CN107164835A - 一种石墨烯聚合物纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纤维加工领域，特别涉及一种石墨烯聚合物纤维及其制备方法。一种石墨烯聚合物纤维的制备方法，包括以下步骤：以石墨烯材料和聚合物树脂的混合物作为芯层，水溶性聚酯切片作为皮层，纺制得到双组份复合纤维；双组份复合纤维去除表层的水溶性聚酯，即得。该方法以石墨烯材料和树脂作为芯层，水溶性聚酯切片作为皮层，纺制，再经过水溶处理技术去除皮层，制备高异形度导电石墨烯纤维，方法简便易行，制备出来的纤维，具有异形度高，增强了纤维对汗液的虹吸效应，采用此纤维制备的织物手感柔软、舒适干爽；导电性强；抗菌抑菌；吸湿排汗等特点。由此纤维制备的织物实现了单根纤维的多功能复合，极大增加了产品附加值。

Description

一种石墨烯聚合物纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及纤维加工领域，具体而言，涉及一种石墨烯聚合物纤维及其制备方法。
背景技术
导电纤维通常是指在标准状态下(20℃、65％相对湿度)电阻率小于107Ω·cm的纤维，此纤维具有良好的导电性和耐久性，特别是在低湿度下广泛应用于工业和民用领域。导电纤维的抗静电机理是使纤维之间产生电晕放电，当静电压达到一定值后，即产生无火花的电晕放电使静电消除。目前，抗静电织物多采用复合纺丝技术将导电物质加入到纤维中，使纤维兼具优良的加工性能和导电性能。
石墨烯是由厚度为单个碳原子组成的二维片层材料。特殊的片层结构，使的石墨烯具有优异的导电、导热、抗菌抑菌以及机械性能等。石墨烯的电阻率极低，电子迁移速度快，因此用于制作新一代导电性能优异的电子元件。同时，石墨烯特殊的片层结构可以有效的破坏细菌细胞壁，使细菌的RNA外泄，从而使细菌失活，起到抗菌抑菌的作用。石墨烯优异的特性，使其在纺织领域有了较为广阔的应用，将少量的石墨烯加入到纤维中，就可以起到良好的导电、导热、抗菌、促进血液微循环、远红外保健等功能，极大地促进了纺织产业的发展。
专利CN105525381A公开了一种石墨烯复合聚酯纤维，所述聚酯纤维中含有石墨烯；所述石墨烯是通过碳纳米结构复合物的形式引入；所述碳纳米结构复合物中包括石墨烯，以及SP3杂化结构的碳。本发明专利提供的含有石墨烯复合纤维的制备方法无需对碳纳米结构的复合物进行改性，降低成本，简化了工艺流程，实现了碳纳米结构与聚酯复合工艺与常规聚酯母粒和纺丝工艺的无缝对接。
专利CN105002595A公开了一种含部分还原石墨烯的高分子复合功能纤维及其制备方法。本发明纤维包括A组分、B组分，以部分外漏型、并列型或皮芯型相结合，且每个纤维外表面积的20～100％B组分。该方法是将0.1～1wt％部分还原石墨烯的聚酯和含4～20wt％的含部分还原石墨和TiO2的纳米复合填料的聚酯结晶、干燥后进行熔融复合纺丝，然后在80～160℃下牵伸、松弛热定型即可。本发明所得纤维可以在较高纺丝速度下生产，生产效率高；具有较低单丝纤度、较高强度和较低电阻率，满足抗静电要求；同时具有抗菌和阻燃性能，因而具有良好的应用前景。
专利CN105603568A公开了一种改性中空棉及其制备方法。本发明通过物理方法实现了石墨烯颗粒在涤纶基材中的均匀分散，将石墨烯引入到中空棉中，尤其是将生物质石墨烯引入到中空棉中，使得改性后的中空棉具有低温远红外功能，其远红外法向发射率在0.85以上；抗菌性能大于90％以上，且保温性能和透气性均表现优异，生物质石墨烯含量1.4％时保温率与白鸭绒相当，在90％左右，但是透气率在240mm/s左右，远高于鸭绒。
专利CN106367836A公开了一种中空生物质石墨烯聚酯纤维的制造方法，所述生物质石墨烯聚酯纤维，以生物质石墨烯母粒和聚酯切片经干燥，采用异形喷丝板经纺丝、牵伸而制备的截面为中空型的石墨烯聚酯纤维。由此纤维纺制的面料具有吸附异味、远红外、抗菌抑菌、防静电以及中空纤维的保暖、蓬松的功能。所制备的纤维经测试，纤维异形度>8％，抑菌率>92％，比电阻<6×107Ω·cm。
