法和表面涂敷法等。

2.1.1 熔融纺丝法

Scaffaro等[21]将电弧放电法生产的MWCNTs和采用化学气相沉积法自制的MWCNTs在氧气气氛下进行等离子体功能化，分别添加2%功能化前后的CNTs到PA6中进行熔融纺丝。结果表明，功能化的碳纳米管在PA6基体中的分散性和界面结合力较原始的CNTs好，取向度也较高，复合纤维的拉伸断裂强力和界面结合牢度得到提高，但纤维的断裂伸长率都有所降低。Chen等[6]采用球磨法对羧基化的多碳纳米管（MWCNTs-COOH）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）改性的碳纳米管进行处理，而后与PA66进行熔融共混纺丝，获得了多壁碳纳米管在PA66基体中均匀分散的复合纤维。当MWCNTs-SDBS和MWCNTs-COOH的质量分数为0.1%时，复合纤维的拉伸强度达到最大值，分别比纯PA66纤维提高了27%和24%。諸多研究表明：功能化修饰减少了CNTs的用量，提高了CNTs的利用率。Irisawa等[22]将CNTs加入体积比为2︰1的蒸馏水/叔丁醇混合溶液中搅拌，以获得CNTs悬浮液，通过湿法喷射研磨工艺高速剪切流的作用将悬浮液中的CNTs集聚体进行研磨粉碎，产物经冷冻干燥后与PA6共混造粒并进行熔融纺丝。研磨粉碎的CNTs在PA6纤维中分散良好，可在不降低强度的情况下提高网球线的拉伸模量以改变击球的感觉，在运动器材等方面具有很好的应用前景。

2.1.2 静电纺丝法

Baji等[23]采用高精度静电纺丝技术获得自组装CNTs增强PA66纤维，研究了纤维直径和CNTs质量分数对纤维增强的影响。在CNTs质量分数为0～2.5%时，CNTs增强纤维的拉伸强度和模量随着CNTs质量分数的增加而增大，这是因为CNTs的加入限制了聚合物链的节段运动，并对邻近分子起到了限制作用。研究还发现，纤维的强度和模量与纤维直径成反比，当纤维的直径在500 nm以下时，纤维的模量和强度增加明显，这可以归因于晶体的有序排列和纤维的空间限制效应。CNTs的有序排列是由于聚合物射流在静电纺丝过程中经受的高拉伸力而获得的。Li等[24]采用静电纺丝装置制备了连续的PA6/SWCNTs纳米纤维束，TEM图像显示酰胺化处理后的单壁碳纳米管沿纳米纤维长丝轴线有序排列，形成了连续的CNTs网络，管间相互纠缠现象较弱。添加酰胺功能化单壁碳纳米管的PA6/SWCNTs纤维的初始模量增大了一倍多，并且断裂应力从43.42 MPa增加到了79.75 MPa。SWCNTs对纳米纤维束有良好的电学增强效应，其导电性渗透阈值约为0.8%，电导率最大可增加9个数量级。

2.1.3 涂层法和浸渍法

夏禹舜等[25]采用环锭纺纱法纺制了以强力较好的聚酰胺纤维长丝为芯丝，外包具有较好的吸湿、透气及优异服用性能的棉纤维包芯纱，之后采用浆纱的方法进行单壁碳纳米管涂层制成导电复合纱，该复合纱线电导率为0.016 S/cm，纱线属性为抗静电材料。Guan等[26]通过静电纺丝法制备了PA66纳米纤维束，并将其浸入含有羧基化多壁碳纳米管的分散液中进行超声波处理，羧基功能化的多壁碳纳米管通过氢键与PA66纳米纤维束形成良好的界面相互作用，增强了PA66纳米纤维束的力学性能。浸入含0.05%多壁碳纳米管的悬浮液中的纤维束获得最高的电导率（0.2 S/cm）和拉伸强度（103.3 MPa）。吸附在纳米纤维表面的MWCNTs形成了导电网络，并且复合纤维束在弯曲下的电阻波动小于3.6%，说明其具有较好柔韧性。该导电纤维束在温度传感器、导电纺织品、可穿戴电子产品等方面具有巨大的应用潜力。

