[发明专利]石墨烯‑氨纶复合纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维材料领域，具体涉及一种石墨烯-氨纶复合纤维的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以SP²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料，是目前已知的最薄和最坚硬的单原子层厚度材料，自身具有许多极为优异的性能，其杨氏模量达到1100GPa，断裂强度为130GPa，在复合纤维领域具有广阔的应用前景。

然而，由于石墨烯自身结构的影响，其表面能很高，导致其容易发生形变：石墨烯片的卷曲、层叠以及团聚等等一系列问题。如果石墨烯与纳米复合纤维基体材料相容性差，将使得石墨烯在纳米复合纤维基体材料中分散不均匀，使得石墨烯片层卷曲或形成团聚，从而使得复合材料在应用中形成应力集中点，极大的削弱以石墨烯为增强相的纳米复合纤维材料的性能。此外，如果石墨烯与纳米复合纤维基体材料相容性差，石墨烯与基体材料结合欠紧密，将不能起到良好的传递和分散载荷的作用，表现在复合材料中石墨烯与纳米复合纤维基体材料在受力的过程中产生滑动而使得复合材料的力学性能降低和失效。

氨纶弹性纤维具有的软硬段镶嵌的链段结构使得纤维的初始模量很低，回复性能很好。通过对现有专利文献的检索发现，申请号为201510377756.2的中国发明专利申请公开了一种高性能聚氨酯弹性纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：将聚四亚甲基醚二醇与二异氰酸酯类物质反应生成异氰酸酯封端的预聚物，把至少部分表面含有氨基基团的纳米石墨烯、扩链胺溶液、预聚物在扩链器内混合进行扩链反应，反应后的聚合物加入添加剂混合，经储藏熟化后成聚氨酯纺丝原液，最后通过干纺纺丝得到聚氨酯弹性纤维。该方法把表面含有部分氨基基团的纳米石墨烯通过交联反应介入氨纶分子链中，同时形成了多维交联结构，能大幅度提高断裂强力(较未添加石墨烯提高了55％以上)、断裂强力保持率(较未添加石墨烯提高了55％以上)。然而，其方法步骤复杂，干法纺丝的制备过程含有对人体有害的有机溶剂，故其在部分方面的应用受到限制，且其纺丝速度相较与熔融纺丝较低，而熔纺氨纶无污染，为绿色纺丝，纺速高，成本低，经济效益好。

申请号为201610405168.X中国发明专利申请公开了一种石墨烯-锦纶纳米复合纤维的制备方法。其通过对氧化石墨烯或石墨烯进行改性，使得其与锦纶基体具有良好的相容性，进而得以在锦纶基体中良好分散，获得性能优异的石墨烯-锦纶复合纤维材料。其中，改性剂选自偶联剂、阳离子表面活性剂、溴代烷烃改性剂、氨基化合物改性剂、聚乙烯吡咯烷酮改性剂以及聚乙烯醇改性剂。虽然锦纶和氨纶都可以通过熔融纺丝法制备得到，但是不同种类的纤维制备工艺流程和工艺条件存在很大的差别。对于熔纺氨纶而言，存在直接纺丝法和切片纺丝法，直接纺丝法是先将异氰酸酯与聚乙二醇反应形成预聚体，再与扩链剂反应通过双螺杆挤出机造粒干燥熔融挤出等，切片纺丝就是先对切片进行干燥，再通过熔融挤出，对于锦纶而言，只有切片纺丝法。且氨纶在熔纺过程中为避免分子降解，其纺丝箱体设计比较紧凑均一，熔体在纺丝箱中的停留时间比较一致。

发明内容