专利CN104164707A公开了石墨烯导电聚酯纤维及其制备方法，本发明的目的提供了一种导电性好、抗静电持久的石墨烯导电聚酯纤维及其制备方法；石墨烯微粒尺寸小于1μm，分散性较好，按照1～5:1～5:1的质量比将石墨烯、碳纳米管、表面活性剂搅拌、混合、分散得到导电粒子；将导电粒子加入到聚酯粉料中，采用双螺杆造粒工艺制取石墨烯超导母粒；纺丝技术步骤采用双组份复合纺丝技术或者单组分共混纺丝技术制得石墨烯导电聚酯纤维；本发明具有生产工艺流程简单，能耗低、用工少，适合大批量生产等特点。
专利CN10297844A公开了一种导电聚酯纤维的制造方法，该方法是在聚酯中添加包括ATO导电粉，超导电炭黑，氧化锌晶须，钛酸钾晶须等导电材料，制成导电聚酯；将导电聚酯为皮层与其它聚酯经复合纺丝技术制成导电纤维，使纤维的皮层部分含有导电物质，这样使纤维在具有导电特性的同时，又兼有合成纤维优异物理和加工性能，获得既能大幅度降低聚酯纤维的电阻率还能提高纤维的断裂强度。
专利CN103194891A公开了一种银系抗菌抗静电纤维的生产方法、银系抗菌抗静电纤维及其制备的服装，将金属银沉积在纤维上，制备了兼具抗菌和抗静电效果的纤维。
目前还没有专利报道采用双组份复合纺丝技术和后整理水溶处理技术相结合的方法来制备高异形度导电石墨烯纤维。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种石墨烯聚合物纤维的制备方法，采用双组份复合纺丝技术和后整理水溶处理技术相结合的方法来制备高异形度导电石墨烯纤维，制得的石墨烯聚合物纤维综合性能优良。
本发明的第二目的在于提供一种所述的制备方法制得的石墨烯聚合物纤维，具有异形度高、导电性强、抗菌抑菌、吸湿排汗等特点，由此纤维制备的织物实现了单根纤维的多功能复合，极大增加了产品附加值。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种石墨烯聚合物纤维的制备方法，包括以下步骤：
(a)以石墨烯材料和聚合物树脂的混合物作为芯层，水溶性聚酯切片作为皮层，纺制得到双组份复合纤维；
(b)所述双组份复合纤维去除表层的水溶性聚酯，即得。
本发明提供的石墨烯聚合物纤维的制备方法，石墨烯材料和树脂作为芯层，水溶性聚酯切片作为皮层，纺制，再经过水溶处理技术去除皮层，制备高异形度导电石墨烯纤维，方法简便易行，制备出来的纤维，具有异形度高，增强了纤维对汗液的虹吸效应，采用此纤维制备的织物手感柔软、舒适干爽；导电性强；抗菌抑菌；吸湿排汗等特点。由此纤维制备的织物实现了单根纤维的多功能复合，极大增加了产品附加值。
优选地，步骤(a)中，所述芯层的制备方法为：聚合物树脂与石墨烯材料制得石墨烯母粒，所述石墨烯母粒和聚合物树脂混合作为芯层。先将聚合物树脂与石墨烯材料制得石墨烯母粒，再与聚合物树脂混合作为芯层纺制，既使得石墨烯易于分散均一，并且易于制备，节约工作量，产品质量更容易控制。
优选地，步骤(a)中，所述石墨烯母粒中，石墨烯材料的质量分数为10％-50％。如在不同的实施例中，石墨烯母粒中石墨烯材料的质量分数可以为10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％等等。
石墨烯材料与聚合物树脂两者比例适当，综合性能才更优良，优选地，所述石墨烯母粒中，石墨烯材料的质量分数为20％-40％，更优选地，所述石墨烯母粒中，石墨烯材料的质量分数为20％-30％。
石墨烯独特的片层结构与细菌接触时，可以破坏细菌细胞壁，赋予纤维抗菌抑菌的特性。
本发明中的石墨烯材料包括现有技术中存在的石墨烯种类，进一步地，所述石墨烯材料包括石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、生物质石墨烯及其衍生物的一种或多种。
优选地，所述石墨烯材料为生物质石墨烯及其衍生物。
优选地，所述石墨烯材料以粉体形式存在，所述粉体的平均粒径为30-300nm。如在不同的实施例中，石墨烯粉体的平均粒径可以为30nm、50nm、80nm、100nm、150nm、180nm、200nm、250nm、280nm、300nm等等。
