CN106906567A - 一种含石墨烯纤维的多功能织带 - Google Patents

一种含石墨烯纤维的多功能织带 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含石墨烯纤维的多功能织带，其原料组份百分比为：氨纶纤维为1～5％，石墨烯纤维为20～40％，多功能聚酯纤维为10～40％，尼龙纤维为余量。本产品含有石墨烯纤维，具有激活免疫细胞、增强机体功能、防护紫外线、改善微循环、抗菌抑菌、抗静电、增温保温等特性。

Description

一种含石墨烯纤维的多功能织带
技术领域
本发明涉及功能织带生产技术领域，具体的说，是一种含石墨烯纤维的多功能织带。
背景技术
目前智能服装市场使用最为广泛的两种加热理疗类新材料，相对于石墨烯，碳纤维的研究和使用有很长的历史，在市场应用方面也相对成熟，但其加工方式、结构、性能有很大的局限性。石墨烯自2004年被发现以来，由于其极强的易用性和拓展性，在全球备受关注，被誉为21世纪的黑金。在纺织物的应用领域，二者各有千秋。据曼彻斯特大学石墨烯研究员宋亚斌先生表示，在制备工艺方面，石墨烯取材于石墨矿产，通过其独特的湿法纺丝技术等形成连续生产的工艺，相对于碳纤维可以更高效的用于纺织工业。
其次，在结构性能方面，碳纤维由片状的石墨微晶不规则地堆砌而成，这种结构对于孔隙率的控制极为严格，导致碳纤维的力学性能下降，且该结构造成碳纤维在径向的韧性较差，很容易在弯折时发生断裂；而石墨烯纤维中石墨烯片层结构在纤维轴向上高度取向，且横向晶体的尺寸远远大于传统碳纤维的横向晶体尺寸，使其具有很好的柔韧性，甚至可以在扭曲打结的状态下不断裂，这使得石墨烯纤维在高端纺织工业有着巨大的优势。
为了更增加直观的感受石墨烯和碳纤维在纺织物应用方面的不同，我们在市场分别采购两件以石墨烯材料和碳纤维材料加热的外套。两件外套整体包装上区别不大，都通过一个小的移动电源为服装提供基础电量，在40度左右基本能维持4个小时左右，耗电量上区别不大，但这件石墨烯外套更加智能，可以通过APP进行以1度为单位的精准调节，体验感更加。升温速度方面，石墨烯外套明显快很多，1分钟就有热感，2分钟基本全身都能感觉到温暖。此外，石墨烯外套发热感觉更加均匀。两种材料都有红外理疗功能，针对各种人体各种部位，像颈椎、腰部、腹部、膝盖等都有很好的理疗作用。由于我们体验时间较短，感受不明显。我们详细的阅读了两者的说明书，发现石墨烯外套具备杀菌功能。对于此，第三军医大学西南院区的罗阳教授表示，石墨烯杀菌是物理杀菌，相当安全，且不会产生耐药性。据罗教授说，石墨烯杀菌有三种方式，第一种是直接砍，由于石墨烯是纳米级的，而细菌是微米级，前者比后者小1000倍，石墨烯就如同一把很锋利的刀，直接把细菌砍死。第二种是饿死细菌，纳米级的石墨烯可以像布一般将细菌严密地包裹起来，使细菌吸收不到营养，活活饿死。第三种是缓慢消亡，由于石墨烯太小，细菌会将石墨烯吞进“肚”里，就像人吃了异物会拉肚子不舒服，导致细菌慢慢消亡。石墨烯杀菌的天然属性，对于用在纺织物上，有很大的优势。石墨烯纺织物材料还具备可水洗的优势，这一点是碳纤维材料不具备的。
总体来说，石墨烯在纺织物应用方面具备很大的优势，但在价格方面要比碳纤维材料高出不少，但我们相信随着未来石墨烯产业化的不断发展，价格一定不是问题。
