一種石墨烯/聚對苯二甲酸乙二酯復(fù)合纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合纖維的制備領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯/聚對苯二甲酸乙二酯復(fù)合纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PET纖維的應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，但存在抗紫外、抗靜電性能差，干熱收縮率高等不足。目前改善聚合物性能主要從高性能及功能化方面進行，改善機械性能及熱穩(wěn)定性的主要有納米粘土、納米二氧化硅、碳納米管等;抗紫外線功能化由炭黑、二氧化硅、二氧化鈦等無機納米顆粒完成;抗靜電利用膨脹石墨、碳納米管等碳材料完成功能化;此外，磁性、抗菌等功能摻雜磁性金屬顆粒、納米銀等賦予其特殊功能。申請(專利)號CN201010214235.2利用納米氮化鈦抗紫外聚酯制備高性能衣物；申請(專利)號CN201310410448.6自制了納米銀系抗菌母粒，用于制備抗菌防臭纖維；申請(專利)號CN201310239570.1同時使用有機、無機阻燃劑，相互配合，制備阻燃PET材料。這些納米粒子存在密度大、比表面積較小的缺陷，導(dǎo)致無機粉體添加量高，可紡性降低以及機械性能受損等缺陷，且需多種納米粒子相互配合達到多功能改性目的。由于石墨烯的比表面積非常高，而且具有導(dǎo)電、紫外吸收、增強效果佳等多功能特性，使得石墨烯改性成為研究熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種石墨烯/聚對苯二甲酸乙二酯復(fù)合纖維及其制備方法，該方法原料廉價易得，所獲得的纖維分散性良好，且具有多功能性;該方法可得到納米粒子添加量少，改性效果好的納米復(fù)合纖維。
[0004]本發(fā)明的一種石墨烯/聚對苯二甲酸乙二酯復(fù)合纖維，所述復(fù)合纖維中按質(zhì)量份包括:復(fù)合母粒5?20份，PET切片80?95份；其中，復(fù)合母粒中石墨烯的含量為lwt %?20wt% ο
[0005]本發(fā)明的一種石墨烯/聚對苯二甲酸乙二酯復(fù)合纖維的制備方法，包括:
[0006](1)將石墨經(jīng)過Hummers法得到氧化石墨;將氧化石墨在去離子水中超聲分散，得至Ij0.lwt%?l.0wt%的氧化石墨水溶液；
[0007](2)將步驟(1)中的氧化石墨水溶液分散在1?10倍(水溶液的體積倍數(shù))的高沸點有機溶劑中，超聲，170?250°C回流5分鐘?24小時，減壓蒸發(fā)蒸出大部分高沸點有機溶劑，將沉淀洗滌過濾，除去高沸點有機溶劑及反應(yīng)副產(chǎn)物，烘干，得到石墨烯；
[0008](3)將步驟(2)中得到的石墨烯超聲分散在PET的溶劑中，得到石墨烯分散液，然后加入PET切片或粉末，攪拌，油浴加熱150-170°C回流l_5h至完全溶解，冷卻至室溫，呈凍膠狀，超聲，洗滌，干燥，得到石墨稀的含量為lwt %?20wt%的復(fù)合母粒；
[0009](4)將步驟(3)中的復(fù)合母粒和PET切片真空干燥，然后送入螺桿擠出機在270?300°C進行加熱30s?30min，擠出并進行卷繞，牽伸，得到石墨稀/聚對苯二甲酸乙二酯復(fù)合纖維;其中，復(fù)合母粒的質(zhì)量份為5?20份，PET切片的質(zhì)量份為80?95份。
[0010]所述步驟(1)中石墨長寬尺寸小于(長和寬均小于)ΙΟμπι。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述石墨長寬尺寸小于(長和寬均小于)2μπι。
[0012]所述步驟(2)中高沸點有機溶劑為Ν-甲基吡咯烷酮、乙二醇和二乙二醇中的至少一種。
[0013]所述步驟(3)中PET的溶劑為Ν-甲基吡咯烷酮、鄰氯苯酚、苯酚、四氯乙烷、三氯乙酸和三氟乙酸中的至少一種。
[0014]優(yōu)選的，所述PET的溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