进一步地，步骤(a)中，所述石墨烯母粒通过以下方法制备：
聚合物树脂切片与石墨烯粉体分别干燥后，加入偶联剂，混合，再加入分散剂，混合均匀，造粒即得。
试验发现，偶联剂与分散剂之间有一定的竞争效应，先添加偶联剂再加入分散剂，使得聚合物树脂切片与石墨烯粉体之间具有很好的相容性，通过该方法制得的石墨烯母粒性能优良。
优选地，所述聚合物树脂切片干燥为：将所述聚合物树脂切片在100-120℃，干燥5-15h。在不同的实施例中，可以是在100℃，干燥15h；在100℃，干燥10h；在110℃，干燥10h；在110℃，干燥8h；在120℃，干燥5h；在120℃，干燥8h等等。
优选地，所述石墨烯粉体干燥为：将所述石墨烯粉体在90-110℃，干燥8-15h。在不同的实施例中，可以是在100℃，干燥15h；在100℃，干燥10h；在110℃，干燥8h；在110℃，干燥10h；在90℃，干燥15h；在90℃，干燥10h等等。
优选地，所述干燥均在真空转鼓干燥箱中进行。该种干燥方式很好的保持产品批量的稳定性和一致性，大幅度提高了干燥制品产量的同时，又使得生产成本全面下降。
优选地，步骤(a)中，所述偶联剂在所述石墨烯母粒中的含量为0.5wt％-2wt％。
优选地，所述偶联剂为聚碳酸酯。
进一步地，所述分散剂的添加量为所述偶联剂重量的2倍。
优选地，所述分散剂为聚乙二醇。
通过添加适量的偶联剂和分散剂，聚合物树脂切片与石墨烯粉体之间具有很好的相容性，石墨烯粉体与聚合物树脂中更容易分散均匀。
为了充分的混合均匀，优选地，所述混合是以转速为5000-15000r/min，混合10-30min。
捏合机是一种特殊的混合搅拌设备，最常用的是采用两个Σ桨叶，采用并排相切差速型排列，即一个搅拌桨的速度快，一个搅拌桨的速度慢，以便于产生剪切力，不同的桨速使得混炼的物料能够迅速剪切，从而使物料能够混合均匀。优选地，所述混合采用捏合机进行。
进一步地，步骤(b)中，所述石墨烯母粒、所述聚合物树脂和所述水溶性聚酯切片在纺制前还进行干燥。
进一步地，所述干燥为：所述石墨烯母粒和所述聚合物树脂的干燥是在100-120℃，干燥5-15h；所述水溶性聚酯切片的干燥为由室温2h升温至80±2℃，恒温2h，2h升至110±5℃恒温6h，2h升至140±5℃恒温16h，4h降至80℃。
通过将石墨烯母粒、聚合物树脂以及水溶性聚酯充分的干燥，为纺制的进行提供良好的基础。
进一步地，步骤(b)中，所述双组份复合纤维采用双组份复合熔融纺丝机进行纺制。
进一步地，所述纺制包括熔融、喷丝、上油、卷绕步骤。
进一步地，所述熔融的过程中对物料进行氮气保护，氮气通入的速率为50～100mL/min。
进一步地，所述芯层材料的螺杆在三个区的温度依次为255-275℃、264-284℃、262-282℃，所述皮层的螺杆在三个区的温度依次为255-265℃、280-285℃、280-285℃。
进一步地，所述喷丝的纺丝箱体温度为270-280℃，喷丝板挤出，侧吹风温度18±2℃，风速为0.7-0.9m/s，湿度为65％±3％。
所述上油为：油轮转速为20±2r/min。
所述卷绕为：纺丝速度为2800-3200m/min，后牵伸倍数为1.5-1.8、热箱温度在160-200℃条件下加工。
进一步地，步骤(b)中，所述喷丝板为复合皮芯双组份喷丝板，所述喷丝板的喷孔为非圆形。
优选地，所述喷丝板的喷孔为三叶型、三角型、米字型中的任一种或多种。
优选地，步骤(a)，所述皮层和芯层的体积比为1:0.5-1。在不同的实施例中，皮层和芯层的体积比可以为1:0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:1等等。该比例的皮芯比制得的纤维异形度高，增强了纤维对汗液的虹吸效应，采用此纤维制备的织物手感柔软、舒适干爽。
优选地，步骤(c)中，去除表层的水溶性聚酯采用水溶处理进行，所述水溶处理为：以浓度为1wt％～3wt％的氢氧化钠溶液，在温度为70～105℃条件下处理10～30min。