诸多研究表明，聚酰胺基碳纳米管复合纤维的制备及性能研究仍处于初级阶段，其增强或功能改性效果并不是很理想，且各制备方法均有其优缺点。例如，熔融纺丝法的工艺简单、生产效率高且纤维耐久，具有进行大规模工业化生产聚酰胺基碳纳米管复合纤维的可能，但碳纳米管在聚酰胺这种高黏度聚合物熔体中分散较为困难;静电纺丝能够制备纳米级超细纤维，形成超高相对表面积的织物，纤维材料的尺寸效应、表/界面效应及纤维超分子结构和宏观力学性能等都将发生显著变化，喷射所经历的高伸长和拉伸力可以诱导填料的有效分散、排列和定向，从而优化碳纳米管与基体的相互作用和应力传递，但静电纺丝的效率还比较低，制备纳米级纤维连续纱线的方法还比较单一;浸渍法和涂层法能在碳纳米管仅分布在聚酰胺纤维表面的情况下即能形成较好的功能网络，材料的利用率高，用量少，但纤维功能组分的牢度一般不高，耐久性较差。因此，聚酰胺基碳纳米管复合纤维的制备需根据应用领域实际要求对制备方法和工艺过程不断进行探索和创新，以获得制备方法简单、结构性能优良的聚酰胺基碳纳米管复合纤维。

2.2 聚酰胺基碳纳米管复合纤维质量的影响因素

理想的聚酰胺基碳纳米管复合纤维可兼具聚酰胺与碳纳米管的双重特性，材料优良的性能能否得以保持、功能性可否得以表现，其影响因素有CNTs本身的制备方法和形成的结构、CNTs官能團化的种类、复合纤维的成型方法及制备工艺的参数、CNTs的含量及其分散状态，以及CNTs与聚酰胺基体间的界面作用等。

国内外学者研究并发现了多种制备CNTs的方法，有电弧放电、激光蒸发和化学气相沉积法等。不同的制备方法和工艺得到的CNTs的长度、直径、取向、纯度和密度都不同，且含有不同类型的杂质。CNTs中碳原子的层数有单层、双层和多层，这些都会影响CNTs预期的性能，进而影响其后期应用。Mirjalili等[27]研究发现，SWCNTs/聚酰胺复合纤维比MWCNTs/聚酰胺复合纤维具有更低的表面电阻，且SWCNTs对复合纤维增强效果更好。

CNTs具有纳米材料的强集聚效应，而且拥有纳米级直径和微米级长度的超大长径比，使其更加容易缠结，且各种易集聚因素的叠加使CNTs分散更为困难，团聚体结合更加紧密[28]。团聚体的存在限制了CNTs作为功能填料在基体中的质量分数，阻碍了功能网络的形成，甚至形成应力集中点，进而降低了基体材料的性能。团聚体的存在对CNTs/聚合物复合纤维而言尤其不利，这些CNTs团聚体的不规则分布会使在熔融纺丝过程中的纺丝组件压力不稳，出丝不连续，从而无法实现牵伸和卷绕，甚至堵塞滤网和螺杆，对纺丝设备造成损伤。CNTs分散性不好，在某种程度上也增大了CNTs的用量，造成资源和能源的浪费。由于原始的CNTs表面缺乏活性基团，化学性质稳定呈非极性，与聚酰胺之间的界面作用只有色散力，更无法与聚酰胺之间发生化学键合，再加上表面缺陷少，难以形成机械缩合力，这些因素使得CNTs与基体间的界面结合牢度不强，不能通过CNTs/基体界面提供有效的负载转移。然而有研究表明，通过酸化、等离子体活化等方式处理，可使CNTs表面形成羟基、羧基或氨基等活性基团，使其表面得到氢键和诱导力[29]。CNTs官能团化可以改善CNTs与聚酰胺基体的界面相互作用，减弱CNTs之间的团聚状态，从而在基体中形成良好的CNTs网络，当CNTs的含量达到阈值时，即得到增强的纤维或赋予复合纤维某种功能性。然而，当CNTs含量较高时，将显著降低复合纤维的弹性，纤维脆化而出现强力下降的现象，并且CNTs的功能网络在大应变下容易遭到破坏，减短了功能纤维的使用寿命。

