[发明专利]一种石墨烯改性聚丙烯粗纤维及其制备方法

说明书

本申请涉及聚丙烯改性纤维技术领域，具体公开了一种石墨烯改性聚丙烯粗纤维及其制备方法，该粗纤维包括皮层和包覆于皮层内的芯层，所述芯层采用聚甲醛且占成品纤维直径20‑80%，所述皮层占成品纤维直径20‑80%，且包括如下重量份数的组分：聚丙烯树脂：50‑250份；石墨烯：0.5‑5份；聚乙烯吡咯烷酮：1‑10份；液体石蜡：0.1‑1份；硅灰石粉：1‑15份；抗氧化剂：0.1‑0.5份；紫外线吸收剂：0.1‑0.5份。粗纤维主要由石墨烯改性聚丙烯共混造粒、母粒和聚甲醛分别熔融后纺丝挤出两步得到。本申请中的改性纤维具有石墨烯分散性好、纤维强度高的优点。

技术领域

本申请涉及聚丙烯改性纤维技术领域，更具体地说，它涉及一种石墨烯改性聚丙烯粗纤维及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由sp2杂化的碳原子以蜂窝状六角结构紧密排列而形成的二维单原子层片状晶体材料。特殊的纳米结构使其具有优异的强度、导电、导热等特性，因此在复合材料、电子器件、能量储存和药物载体等领域表现出巨大的应用潜能。同时由于其良好的韧性和优异的性能特性，其在混凝土水泥基材料领域的应用也日益广泛。

将石墨烯应用于纤维的方法主要有以下两种：一种是在常规纤维表面涂覆石墨烯材料，但需要载体实现；另一种则是将石墨烯与纤维原料共混纺丝制成纤维。采用涂覆法制备的纤维，石墨烯在纤维表面的稳定较差的问题一直难以解决，而共混纺丝法则存在石墨烯团聚、纺丝不流畅、应用比例较高等问题，从而得到的纤维强度偏低、石墨烯分散性较差。

因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中石墨烯改性聚丙烯纤维强度低的技术问题，本申请的目的一在于提供一种石墨烯改性聚丙烯粗纤维，其具有石墨烯分散性好、纤维强度高的优点。

本申请的目的二在于提供一种石墨烯改性聚丙烯粗纤维的制备方法，其具有操作简单、适合大规模化生产的优点。

为实现上述目的一，本申请提供了如下技术方案：

一种石墨烯改性聚丙烯粗纤维，包括皮层和被包覆在皮层内的芯层，所述芯层采用聚甲醛且占成品纤维直径20-80％，所述皮层占成品纤维直径20-80％，且包括如下重量份数的组分：

聚丙烯树脂：50-250份；

石墨烯：0.5-5份；

聚乙烯吡咯烷酮：1-10份；

液体石蜡：0.1-1份；

硅灰石粉：1-15份；

抗氧化剂：0.1-0.5份；

紫外线吸收剂：0.1-0.5份。

本申请采用皮层和芯层组合制成纤维，皮层包裹在芯层外，皮层中的聚丙烯树脂为主要基料，并利用石墨烯对其进行改性，从而增加纤维的韧性和强度等力学性能；其中芯层采用强度和弹性模量相对较高的聚甲醛，利用聚甲醛与聚丙烯部分相容的特性，以增加聚丙烯纤维的冲击强度、弯曲强度和抗蠕变性，此外聚甲醛与无机材料有更好的相容性，采用上述配方中各组分制得的改性聚丙烯作为皮层，使得芯层端部能够部分裸露在纤维丝的表面，从而得到的纤维成品与无机材料具有良好的相容性，作为混凝土增强纤维，具有良好的使用效果。

聚乙烯吡咯烷酮为合成水溶性高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般性质，本申请利用其高分散性和亲水性，将石墨烯能够较好的分散于聚丙烯树脂基体中，然后共混造粒，进一步提高石墨烯的分散效果和纤维成品的亲水性；硅灰石粉可以参与后期的水化反应，进而优化纤维在水泥基材料中的界面粘接。

石墨烯及硅灰石粉均可以作为聚丙烯的结晶晶核，诱导结晶而提高结晶度，提升力学性能；石墨烯还可赋予粗纤维的电磁屏蔽效果，得到的产品能应用于军事国防等特殊领域。