优选地，所述聚合物树脂包括聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚乳酸中的任一种或多种。其中聚酰胺可以为聚酰胺6、聚酰胺66等。
本发明还提供了上述的制备方法制得的石墨烯聚合物纤维。制备出来的纤维，具有异形度高、导电性强、抗菌抑菌、吸湿排汗的特点，综合性能优良；其中，高异形度的特点，增强了纤维对汗液的虹吸效应，采用此纤维制备的织物手感柔软、舒适干爽，并且由此纤维制备的织物实现了单根纤维的多功能复合，极大增加了产品附加值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用双组份复合纺丝技术和后整理水溶处理技术相结合的方法来制备高异形度导电石墨烯纤维，制得的石墨烯聚合物纤维综合性能优良，具有广阔的应用前景。
(2)本发明制备出来的纤维，具有异形度高、导电性强、抗菌抑菌、吸湿排汗的特点，其中，高异形度的特点，增强了纤维对汗液的虹吸效应，采用此纤维制备的织物手感柔软、舒适干爽；并且由此纤维制备的织物实现了单根纤维的多功能复合，极大增加了产品附加值。
(3)本发明还限定了制备过程中各参数，制得的石墨烯聚合物纤维稳定可靠。
(4)本发明的试验发现，偶联剂与分散剂之间有一定的竞争效应，先添加偶联剂再加入分散剂，使得聚合物树脂切片与石墨烯粉体之间具有很好的相容性，通过该方法制得的石墨烯母粒性能优良。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例2中制得的纤维的截面电镜图；
图2为本发明实施例2中制得的聚酰胺6/石墨烯导电纤维的产品实物图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
高异形度三叶型聚酰胺6/石墨烯导电纤维的制备
平均粒径为300nm的生物质石墨烯与聚酰胺6切片分别干燥后，加入偶联剂，在捏合机高速混合，然后加入分散剂，进一步混合后，冷却到室温，通过双螺杆挤出机将石墨烯粉体与聚酰胺6切片进行共混造粒，螺杆各区温度分别为150℃、240℃、242℃、242℃、240℃，制备了石墨烯含量为20wt％的聚酰胺6/石墨烯母粒，该母粒中，分散剂含量为2wt％，偶联剂含量为1.0wt％。
将聚酰胺6/石墨烯母粒与聚酰胺6切片按照质量比1:1进行称重混合，作为主成分；水溶性聚酯切片，作为副成分。分别采用真空转鼓干燥箱进行干燥，要求切片含水率≤30ppm。
经干燥后的主副成分切片，分别投入双组份复合熔融纺丝机的两个料仓，通入氮气保护，流速为70ml/min。主成分单螺杆各区温度为255℃、264℃、262℃，副成分单螺杆各区温度为260℃、280℃、280℃，纺丝箱体温度为270℃。主副熔体经三叶型复合喷丝板喷出后，纤维经冷却、上油、牵伸、卷绕，即得到涤锦石墨烯复合POY纤维。
其中侧吹风温度18±2℃、风速为0.8m/s、湿度为65％，油轮转速为20r/min，纺丝速度为3000m/min。其POY断裂强度≥2.3cN/dtex，断裂伸长率120％～140％，含油率为0.4％～0.6％，条干不匀率≤1.2％。
所得纤维经加弹工艺后，即得涤锦石墨烯复合DTY纤维。其中加弹工艺包括，第一热箱温度为160～200℃，牵伸比为1.52～1.78，D/Y比为1.3～1.8，加工速度为550m/min。
所得的DTY纤维断裂强度≥4.2cN/dtex，断裂伸长率为15～20％。
进一步将所得涤锦石墨烯复合DTY纤维，采用高温氢氧化钠溶液进行后整理水溶，温度为90℃、浓度为2％，处理时间为20min，外层水溶性聚酯被溶解，仅保留内层高异形度三叶型聚酰胺6/石墨烯纤维。
实施例2
高异形度米字型聚酰胺6/石墨烯导电纤维的制备