可以说，石墨烯纤维的横空出世为改善碳纤维应用中存在的问题带来了希望。据了解，2015年11月东华大学发现可在光热刺激下“编辑”石墨烯形态，受控生产形态改变，使得石墨烯在智能可穿戴领域存在多种应用可能性。有很多中国服装品牌已经在石墨烯轻应用方面投入重金，以更快速地将研发成果投入产业化应用。石墨烯材料的研究与应用将瓦解现有产品而引领新技术的发展，而随着柔性显示技术推进，其优质的特性在高端纺织工业和智能穿戴领域有着巨大的应用前景；最重要的是，石墨烯纤维更优异的比强度和更强大的电学、热学性能，可在轻量级的电导体、织物超级电容器、智能生物传感器以及智能加热服等领域发挥作用。“石墨烯时代”的到来并非存留在想象中，而将真正的走向了人们的生活，改善生活。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种含石墨烯纤维的多功能织带。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种含石墨烯纤维的多功能织带，其原料组份百分比为：
所述的氨纶纤维的质量分数为3％。
所述的石墨烯纤维的质量分数为30％。原料购自山东圣泉集团。
所述的多功能聚酯纤维质量分数为25％。
所述的多功能聚酯纤维，其原料由多功能性聚酯母粒和聚酯切片组成；其中多功能性聚酯母粒在多功能聚酯纤维中的质量分数为1～5％。
所述的多功能性聚酯母粒，其原料为远红外陶瓷试剂和聚酯切片组成，其中远红外陶瓷试剂在多功能性聚酯母粒中的质量分数为1～5％。
所述的远红外陶瓷试剂的制备方法，其具体步骤为：
(1)以在氮气保护下，以五水硫酸铜为催化剂，乙酸钠为防醚剂，磷酸三苯酯为防老化剂，将胍基乙酸与季戊四醇加入到反应容器中，在反应温度为255～265℃，反应压力为0.2～0.35MPa，反应时间为1.0～1.5h的条件下进行酯化反应，酯化反应结束后，然后在270℃条件下真空脱除水汽，真空度为500Pa，脱除时间为0.5～1.0h，制备得到多功能粒子；
胍基乙酸与季戊四醇的摩尔比为3.5:1～3.99:1；
催化剂与季戊四醇的质量比为1:100～2:100；
防醚剂与季戊四醇的质量比为1:100～2:100；
防老化剂与季戊四醇的质量比为2:100～5:100；
(2)以水为分散剂，将多功能粒子，远红外陶瓷粉和茶炭粉末进行混合，制备得到糊状浆液，然后采用湿法研磨的方法，进行高速研磨，制备得到远红外陶瓷试剂；此工艺流程避免常规加入的分布不均的技术问题，同时具有良好远红外复合功能；同时也有利于提高产品的激活免疫细胞、增强机体功能等健康性能。
多功能粒子与水的质量比为25:100～45:100；
茶炭粉末与水的质量比为35:100～45:100；
远红外陶瓷粉与水的质量比为30:100～45:100；
湿法研磨过程中，填充率为65～75％，锆珠粒径为1～3mm，高速研磨转速为2500～4500r/min，研磨时间为6～12h。
所述的多功能性聚酯母粒的制备方法，其具体步骤为，由远红外陶瓷试剂和聚酯切片混合熔融造粒得到。
所述的多功能聚酯纤维的制备方法，其具体步骤为，由多功能性聚酯母粒和聚酯切片经过熔融纺丝制备，其中纺丝工艺为：环吹风风速为0.25～0.5米/分钟，环吹风风筒长度为110～165厘米，拉伸倍数为1.7～2.3倍，卷绕张力控制为19～24cN，纺丝卷绕速度为3000～4500米/分钟。
在多功能粒子中，其原料中的季戊四醇中的羟基较多，与聚酯聚合时具有良好的亲水功能。
远红外陶瓷粉以能够辐射出比正常物体更多的远红外线(红外辐射率更高)为主要特征功能。远红外线对人体保健原理:激活了生物大分子的活性。使生物体的分子能够被激发而处于较高振动状态。这样使激活了核酸蛋白质等生物大水分子的活性，从而发挥了生物大分子调节机体代谢、免疫等活动的功能，有利于机能的恢复和平衡，达到防病治病的目的.促进和改善血液循环。远红外作用于皮肤后，大部分能量被皮肤所吸收，被吸收的能量转化为热能，引起皮温升高，刺激皮肤内热感觉器，通过丘脑反射，使血管扩张，血液循环加快。另一方面由于热作用，引起血管活性物质的释放，血管张力低，浅小动脉、浅毛细管和浅静脉扩张，血液循环得以改善(通过中国医学科学院血液病研究所检测)20分钟可使微循环血流量提高114％。
