[发明专利]一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合纤维技术领域，涉及一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维及其 制备方法。

背景技术

聚酰胺纤维俗称尼龙，英文名称Polyamide(简称PA)，是分子主链上含有 重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称。聚酰胺纤维是世界上最早工业化 的合成纤维品种，它的出现使纺织品的面貌焕然一新，它的合成是合成纤维工业 的重大突破，同时也是高分子化学的一个非常重要里程碑。其中聚酰胺6是应用 最为广泛的品种之一，其主要用于纺制合成纤维，链节结构为[NH(CH₂)₅CO]。 聚酰胺6纤维具有强度高、回弹性好、耐疲劳、可染性和耐腐蚀、耐虫蛀等优良 性能,密度低于大多数纤维品种，耐磨性能则优于合成纤维其他品种，常用来制 成衣袜、医用缝线、轮胎帘子线、工业用布、缆绳、传送带、帐篷、渔网等。在 国防上主要用作降落伞及其他军用织物。

随着汽车的小型化、电子电气设备的高性能化、机械设备轻量化的进程加快， 对聚酰胺6纤维的需求将更高更大，其某些性能已不能满足相关行业发展的要 求。因此，必须针对某一应用领域，通过改性，提高其某些性能，来扩大其应用 领域。早期的聚酰胺6复合材料主要采用纳米蒙脱土、玻璃纤维等材料来增强。 新型碳材料的发展为聚酰胺6复合材料向功能化方向发展拓宽了道路,目前碳纳 米管、石墨烯等碳纳米材料增强聚酰胺6纤维已经取得了一定的研究进展，其力 学、导热和导电性能有了很大提高。碳纳米管增强聚酰胺6纤维主要采用熔融共 混或原位聚合后再进行熔体纺丝，其强度和模量大大提高，但是只有碳纳米管加 入量较低时效果较好。石墨烯增强聚酰胺6纤维主要应用溶液共混、熔融共混或 原位聚合后再纺丝，但是由于采用的石墨烯微片径向尺寸较大，大都存在石墨烯 在聚酰胺6中的分散性不够好，易发生团聚或褶皱等问题而影响界面结合效果， 大大影响了纤维性能的进一步提高。

石墨烯量子点(Graphenequantumdot,缩写为GQD)是准零维的纳米材料(二 维平面尺寸<100nm)，其内部电子在各方向上的运动均十分活跃，表现出更加显 著的纳米尺度效应，对高分子的结晶和取向行为影响较其他碳纳米材料更为强 烈。经我们小组研究发现石墨烯量子点表面化学官能团密度高，易与聚酰胺6 分子主链结构上的酰胺基团形成共价键或氢键作用，增加聚酰胺6分子主链间的 相互作用，提高分子链间的次价键力；另外石墨烯量子点的平面结构旋转半径小， 十分有利于自身的取向并诱导聚酰胺6大分子链的取向和有序排列，提高了聚酰 胺6纤维的结晶度和晶区的规整性；上述两方面石墨烯量子点所特有的作用行为 均对聚酰胺6纤维有十分显著的力学增强效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维及其制备方法，解 决了石墨烯在复合纤维中分散性不够好的问题，该方法制备的聚酰胺纤维具有重 量轻、强度好、模量高等优点。

对于本发明的一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维的制备方法来说，采用的技 术方案是这样的，该方法包括以下步骤：

第一步聚酰胺6-石墨烯量子点(PA6-GQD)母粒的制备

1)取石墨烯量子点0.1～1重量份、分散剂0.1～1重量份，溶于98～99.8 重量份的去离子水中，所述石墨烯量子点的石墨片层为1～3层、尺寸为10～ 100nm；经超声分散，得到均匀分散的石墨烯量子点水溶液；所述超声分散操作 为超声波分散或高压均质处理，采用超声波细胞破碎仪，其功率1000～4000W； 或采用超高压均质机，其功率为2500W；

2)将上述石墨烯量子点水溶液经真空抽滤、真空干燥后得到含有分散剂的 石墨烯量子点；所述真空抽滤时间为0.5-2h，真空干燥温度为60-100℃，干燥时 间为0.5-2h；

3)取己内酰胺84～99重量份、上述石墨烯量子点0.5-15重量份，加入引发 剂0.5～1重量份，搅拌、超声分散，配制成PA6-GQD混合物；所述引发剂为6- 氨基己酸、丁酸、磷酸中的一种；所述分散剂为以下a)～c)中表述的任意一 种情况：a)聚氧乙烯醚类或酯类非离子活性剂，b)磺酸盐类、硫酸盐类、磷酸 盐或亚磷酸盐类阴离子活性剂，c)氨基酸类、咪唑类、氧化胺类两性活性剂中 的一种或两种以上任意比例的混合物；

4)将上述混合液经预聚合、聚合、造粒、洗涤、真空干燥等步骤，制得 PA6-GQD母粒；