平均粒径为300nm的生物质石墨烯与聚酰胺6切片分别干燥后，加入偶联剂，在捏合机高速混合，然后加入分散剂，进一步混合后，冷却到室温，通过双螺杆挤出机将石墨烯粉体与聚酰胺6切片进行共混造粒，螺杆各区温度分别为150℃、240℃、242℃、242℃、240℃，制备了石墨烯含量为30wt％的聚酰胺6/石墨烯母粒，该母粒中，分散剂含量为3wt％，偶联剂含量为1.5wt％。
将聚酰胺6/石墨烯母粒与聚酰胺6切片按照质量比1:2进行称重混合，作为主成分；水溶性聚酯切片，作为副成分。分别采用真空转鼓干燥箱进行干燥，要求切片含水率<30ppm。
经干燥后的主副成分切片，分别投入熔融复合纺丝机的两个料仓，通入氮气保护，流速为60ml/min。主成分单螺杆各区温度为255℃、264℃、262℃，副成分单螺杆各区温度为260℃、280℃、280℃，纺丝箱体温度为270℃。主副熔体经米字型复合喷丝板喷出后，纤维经冷却、上油、牵伸、卷绕，即得到涤锦石墨烯复合POY纤维。
其中侧吹风温度18±2℃、风速为0.8m/s、湿度为65％，油轮转速为20r/min，纺丝速度为2900m/min。其POY断裂强度≥2.1cN/dtex，断裂伸长率120～140％，含油率为0.4％～0.6％，条干不匀率≤1.2％。
所得纤维经加弹工艺后，即得涤锦石墨烯复合DTY纤维。其中加弹工艺包括，第一热箱温度为160～200℃，牵伸比为1.52～1.78，D/Y比为1.3～1.8，加工速度为450～750m/min。
所得的DTY纤维断裂强度≥4.0cN/dtex，断裂伸长率为15～20％。
进一步将所得涤锦石墨烯复合DTY纤维，采用高温氢氧化钠溶液进行后整理水溶，温度为90℃、浓度为2％，处理时间为20min，外层水溶性聚酯被溶解，仅保留内层高异形度米字型聚酰胺6/石墨烯纤维。
制得的高异形度米字型聚酰胺6/石墨烯纤维的电镜图如图1所示，制成的高异形度米字型聚酰胺6/石墨烯纤维的实际纤维如图2所示。
实施例3
高异形度正三角型聚酰胺6/石墨烯导电纤维的制备
平均粒径为300nm的生物质石墨烯与聚酰胺6切片分别干燥后，加入偶联剂，在捏合机高速混合，然后加入分散剂，进一步混合后，冷却到室温，通过双螺杆挤出机将石墨烯粉体与聚酰胺6切片进行共混造粒，螺杆各区温度分别为150℃、240℃、242℃、242℃、240℃，制备了石墨烯含量为40wt％的聚酰胺6/石墨烯母粒，该母粒中，分散剂含量为4wt％，偶联剂含量为2wt％。
将聚酰胺6/石墨烯母粒与聚酰胺6切片按照质量比1:3进行称重混合，作为主成分；水溶性聚酯切片，作为副成分。分别采用真空转鼓干燥箱进行干燥，要求切片含水率<30ppm。
经干燥后的主副成分切片，分别投入熔融复合纺丝机的两个料仓，通入氮气保护，流速为50～80ml/min。主成分单螺杆各区温度为255℃、264℃、262℃，副成分单螺杆各区温度为260℃、280℃、280℃，纺丝箱体温度为270℃。主副熔体经正三角型复合喷丝板喷出后，纤维经冷却、上油、牵伸、卷绕，即得到涤锦石墨烯复合POY纤维。
其中侧吹风温度18±2℃、风速为0.8m/s、湿度为65％，油轮转速为20r/min，纺丝速度为2800～3200m/min。其POY断裂强度≥2.5cN/dtex，断裂伸长率120～140％，含油率为0.4～0.6％，条干不匀率≤1.2％。
所得纤维经加弹工艺后，即得涤锦石墨烯复合DTY纤维。其中加弹工艺包括，第一热箱温度为160～200℃，牵伸比为1.52～1.78，D/Y比为1.3～1.8，加工速度为450～750m/min。
所得的DTY纤维断裂强度≥4.3cN/dtex，断裂伸长率为15～20％。
进一步将所得涤锦石墨烯复合DTY纤维，采用高温氢氧化钠溶液进行后整理水溶，温度为90℃、浓度为2％，处理时间为20min，外层水溶性聚酯被溶解，仅保留内层高异形度正三角型聚酰胺6/石墨烯纤维。
实施例4
高异形度三叶型聚丙烯/石墨烯导电纤维的制备
平均粒径为300nm的生物质石墨烯与聚丙烯切片分别干燥后，加入偶联剂，在捏合机高速混合，然后加入分散剂，进一步混合后，冷却到室温，通过双螺杆挤出机将石墨烯粉体与聚丙烯切片进行共混造粒，螺杆各区温度分别为150℃、220℃、223℃、223℃、220℃，制备了石墨烯含量为25wt％的聚丙烯/石墨烯母粒，该母粒中，分散剂含量为2.5wt％，偶联剂含量为1.25wt％。