一种含石墨烯纤维的多功能织带，将各种原料通过编织工艺制备出多功能织带。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本产品含有氨纶纤维，最终的产品具有良好的弹性功能。
本产品含有石墨烯纤维，具有激活免疫细胞、增强机体功能、防护紫外线、改善微循环、抗菌抑菌、抗静电、增温保温等特性。
本产品含有多功能聚酯纤维，具有良好的亲水功能。
附图说明
图1为本发明专利制备工艺流程示意图；
图2为本发明的多功能粒子的制备工艺流程图；
图3为本发明的功能性粒子的氢核磁共振图谱。
具体实施方式
以下提供本发明一种含石墨烯纤维的多功能织带的具体实施方式。
实施例1
请参见附图1，一种含石墨烯纤维的多功能织带，其原料组份百分比为：
所述的石墨烯纤维的质量分数为30％。原料购自山东圣泉集团。
所述的多功能聚酯纤维，其原料由多功能性聚酯母粒和聚酯切片组成；其中多功能性聚酯母粒在多功能聚酯纤维中的质量分数为1％。
所述的多功能性聚酯母粒，其原料为远红外陶瓷试剂和聚酯切片组成，其中远红外陶瓷试剂在多功能性聚酯母粒中的质量分数为1％。
所述的远红外陶瓷试剂的制备方法，其具体步骤为：
(1)以在氮气保护下，以五水硫酸铜为催化剂，乙酸钠为防醚剂，磷酸三苯酯为防老化剂，将胍基乙酸与季戊四醇加入到反应容器中，在反应温度为255～265℃，反应压力为0.2～0.35MPa，反应时间为1.0～1.5h的条件下进行酯化反应，酯化反应结束后，然后在270℃条件下真空脱除水汽，真空度为500Pa，脱除时间为0.5～1.0h，制备得到多功能粒子；
胍基乙酸与季戊四醇的摩尔比为3.5:1；
催化剂与季戊四醇的质量比为1:100；
防醚剂与季戊四醇的质量比为1:100；
防老化剂与季戊四醇的质量比为2:100；
(2)以水为分散剂，将多功能粒子，远红外陶瓷粉和茶炭粉末进行混合，制备得到糊状浆液，然后采用湿法研磨的方法，进行高速研磨，制备得到远红外陶瓷试剂；
多功能粒子与水的质量比为25:100；
茶炭粉末与水的质量比为35:100；
远红外陶瓷粉与水的质量比为30:100；
湿法研磨过程中，填充率为65～75％，锆珠粒径为1～3mm，高速研磨转速为2500～4500r/min，研磨时间为6～12h。
所述的多功能性聚酯母粒的制备方法，其具体步骤为，由远红外陶瓷试剂和聚酯切片混合熔融造粒得到。
所述的多功能聚酯纤维的制备方法，其具体步骤为，由多功能性聚酯母粒和聚酯切片经过熔融纺丝制备，其中纺丝工艺为：环吹风风速为0.25～0.5米/分钟，环吹风风筒长度为110～165厘米，拉伸倍数为1.7～2.3倍，卷绕张力控制为19～24cN，纺丝卷绕速度为3000～4500米/分钟。
图2为多功能粒子的化学反应图，图3为多功能粒子的氢核磁共振图谱，分子中各类氢原子对应的化学位移如图1中表示，其中a(δ为5.09ppm)，b(δ为4.01ppm)，c(δ为3.92ppm)，d(δ为3.78ppm)，e(δ为3.61ppm)；其中分子中未检测到季戊四醇羟基和胍基乙酸上羧酸基团的特征吸收峰，同时a(δ为5.09ppm)，c(δ为3.92ppm)和d(δ为3.78ppm)特征吸收峰为胍基的特征吸收峰，且a，c和d的特征吸收峰的峰面积比为2.01:0.99:0.99，因此对应的胍基分子结构，说明了胍基基团的存在，同时分子中仍检测到b(δ为4.01ppm)季戊四醇上亚甲基的特征吸收，因此说明了季戊四醇与胍基乙酸的酯化反应；并且季戊四醇上亚甲基b的特征峰面积与胍基乙酸e的特征峰面积比值为2.02:2.00，因此也说明了季戊四醇上的四个羟基与胍基乙酸均发生了酯化反应，因此其比例为1:4。