纺丝工艺对聚酰胺基碳纳米管复合纤维的性能有着重大的影响。刘洋等[30]研究了静电纺丝工艺，包括电场强度、纺丝电压、纺丝高度等参数对MWCNTs/PA6纳米纤维的结构与性能的影响。纺丝电压与纤维的直径、结晶度、断裂强力成正比;纺丝高度的增加，使纤维的定向排列程度提高、纤维的断裂强度和初始模量增加。Palardy等[31]通过熔融纺丝法制备MWCNTs/PA12长丝，在经过140 ℃的热定型和500%的牵伸后，含有5%多壁碳纳米管的MWCNTs/PA12长丝的杨氏模量达到了3 800 MPa，是PA12纤维的146%。在纤维的成型过程中，牵伸处理可诱导大分子链沿纺程方向的取向，同时可诱导CNTs的分散，进而使复合纤维的物理力学性能得到提高。对于熔融纺丝制备的CNTs/PA复合纤维，计量泵转速、卷绕速度和牵伸工艺等都能对复合纤维的性能产生影响。表1是不同牵伸比的PA6/11/CNTs复合纤维的拉伸强度[32]，可以看出在牵伸比为3～4倍时，随着CNTs添加量的增加，复合纤维的拉伸强度逐渐增大，直到达到一定峰值。当CNTs添加量一定，牵伸比为3～7倍时，复合纤维的拉伸强度随着牵伸比的增加而增大。

以上分析表明，不同的CNTs制备方法和层数、结构，CNTs的分散效果在基体中的分散效果及其与基体的界面结合牢度，聚酰胺基碳纳米管复合纤维的纺丝及牵伸工艺等都是影响聚酰胺基碳纳米管复合纤维质量的因素。因此，在开发这种复合纤维的时候需要充分考虑到对各种影响因素的把握。

3 聚酰胺基碳纳米管纤维的应用前景

CNTs独特的物理力学、热学及电学等性能，使其具有开发功能性增强材料的理想优势。进入21世纪后，CNTs的产量迅速提高，其生产成本也随之下降[33]，为CNTs及其复合材料的研究和推广应用提供了良好的前提基础。PA纤维强度高、质轻、耐化学性好并且具有优异的再加工性，通过适当的方法将一定质量分数的CNTs加入PA纤维可使其力学性能得到增强、热学性能和电学性能得到改善，甚至赋予其导电、吸波等功能，具有广阔的应用前景。

3.1 CNTs增强纤维

由于其优异的物理力学性能、低密度及高长径比等特点，CNTs被视为建造太空电梯及制备轻质高强的多功能复合材料的理想增强材料。CNTs中的碳原子为键长短、键能大的CC共价键的形式互相连接在一起，赋予其很高的轴向强度、弹性模量和韧性[34]。若能够在PA基体中形成良好的分散网络和取向度，并且和基体形成良好的界面结合，通过CNTs/基体界面提供有效的负载转移，即可利用CNTs作为增强体制备高性能增强PA纤维。CNTs增强的PA纤维，其高强/高韧的性能将有望在航空航天、军工防护等特种领域发挥更加重要的作用。