将聚丙烯/石墨烯母粒与聚丙烯切片按照质量比1:1进行称重混合，作为主成分；水溶性聚酯切片，作为副成分。分别采用真空转鼓干燥箱进行干燥，要求切片含水率≤30ppm。
经干燥后的主副成分切片，分别投入双组份复合熔融纺丝机的两个料仓，通入氮气保护，流速为50ml/min，主成分单螺杆各区温度为245℃、254℃、252℃，副成分单螺杆各区温度为260℃、280℃、280℃，纺丝箱体温度为268℃。主副熔体经三叶型复合喷丝板喷出后，纤维经冷却、上油、牵伸、卷绕，即得到涤丙石墨烯复合POY纤维。
其中侧吹风温度18±2℃、风速为0.8m/s、湿度为65％，油轮转速为20r/min，纺丝速度为3000m/min。
所得纤维经加弹工艺后，即得聚丙烯/石墨烯复合DTY纤维。其中加弹工艺包括，第一热箱温度为180℃，牵伸比为1.6，D/Y比为1.5，加工速度为600m/min。
进一步将所得聚丙烯/石墨烯复合DTY纤维，采用高温氢氧化钠溶液进行后整理水溶，温度为100℃、浓度为2％，处理时间为15min，外层水溶性聚酯被溶解，仅保留内层高异形度三叶型聚丙烯/石墨烯纤维。
实施例5
高异形度米字型聚酯/石墨烯导电纤维的制备
平均粒径为300nm的生物质石墨烯与聚酯切片分别干燥后，加入偶联剂，在捏合机高速混合，然后加入分散剂，进一步混合后，冷却到室温，通过双螺杆挤出机将石墨烯粉体与聚酯切片进行共混造粒，螺杆各区温度分别为150℃、250℃、252℃、252℃、250℃，制备了石墨烯含量为50wt％的聚酯/石墨烯母粒，该母粒中，分散剂含量为5wt％，偶联剂含量为2wt％。
将聚酯/石墨烯母粒与聚酯切片按照质量比1:4进行称重混合，作为主成分；水溶性聚酯切片，作为副成分。分别采用真空转鼓干燥箱进行干燥，要求切片含水率<30ppm。
经干燥后的主副成分切片，分别投入熔融复合纺丝机的两个料仓，通入氮气保护，流速为50ml/min。主成分单螺杆各区温度为275℃、284℃、282℃，副成分单螺杆各区温度为255℃、280℃、280℃，纺丝箱体温度为270℃。主副熔体经米字型复合喷丝板喷出后，纤维经冷却、上油、牵伸、卷绕，即得到聚酯/石墨烯复合POY纤维。
其中侧吹风温度18±2℃、风速为0.7m/s、湿度为65％，油轮转速为20r/min，纺丝速度为2800m/min。
所得纤维经加弹工艺后，即得聚酯/石墨烯复合DTY纤维。其中加弹工艺包括，第一热箱温度为160℃，牵伸比为1.78，D/Y比为1.8，加工速度为750m/min。
进一步将所得聚酯/石墨烯复合DTY纤维，采用高温氢氧化钠溶液进行后整理水溶，温度为90℃、浓度为3％，处理时间为15min，外层水溶性聚酯被溶解，仅保留内层高异形度米字型聚酯/石墨烯纤维。
实施例6
高异形度正三角型聚乳酸/石墨烯导电纤维的制备
平均粒径为300nm的生物质石墨烯与聚乳酸切片分别干燥后，加入偶联剂，在捏合机高速混合，然后加入分散剂，进一步混合后，冷却到室温，通过双螺杆挤出机将石墨烯粉体与聚乳酸切片进行共混造粒，螺杆各区温度分别为150℃、240℃、242℃、242℃、240℃，制备了石墨烯含量为10wt％的聚乳酸/石墨烯母粒，该母粒中，分散剂含量为0.5wt％，偶联剂含量为0.5wt％。
将聚乳酸/石墨烯母粒与聚乳酸切片按照质量比4:1进行称重混合，作为主成分；水溶性聚酯切片，作为副成分。分别采用真空转鼓干燥箱进行干燥，要求切片含水率<30ppm。
经干燥后的主副成分切片，分别投入熔融复合纺丝机的两个料仓，通入氮气保护，流速为80ml/min。主成分单螺杆各区温度为255℃、264℃、262℃，副成分单螺杆各区温度为265℃、280℃、280℃，纺丝箱体温度为270℃。主副熔体经正三角型复合喷丝板喷出后，纤维经冷却、上油、牵伸、卷绕，即得到聚乳酸/石墨烯复合POY纤维。
其中侧吹风温度18±2℃、风速为0.9m/s、湿度为65％，油轮转速为20r/min，纺丝速度为3200m/min。