实施例2
请参见附图1，一种含石墨烯纤维的多功能织带，其原料组份百分比为：
所述的多功能聚酯纤维，其原料由多功能性聚酯母粒和聚酯切片组成；其中多功能性聚酯母粒在多功能聚酯纤维中的质量分数为3％。
所述的多功能性聚酯母粒，其原料为远红外陶瓷试剂和聚酯切片组成，其中远红外陶瓷试剂在多功能性聚酯母粒中的质量分数为3％。
所述的远红外陶瓷试剂的制备方法，其具体步骤为：
(1)以在氮气保护下，以五水硫酸铜为催化剂，乙酸钠为防醚剂，磷酸三苯酯为防老化剂，将胍基乙酸与季戊四醇加入到反应容器中，在反应温度为255～265℃，反应压力为0.2～0.35MPa，反应时间为1.0～1.5h的条件下进行酯化反应，酯化反应结束后，然后在270℃条件下真空脱除水汽，真空度为500Pa，脱除时间为0.5～1.0h，制备得到多功能粒子；
胍基乙酸与季戊四醇的摩尔比为3.79:1；
催化剂与季戊四醇的质量比为1.5:100；
防醚剂与季戊四醇的质量比为1.5:100；
防老化剂与季戊四醇的质量比为3:100；
(2)以水为分散剂，将多功能粒子，远红外陶瓷粉和茶炭粉末进行混合，制备得到糊状浆液，然后采用湿法研磨的方法，进行高速研磨，制备得到远红外陶瓷试剂；
多功能粒子与水的质量比为35:100；
茶炭粉末与水的质量比为40:100；
远红外陶瓷粉与水的质量比为35:100；
湿法研磨过程中，填充率为65～75％，锆珠粒径为1～3mm，高速研磨转速为2500～4500r/min，研磨时间为6～12h。
所述的多功能性聚酯母粒的制备方法，其具体步骤为，由远红外陶瓷试剂和聚酯切片混合熔融造粒得到。
所述的多功能聚酯纤维的制备方法，其具体步骤为，由多功能性聚酯母粒和聚酯切片经过熔融纺丝制备，其中纺丝工艺为：环吹风风速为0.25～0.5米/分钟，环吹风风筒长度为110～165厘米，拉伸倍数为1.7～2.3倍，卷绕张力控制为19～24cN，纺丝卷绕速度为3000～4500米/分钟。
实施例3
请参见附图1，一种含石墨烯纤维的多功能织带，其原料组份百分比为：
所述的多功能聚酯纤维，其原料由多功能性聚酯母粒和聚酯切片组成；其中多功能性聚酯母粒在多功能聚酯纤维中的质量分数为5％。
所述的多功能性聚酯母粒，其原料为远红外陶瓷试剂和聚酯切片组成，其中远红外陶瓷试剂在多功能性聚酯母粒中的质量分数为5％。
所述的远红外陶瓷试剂的制备方法，其具体步骤为：
(1)以在氮气保护下，以五水硫酸铜为催化剂，乙酸钠为防醚剂，磷酸三苯酯为防老化剂，将胍基乙酸与季戊四醇加入到反应容器中，在反应温度为255～265℃，反应压力为0.2～0.35MPa，反应时间为1.0～1.5h的条件下进行酯化反应，酯化反应结束后，然后在270℃条件下真空脱除水汽，真空度为500Pa，脱除时间为0.5～1.0h，制备得到多功能粒子；
胍基乙酸与季戊四醇的摩尔比为3.99:1；
催化剂与季戊四醇的质量比为2:100；
防醚剂与季戊四醇的质量比为2:100；
防老化剂与季戊四醇的质量比为5:100；
(2)以水为分散剂，将多功能粒子，远红外陶瓷粉和茶炭粉末进行混合，制备得到糊状浆液，然后采用湿法研磨的方法，进行高速研磨，制备得到远红外陶瓷试剂；
多功能粒子与水的质量比为45:100；
茶炭粉末与水的质量比为45:100；
远红外陶瓷粉与水的质量比为45:100；