[0015]所述步驟(3)中洗滌為用低沸點有機溶劑或水洗滌；其中，低沸點有機溶劑為甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、四氫呋喃和丙醇中的至少一種。
[0016]所述步驟(3)中復(fù)合母粒中石墨稀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%?10%。
[0017]優(yōu)選的，所述復(fù)合母粒中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。
[0018]所述步驟(4)中真空干燥為真空度>0.85MPa的真空轉(zhuǎn)鼓干燥機進行干燥處理，在80?160°C梯度干燥20?24h。
[0019]所述步驟(4)中牽伸溫度為120?200°C，牽伸倍數(shù)為4?7倍。
[0020]所述步驟(4)中卷繞的速度為200?5000m/min。
[0021]本發(fā)明的特點是利用熱還原氧化石墨的方法得到石墨烯，與PET進行溶液共混得到母粒，利用母粒法熔融拉絲得到分散均勻的復(fù)合纖維。石墨烯本身優(yōu)異的機械性能，超高的電導(dǎo)率，熱學(xué)，抗紫外性能均將賦予纖維多功能性;并且石墨烯超高的比表面積，及較低的密度，使得制得的纖維密度與其他添加物的復(fù)合纖維相比具有較低的密度，較低的納米粒子含量即可獲得性能的改善。
[0022]本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯改性PET纖維的制備方法，利用石墨烯多方面優(yōu)異性能，克服石墨烯易團聚的特點，制備分散均勻的石墨烯聚合物納米復(fù)合纖維。將石墨烯與PET纖維復(fù)合，從而獲得功能性復(fù)合材料的研究引起了科研人員的重視。
[0023]本發(fā)明的特點是制備石墨烯復(fù)合纖維的方法，得到分散良好且具有一定強度及功能的纖維。由于石墨烯具有良好的機械性能，超高的電導(dǎo)率以及較高的紫外吸收率，使得本發(fā)明的納米復(fù)合纖維在功能纖維和織物應(yīng)用中有很大的潛能。
[0024]有益效果
[0025](1)本發(fā)明制得的復(fù)合纖維密度與其他添加物的復(fù)合纖維相比具有較低的密度，較低的納米粒子含量即可獲得性能的改善；
[0026](2)本發(fā)明原料廉價易得，所獲得的纖維分散性良好，抗紫外性能好且具有多功能性。
【附圖說明】
[0027]圖1為實施例1中不同石墨烯含量復(fù)合母粒斷面的掃描電鏡照片，其中a-c對應(yīng)石墨稀添加量為0.1wt.%，d-f對應(yīng)石墨稀添加量為0.5wt.%，g_i對應(yīng)石墨稀添加量為1.0wt.%，j_l對應(yīng)石墨稀添加量為5.0wt.%，m_o對應(yīng)石墨稀添加量為為8.0wt.% ；
[0028]圖2為實施例1中不同石墨烯含量的復(fù)合纖維的光學(xué)顯微鏡圖，其中a-f對應(yīng)的石墨稀添加量分別為0 %、0.1 wt.%、0.2wt.%、0.5wt.%、0.8wt.% 和 1.0wt.% ；
[0029]圖3為實施例1中石墨烯含量為0.2wt.%的PET復(fù)合纖維斷面的掃描電鏡圖；其中，a，b，c為不同放大倍數(shù)；
[0030]圖4為實施例1中不同石墨烯含量PET復(fù)合纖維的水懸浮液的紫外可見吸收光譜。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0032]實施例1
[0033](1)氧化石墨的制備:
[0034]將30g硝酸鈉和濃硫酸675mL加入三口燒瓶，冰水浴下緩慢攪拌，加入75g高錳酸鉀，15g石墨，冰水浴30min，室溫下機械攪拌，水浴加熱至35°C，保持5h后倒入1300mL去離子水中，加熱至98°C，保持?jǐn)嚢瑁s30min后加雙氧水至無氣體冒出，反應(yīng)結(jié)束。用10%的稀鹽酸洗滌產(chǎn)物，以除去金屬離子，洗滌完成后烘干得氧化石墨。
[0035](2)石墨烯的制備:
[0036]將l.0g氧化石墨利用探頭超聲剝離分散到100g水中，功率約為40W，超聲時間1.5小時，得分散液