所得纤维经加弹工艺后，即得聚乳酸/石墨烯复合DTY纤维。其中加弹工艺包括，第一热箱温度为200℃，牵伸比为1.52，D/Y比为1.3，加工速度为450m/min。
进一步将所得石墨烯复合DTY纤维，采用高温氢氧化钠溶液进行后整理水溶，温度为100℃、浓度为1％，处理时间为10min，外层水溶性聚酯被溶解，仅保留内层高异形度正三角型聚乳酸/石墨烯纤维。
实施例7
除以下不同外，其余与实施例1相同：
生物质石墨烯的平均粒径为100nm。
实施例8
除以下不同外，其余与实施例5相同：
生物质石墨烯的平均粒径为30nm；
将聚酯/石墨烯母粒与聚酯切片按照质量比1:5进行混合。
实施例9
除以下不同外，其余与实施例1相同：
石墨烯材料为氧化石墨烯。
实施例10
除以下不同外，其余与实施例1相同：
石墨烯材料为石墨烯。
实施例11
除以下不同外，其余与实施例1相同：
石墨烯材料为还原氧化石墨烯。
实施例12
除以下不同外，其余与实施例5相同：
石墨烯材料为石墨烯。
对比例1
除以下不同外，其余与实施例1相同：
聚酰胺6/石墨烯母粒制备过程中，偶联剂和分散剂一起加入混合。
发现制得的聚酰胺6/石墨烯母粒中，石墨烯与聚酰胺6相容性差，无法继续纺丝。
对比例2
除以下不同外，其余与实施例4相同：
聚丙烯/石墨烯母粒制备过程中，偶联剂和分散剂一起加入混合。
发现制得的聚丙烯/石墨烯母粒中，石墨烯与聚丙烯相容性差，无法继续纺丝。
对比例3
除以下不同外，其余与实施例5相同：
聚酯/石墨烯母粒制备过程中，偶联剂和分散剂一起加入混合。
发现制得的聚酯/石墨烯母粒中，石墨烯与聚酯相容性差，无法继续纺丝。
对比例4
除以下不同外，其余与实施例6相同：
聚乳酸/石墨烯母粒制备过程中，偶联剂和分散剂一起加入混合。
发现制得的聚乳酸/石墨烯母粒中，石墨烯与聚乳酸相容性差，无法继续纺丝。
对比例5
除以下不同外，其余与实施例1相同：
不加入水溶性聚酯切片，去除水溶性聚酯切片的相关步骤，制得一定异形度的三叶型聚酰胺6/石墨烯纤维。
对比例6
除以下不同外，其余与实施例5相同：
不加入水溶性聚酯切片，去除水溶性聚酯切片的相关步骤，制得一定异形度的米字型聚酯/石墨烯纤维。
将实施例1-12以及对比例1-6制备的石墨烯复合纤维进行理化性能检测，具体检测依据如下：(1)纤维异形度测试方法《FZ/T 50002-1991化学纤维异形度试验方法》；(2)电阻率测试方法《GB/T 12703.4-2010纺织品静电性能的评定第4部分:电阻率》；(3)抑菌检测方法《GB/T20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价第3部分:振荡法》。检测结果如表1所示。
表1性能检测结果
从表1可以看出，本发明制备出来的纤维，具有异形度高、导电性强、抗菌抑菌的特点。此外，由于高异形度的特点，增强了纤维对汗液的虹吸效应，采用此纤维制备的织物手感柔软、舒适干爽；并且由此纤维制备的织物实现了单根纤维的多功能复合，极大增加了产品附加值。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种石墨烯聚合物纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)以石墨烯材料和聚合物树脂的混合物作为芯层，水溶性聚酯切片作为皮层，纺制得到双组份复合纤维；
(b)所述双组份复合纤维去除表层的水溶性聚酯，即得。
2.根据权利要求1所述的石墨烯聚合物纤维的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述芯层的制备方法为：聚合物树脂与石墨烯材料制得石墨烯母粒，所述石墨烯母粒和聚合物树脂混合作为芯层；
优选地，所述石墨烯母粒中，石墨烯材料的质量分数为10％-50％，更优选为20％-40％，最优选为20％-30％；
进一步地，所述石墨烯材料包括石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、生物质石墨烯及其衍生物的一种或多种，优选为生物质石墨烯及其衍生物；
