[发明专利]一种石墨烯碳纳米复合布艺材料的制备方法

说明书

本发明在尼龙6纤维中通过原位聚合法添加褶球状的石墨烯以及玻璃纤维得到增强的尼龙6复合丝，并以该复合丝为经纱，尼龙和玻璃纤维为纬纱织造复合布艺材料，同时，在石墨烯碳纳米复合丝制备中加入改性单体，本发明采用原位聚合法，提高了石墨烯在复合丝中的分散性，同时，本发明采用原位聚合法加入褶球状的石墨烯大大降低了氧化石墨烯片间的堆叠作用，提高了复合布艺的机械性能、耐高温性能、抗紫外老化性能等。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种石墨烯碳纳米复合布艺材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子组成的二维单层层状材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯自身拥有高强度、高导热率以及良好的气体阻隔性等特性，是一种理想的层状纳米填料。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。尼龙6(聚酰胺6)是尼龙工程塑料中产量最大和应用最广的产品，其综合性能好、性价比高。可以应用于汽车工业、电器工业、机械行业、纺织行业以及民用生活材料等诸多领域。

因此，将改性增强材料均匀的分散在尼龙体6系中得到的尼龙纳米复合材料能够大大提升尼龙6的诸多性能，如热性能、力学性能、阻燃性、导电性及阻隔性能等，从而提高尼龙纳米复合材料的附加值，是现今尼龙6材料的重要发展方向。

尼龙6复合材料的综合性能取决于改性材料在聚合物基体中的分散性、界面间的粘结性以及改性剂自身的性能，无机改性剂容易团聚，若分散不佳复合材料不仅断裂伸长率低，且不能用于高速纺丝，因为石墨烯团聚体容易堵塞纺丝头。目前尚无同时加入石墨烯与玻璃纤维增强尼龙6的产品，其多种改性剂同时加入对尼龙6的可纺性产生较大影响，增大添加剂的添加量和种类极大地影响了聚合物的机械性能和可纺性。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术不足，提供一种石墨烯碳纳米复合布艺材料的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯碳纳米复合布艺材料的制备方法，采用含有石墨烯碳纳米材料的复合丝作为经丝与纬丝经纬交织织造获得。

进一步的，石墨烯碳纳米材料的复合丝中还含有玻纤；

进一步的，所述石墨烯碳纳米复合布艺材料的纬丝由尼龙和玻璃纤维组成，可以为并列或股线；

进一步的，所述石墨烯碳纳米材料的复合丝的制备方法如下：

(1)将70-150质量份的己内酰胺和改性单体A在265-290℃进行熔融聚合，将2-7质量份的褶球状石墨烯和改性单体B加入反应釜内，在270-295℃下减压聚合得到含石墨烯碳纳米材料的复合材料，送入螺杆挤出机得到石墨烯碳纳米复合材料母粒；

(2)将30-120质量份石墨烯碳复合材料母粒、4-50质量份玻璃纤维与100-250质量份己内酰胺单体混合加热升温聚合反应得到聚合物熔体，送入纺丝箱体内进行熔融纺丝，得到石墨烯碳纳米材料的复合丝。

进一步的，褶球状氧化石墨烯通过雾化干燥获得，具体的，通过雾化干燥法将尺寸为1～40微米的单层氧化石墨烯分散液干燥，得到褶球状氧化石墨烯，其碳氧比为3-6。

进一步的，改性单体A为对苯二甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸中的一种或几种的混合物，改性单体B为聚四氢呋喃醚二醇，改性单体A的加入量为30-80质量份，改性单体B的加入量为40-70质量份。