3.2 导热、耐高温和阻燃材料

CNTs良好的轴向导热性能和热稳定性可改善材料的导热性、耐高温性和阻燃性能，是目前世界上所发现的最好的耐热材料之一，已经测量得到的MWCNTs的热导率为3 000 W/（m·K）左右[35]，在大气环境下CNTs可以承受450 ℃以上的高温[36]。Cai等[37]采用静电纺丝法制备了月桂酸（LA）功能化的PA6/CNTs复合超细纤维，CNTs的加入提高了PA6/CNTs复合纤维的起始热降解温度、最大热失重温度，还显著提高了材料的导热性能，有助于提高复合纤维的热稳定性，降低其燃烧性能。这些特性使PA6/CNTs复合纤维在导热、保温和阻燃功能纤维等方面具有潜在的应用前景。

3.3 电学相关材料

CNTs具有优异的电学性能。CNTs的电学特性与它的结构相关，CNTs中碳原子之间为sp2杂化，每个碳原子均有一个未成对的电子位于垂直于石墨片层的π轨道上，电子在片层方向上的电阻率小，能够承受很大的电流密度。由于直徑和管壁螺旋角的不同，其可呈现为不同能带大小的半导体型CNTs或金属型CNTs[38]。基于CNTs的电学功能，其常被用于功能填料以期改善聚合物基体的电学性能，进而赋予CNTs/聚合物复合材料电学相关的新功能。聚酰胺基碳纳米管复合纤维不仅可应用于防静电、防电磁辐射等功能防护服，也可应用于智能温度调节、运动监测功能等柔性智能服装可穿戴设备的传输线、传感器、驱动器、电极材料及超级电容器[39]等元器件。

此外，在医学领域，聚酰胺基碳纳米管复合纤维还有望应用于柔性康复辅助穿戴设备来代替传统设备的刚性模块，用于帮助卒中患者或身体机能损伤人员的康复训练，或协助有身体缺陷者进行日常活动。聚酰胺基碳纳米管复合纤维还被应用于提高某些细胞活性的生物支架材料[40]、人工肌肉纤维的应变传感器[41]、采集人体肌电信息用于免疫传感器[42]及太阳能系统的光热吸收转化[43]设备等。聚酰胺基碳纳米管纤维糅合了聚酰胺易于加工、应用广泛等特点，与CNTs纳米粒子带来的纳米效应和功能性产生协同效应，使复合纤维具有优良的力学、热学及电学等性能，是一种前景光明的高性能、高附加值的功能纤维。

4 结 语

CNTs具有优异的力学、电学、热学等性能，但高纯CNTs纤维的生产难度和技术要求较高，限制了其优异性能的应用。以PA为基体，通过添加CNTs制备聚酰胺基碳纳米管复合纤维，可有效解决CNTs后续加工性能差的问题，并赋予PA纤维新的功能。然而，CNTs纤维具有纳米粒子的强集聚效应，一方面很难在高黏度的PA中良好分散，另一方面要兼顾材料的刚性和韧性十分困难。通过功能化改性可改善碳纳米管的分散性并加强其与聚合物基体之间的界面相互作用，是实现纤维高性能化和功能化的有效方法。通过解决CNTs分散性难题及对CNTs与PA基体界面作用机理的研究，同时进行可控工艺条件优化，对制备出成本低廉、物化性能优良且具有良好功能性的聚酰胺基碳纳米管复合纤维具有重要的现实意义。

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Abstract：

Carbon nanotubes with unique structure， great specific surface area， good electrical conductivity and excellent mechanical properties are perfect fillers for preparing functional and high-performance composite materials. Polyamide fiber is widely used because of its excellent wear resistance and light weight. Polyamide-based carbon nanotube composite fibers can be prepared by a suitable method to obtain the effect of complementary advantages and improve the mechanical and electrical properties of polyamide fibers while giving full play to the functions of carbon nanotubes. The composite fibers have great application prospects in the fields of electric conduction， thermal conduction， electromagnetic shielding and high-performance fiber materials. However， the dispersion effect of carbon nanotubes in polyamide matrix and the interfacial bonding force between the two are the key factors affecting the quality of composite fibers， which are unavoidable in the research process.