湿法研磨过程中，填充率为65～75％，锆珠粒径为1～3mm，高速研磨转速为2500～4500r/min，研磨时间为6～12h。
所述的多功能性聚酯母粒的制备方法，其具体步骤为，由远红外陶瓷试剂和聚酯切片混合熔融造粒得到。
所述的多功能聚酯纤维的制备方法，其具体步骤为，由多功能性聚酯母粒和聚酯切片经过熔融纺丝制备，其中纺丝工艺为：环吹风风速为0.25～0.5米/分钟，环吹风风筒长度为110～165厘米，拉伸倍数为1.7～2.3倍，卷绕张力控制为19～24cN，纺丝卷绕速度为3000～4500米/分钟。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种含石墨烯纤维的多功能织带，其特征在于，其原料组份百分比为：
氨纶纤维 1～5%
石墨烯纤维 20～40%
多功能聚酯纤维 10～40%
尼龙纤维 余量。
2.如权利要求1所述的一种含石墨烯纤维的多功能织带，其特征在于，所述的氨纶纤维的质量分数为3%。
3.如权利要求1所述的一种含石墨烯纤维的多功能织带，其特征在于，所述的石墨烯纤维的质量分数为30%。
4.如权利要求1所述的一种含石墨烯纤维的多功能织带，其特征在于，所述的多功能聚酯纤维质量分数为25%。
5.如权利要求1所述的一种含石墨烯纤维的多功能织带，其特征在于，所述的多功能聚酯纤维，其原料由多功能性聚酯母粒和聚酯切片组成；多功能性聚酯母粒在多功能聚酯纤维中的质量分数为1～5%。
6.如权利要求5所述的一种含石墨烯纤维的多功能织带，其特征在于，所述的多功能性聚酯母粒，其原料为远红外陶瓷试剂和聚酯切片组成，远红外陶瓷试剂在多功能性聚酯母粒中的质量分数为1～5%。
7.如权利要求6所述的一种含石墨烯纤维的多功能织带，其特征在于，所述的远红外陶瓷试剂的制备方法，其具体步骤为：
（1）以在氮气保护下，以五水硫酸铜为催化剂，乙酸钠为防醚剂，磷酸三苯酯为防老化剂，将胍基乙酸与季戊四醇加入到反应容器中，在反应温度为255～265℃，反应压力为0.2～0.35MPa，反应时间为1.0～1.5h的条件下进行酯化反应，酯化反应结束后，然后在270℃条件下真空脱除水汽，真空度为500Pa，脱除时间为0.5～1.0h，制备得到多功能粒子；
胍基乙酸与季戊四醇的摩尔比为3.5:1～3.99:1；
（2）以水为分散剂，将多功能粒子，远红外陶瓷粉和茶炭粉末进行混合，制备得到糊状浆液，然后采用湿法研磨的方法，进行高速研磨，制备得到远红外陶瓷试剂；
多功能粒子与水的质量比为25:100～45:100；
茶炭粉末与水的质量比为35:100～45:100；
远红外陶瓷粉与水的质量比为30:100～45:100。
8.如权利要求7所述的一种含石墨烯纤维的多功能织带，其特征在于，湿法研磨过程中，填充率为65～75%，锆珠粒径为1～3mm，高速研磨转速为2500～4500r/min，研磨时间为6～12h。
9.如权利要求5所述的一种含石墨烯纤维的多功能织带，其特征在于，所述的多功能性聚酯母粒的制备方法，其具体步骤为，由远红外陶瓷试剂和聚酯切片混合熔融造粒得到。
10.如权利要求1所述的一种含石墨烯纤维的多功能织带，其特征在于，所述的多功能聚酯纤维的制备方法，其具体步骤为，由多功能性聚酯母粒和聚酯切片经过熔融纺丝制备，其中纺丝工艺为：环吹风风速为0.25～0.5米/分钟，环吹风风筒长度为110～165厘米，拉伸倍数为1.7～2.3倍，卷绕张力控制为19～24cN，纺丝卷绕速度为3000～4500米/分钟。
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