[发明专利]一种石墨烯/聚合物多重取向填充改性化纤及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯/聚合物多重取向填充改性化纤及其制备方法，涉及纤维改性技术领域。本发明采用原位悬浮聚合对石墨烯进行包覆，大幅提升了石墨烯的分散效果；利用共聚单体增加石墨烯与聚合物微球之间的相容性，使石墨烯与PA微球之间形成较强相互作用；本发明采用低熔点、高韧性的石墨烯/聚合物微球取向填充改性化纤，可同时增加化纤的强度和韧性，并有望改善化纤产品的电、热传导性能；取向的石墨烯/聚合物微球可在单根纤维内部形成高长径比微纤结构，该结构一方面能抑制径向(纤维主要断裂方向)的裂缝形成，另一方面能够诱导化纤基体内聚合物分子的高度取向、结晶，增加纤维材料的强度。

技术领域

本发明涉及纤维改性技术领域，具体涉及一种石墨烯/聚合物多重取向填充改性化纤及其制备方法。

背景技术

伴随着纤维加工行业的不断发展，人工合成的各类化学纤维产量和产品种类在不断增加，纺织纤维相关领域的产品触角不断外延，使得各式各样的纤维产品正在逐步影响国民生活。对纤维材料的改性主要包含化学改性和物理改性两种。化学改性主要通过改变聚合物主链或侧链的化学结构来调节纤维的吸水性、结晶度、结晶速度和玻璃化转变温度等(印染,2019,45(23):6-10+25)，进而影响其使用过程中涉及到的强度、耐磨性、耐强酸(碱)性、阻燃性和光稳定性等性能(FibersTextiles in Eastern Europe,2020,28(140):29-34)，这类方法需要在原料合成阶段进行，因而对纤维加工整个工艺匹配度都有较高的要求。

物理改性通常只需在成型阶段进行，对前端工艺几乎无影响，其包括两相/多相共混改性和纳米粒子填充改性两类。共混改性是指通过将纤维基体和与之不相容或部分相容的一种或多种聚合物进行混合，制备得到相应聚合物合金，如戚栋明等(CN107435171B)以PAcr微球对聚酯纤维进行共混改性，利用取向微纤提升了纤维的力学性能；郭红等(中国塑料，2019,33(04):1-5)以马来酸酐接枝聚烯烃弹性体为增韧剂与PA66共混，所得改性PA66在高寒条件(-50℃)下的冲击强度提高了350％；张景春等(合成纤维工业,2019,42(05):1-6)以聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚四亚甲基醚二醇(PBT-PTMEG)为改性剂，与聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)进行共混纺丝，利用聚醚酯链段中的醚键赋予PBT纤维更高的柔软性达到仿羊毛的手感，所得最佳配方下的断裂强度下降3％，断裂伸长率增加83.7％；傅强等(ChineseJournal of Polymer Science,25(06),599)通过熔融共混拉伸-注射成型方法制备了PP/PA6/PP-g-MA复合材料，发现原位形成的PA6微纤能提高复合材料的力学性能。以上研究通过共混改性对纤维的力学性能有一定改善，但制备过程中需要引入一定相容剂(如马来酸酐)以增加共混体系的相容度，而相容剂通常只能应用于特定的组成条件，且部分共混组合条件下的相容剂合成困难，故而难以达到广泛调控的目的。同时由于无法兼顾纤维的强度和韧性，这些局限性都导致了理想的纤维材料获取困难。