优选地，所述石墨烯材料以粉体形式存在，所述粉体的平均粒径为30-300nm。
3.根据权利要求2所述的石墨烯聚合物纤维的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述石墨烯母粒通过以下方法制备：
聚合物树脂切片与石墨烯粉体分别干燥后，加入偶联剂，混合，再加入分散剂，混合均匀，造粒即得；
优选地，所述聚合物树脂切片干燥为：将所述聚合物树脂切片在100-120℃，干燥5-15h；
优选地，所述石墨烯粉体干燥为：将所述石墨烯粉体在90-110℃，干燥8-15h；
优选地，所述干燥均在真空转鼓干燥箱中进行。
4.根据权利要求3所述的石墨烯聚合物纤维的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述偶联剂在所述石墨烯母粒中的含量为0.5wt％-2wt％；
优选地，所述偶联剂为聚碳酸酯；
优选地，所述分散剂的添加量为所述偶联剂重量的2倍；
优选地，所述分散剂为聚乙二醇；
优选地，所述混合是以转速为5000-15000r/min，混合10-30min；
优选地，所述混合采用捏合机进行。
5.根据权利要求2所述的石墨烯聚合物纤维的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述石墨烯母粒与所述聚合物树脂的添加重量比为1:0.25-5；
优选地，所述石墨烯母粒、所述聚合物树脂和所述水溶性聚酯切片在纺制前还进行干燥，干燥至含水率均≤30ppm；
优选地，所述石墨烯母粒和所述聚合物树脂的干燥是在100-120℃，干燥5-15h；
优选地，所述水溶性聚酯切片的干燥为由室温2h升温至80±2℃，恒温2h，2h升至110±5℃恒温6h，2h升至140±5℃恒温16h，4h降至80℃。
6.根据权利要求1所述的石墨烯聚合物纤维的制备方法，其特征在于，步骤(a)，所述皮层和芯层的体积比为1:0.5-1；
优选地，步骤(a)中，所述双组份复合纤维采用双组份复合熔融纺丝机进行纺制；
进一步地，所述纺制包括熔融、喷丝、上油、卷绕步骤；
进一步地，所述熔融的过程中对物料进行氮气保护，氮气通入的速率为50～100mL/min；
进一步地，所述芯层材料的螺杆在三个区的温度依次为245-275℃、254-284℃、252-282℃，所述皮层的螺杆在三个区的温度依次为255-265℃、280-285℃、280-285℃；
进一步地，所述喷丝的纺丝箱体温度为270-280℃，喷丝板挤出，侧吹风温度18±2℃，风速为0.7-0.9m/s，湿度为65％±3％；
所述上油为：油轮转速为20±2r/min；
所述卷绕为：纺丝速度为2800-3200m/min，后牵伸倍数为1.5-1.8、热箱温度在160-200℃条件下加工。
7.根据权利要求6所述的石墨烯聚合物纤维的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述喷丝板为复合皮芯双组份喷丝板，所述喷丝板的喷孔为非圆形，优选为三叶型、三角型、米字型中的任一种或多种。
8.根据权利要求1所述的石墨烯聚合物纤维的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，去除表层的水溶性聚酯采用水溶处理进行，所述水溶处理为：以浓度为1wt％～3wt％的氢氧化钠溶液，在温度为70～105℃条件下处理10～30min。
9.根据权利要求1-8任一项所述的石墨烯聚合物纤维的制备方法，其特征在于，所述聚合物树脂包括聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚乳酸中的任一种或多种。
10.权利要求1-9任一项所述的石墨烯聚合物纤维的制备方法制得的石墨烯聚合物纤维。
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