In order to promote the development and application of polyamide-based carbon nanotube composite fibers， this paper started from the functional modification methods of carbon nanotubes， reviewed the influence of these methods on the dispersion of carbon nanotubes in polyamide matrix and their enhancement or functionalization effects of composite fibers. Then， the research status of polyamide-based carbon nanotube composite fibers was summarized according to the preparation methods， the key technologies and difficulties of its preparation were discussed. Finally， the application prospects of polyamide-based carbon nanotube composite fibers were prospected. The functional modification methods of carbon nanotubes can be divided into covalent functional modification and non-covalent functional modification. The covalent functional modification refers to activating the carbon nanotubes by oxidation or plasma treatment processes， and introducing active functional groups there， and then using the active points to carry out subsequent grafting modification. The non-covalent functional modification refers to using non-covalent bonds such as hydrogen bonds to make organic or inorganic macromolecules physically adsorbed or wrapped on the surface of carbon nanotubes. The covalently functionalized modified carbon nanotubes and the polyamide matrix have a stronger interface force， which would destroy the structure of carbon nanotubes. Despite little damage of non-covalent functionalization to the structure of carbon nanotubes， it is difficult to remove the dispersant. The polyamide-based carbon nanotube composite fibers can be prepared by the methods of melt spinning， electrospinning， impregnation and surface coating. Melt spinning is a simple process with high production efficiency， but in polyamide， a high viscosity polymer melt， it is difficult to disperse carbon nanotubes. Electrospinning method can be used to produce materials of ultra-high relative surface area， and at the meantime， the fillers can be effectively dispersed， arranged and oriented， but it has low efficiency. The impregnation and coating method can make the carbon nanotubes form a good functional network on the surface of the polyamide fiber， but carbon nanotubes on the fiber surface fall off easily. The factors affecting the quality of polyamide-based carbon nanotube composite fibers include the preparation method of carbon nanotubes and their structures， the processing and forming method and parameters of composite fibers， the content and dispersion state of carbon nanotubes， and the interfacial interaction between carbon nanotubes and polyamide matrix. Compared with multi-walled carbon nanotubes， single-walled carbon nanotubes endow polyamide-based carbon nanotube composite fibers with lower surface resistance and have better enhancement effect on the composite fibers. If the content of carbon nanotubes is too low， it cannot break through the functionalization or enhancement threshold. If the content is excessively high， it will form stress concentration， leading to the embrittlement of composite fibers. The polyamide-based carbon nanotube reinforced composite fibers can be applied in special fields with high requirements for fiber mechanical properties， with potential application prospects in the aspects of heat conduction， heat preservation， flame retardance due to the unique thermal characteristics. Carbon nanotubes have improved the electrical properties of the composite fiber， which can be applied to antistatic， electromagnetic radiation and other functional protective clothing and electronic components of smart wearable textiles. The polyamide-based carbon nanotube composite fibers can be prepared by adding carbon nanotubes with excellent properties into polyamide matrix through appropriate methods and processes， which can effectively solve the problem of poor processability of carbon nanotubes and endow polyamide fibers with new functions， and it is an effective method to achieve high performance and functionalization of fibers. Polyamide-based carbon nanotube composite fibers have good mechanical， electrical， thermal and other comprehensive properties， and have broad application prospects.

It is necessary to conduct in-depth research on the dispersion method of carbon nanotubes and the interfacial interaction mechanism between carbon nanotube and polyamide matrix， and to optimize the controllable and predictable process conditions. It is of great practical significance to prepare polyamide-based carbon nanotube composite fibers with excellent physical and chemical properties as well as good functions at low cost. It is necessary to further study on the application prospect of polyamide-based carbon nanotube composite fiber in high performance reinforcing fiber， electrical and thermal materials and expand to other fields.

Key words：

carbon nanotubes; carbon nanotube modification; polyamide fibers; flexible intelligent textiles; blended spinning