CN109137478A - 一种导电涤纶纤维的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导电涤纶纤维的生产方法，包括如下步骤：配制第一石墨烯分散液，第一石墨烯分散液中石墨烯的粒径小于1μm；配制第二石墨烯分散液，所述第二石墨烯分散液中石墨烯的粒径在1～2μm之间；将涤纶纤维在一定温度下浸渍到第一石墨烯分散液中，之后取出浸渍有第一石墨烯的涤纶纤维，并将其继续在一定温度下浸渍在第二石墨烯分散液中，之后取出，干燥，得到改性涤纶纤维，所述浸渍的温度位于80～100℃之间，所述浸渍时间为15～80min，并且浸渍到第一石墨烯分散液中的温度高于浸渍到第二石墨烯分散液中的温度。本发明同时在涤纶纤维内部和外部附着或填加石墨烯，增加了石墨烯存在的均匀性和牢固性。

Description

一种导电涤纶纤维的生产方法
【技术领域】
本发明涉及涤纶纤维的技术领域，具体涉及一种导电涤纶纤维的生产方法。
【背景技术】
导电纤维的研制始于20世纪60年代，导电纤维通常是指在标准环境下(温度20℃，湿度65％)，比电阻低于107Ω·cm。其发展历程大致包括4个阶段：金属纤维、碳纤维及含碳黑复合聚合物的复合型导电纤维，含有金属盐的导电纤维，导电高聚物导电纤维。虽然导电纤维得到了长足的发展，但也存在着一定的问题，如由金属导电纤维和镀金属导电纤维制成的织物手感粗糙，舒适性较差，导电聚合物工艺较复杂，污染严重。再者，通过涂覆或者简单的浸渍工艺生产的纤维制品石墨烯的复合牢固度不够强，洗涤多次后便失去附加的功能。因此，开发新的生产导电纤维的新方法具有重要意义和实际应用前景。
涤纶是合成纤维中的一个重要品种，是以精对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物——聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，经纺丝和后处理制成的纤维。
石墨烯是一种由单层sp2杂化碳原子组成的蜂窝状结构的二维材料，具有许多优异的性能(高强、高导热、高导电、高轻质)，同时也拥有大π共轭体系。自从2004年被发现起，石墨烯就成为了科学界的一大研究热点。在对石墨烯的物理化学性质进行研究的同时，与石墨烯相关的复合材料层出不穷。现有技术将石墨烯与纺织纤维复合，期望能够获得具有导电性和远红外等功能性纤维性纤维的同时，进一步保障石墨烯的附着牢固度，使其功能不因水洗次数的增多而大幅度衰减。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能提高石墨烯的附着牢固度的导电涤纶纤维的生产方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种导电涤纶纤维的生产方法，包括如下步骤：(1)配制第一石墨烯分散液，所述第一石墨烯分散液中石墨烯的粒径小于1μm；配制第二石墨烯分散液，所述第二石墨烯分散液中石墨烯的粒径在1～2μm之间，所述第一石墨烯分散液和第二石墨烯分散液的浓度为0.2～3wt％；
(2)将涤纶纤维在一定温度下浸渍到第一石墨烯分散液中，之后取出浸渍有第一石墨烯的涤纶纤维，并将其继续在一定温度下浸渍在第二石墨烯分散液中，之后取出，干燥，得到改性涤纶纤维，所述浸渍的温度位于80～100℃之间，所述浸渍时间为15～80min，并且浸渍到第一石墨烯分散液中的温度高于浸渍到第二石墨烯分散液中的温度。
本发明中的一种导电涤纶纤维的生产方法进一步设置为：所述第一石墨烯分散液和第二石墨烯分散液中均添加有纳米纤维素；所述纳米纤维素的直径不大于10nm，长径比不小于10；所述纳米纤维素在分散液中的浓度为2wt％以下，优选1wt％以下，再优选0.5wt％以下。
本发明中的一种导电涤纶纤维的生产方法进一步设置为：所述第一石墨烯分散液和第二石墨烯分散液中包括石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯衍生物的任意1种或至少2种的混合；石墨烯包括石墨通过剥离法生产得到、氧化石墨烯通过还原生产得到、石墨通过氧化还原生产得到、含碳气体通过CVD法生产得到、以生物质为原料通过高温裂解法生产得到中的任意1种或至少2种的组合；当所述第一石墨烯分散液和第二石墨烯分散液中包括氧化石墨烯时，在冷却之前和/或之后进行还原处理；所述还原处理的方法包括还原剂还原法和/或加热还原法；所述还原剂还原法包括加入还原剂进行还原；所述还原剂的加入量为石墨烯片层的10～200wt％，优选50～100wt％；所述还原剂包括抗坏血酸、水合肼、葡萄糖、乙二胺、柠檬酸钠、L-半胱氨酸、氢碘酸或硼氢化钠中的任意1种或至少2种的组合；所述加热还原法包括在非氧化性气氛中，加热进行还原；所述加热还原法步骤包括：在高压反应釜中，通入保护性气氛和/或还原性气氛，加热还原；所述加热还原的温度≤200℃，压力≤1.6MPa。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)、本发明同时在涤纶纤维内部和外部附着或填加石墨烯，增加了石墨烯存在的均匀性和牢固性；
(2)、本发明通过添加石墨烯和/或生物质石墨烯提高了涤纶纤维的导电性能；添加氧化石墨烯和/或生物质石墨烯进一步增强了涤纶纤维的远红外性能；
(3)、本发明提供的生产方法能够有效的将石墨烯填加至涤纶纤维内部，同时在涤纶纤维外部包覆石墨烯片层，通过涤纶纤维制品浸渍石墨烯溶液实现石墨烯在涤纶纤维上的均匀分布。
【具体实施方式】
下面通过具体实施例对本发明所述的一种导电涤纶纤维的生产方法作进一步的详细描述。
一种导电涤纶纤维的生产方法，包括如下步骤：(1)配制第一石墨烯分散液，所述第一石墨烯分散液中石墨烯的粒径小于1μm；配制第二石墨烯分散液，所述第二石墨烯分散液中石墨烯的粒径在1～2μm之间，所述第一石墨烯分散液和第二石墨烯分散液的浓度为0.2～3wt％；
(2)将涤纶纤维在一定温度下浸渍到第一石墨烯分散液中，之后取出浸渍有第一石墨烯的涤纶纤维，并将其继续在一定温度下浸渍在第二石墨烯分散液中，之后取出，干燥，得到改性涤纶纤维，所述浸渍的温度位于80～100℃之间，所述浸渍时间为15～80min，并且浸渍到第一石墨烯分散液中的温度高于浸渍到第二石墨烯分散液中的温度。
实施例1，第一石墨烯分散液中石墨烯的粒径为0.1～0.3μm，浓度为1wt％，第二石墨烯分散液中石墨烯的粒径为1～1.3μm，浓度为1.5wt％，将涤纶纤维在100℃下浸渍到第一石墨烯分散液中，浸渍时间为30min，之后取出浸渍有第一石墨烯的涤纶纤维，并将其继续在80℃下浸渍在第二石墨烯分散液中，浸渍时间为30min，之后取出，干燥，得到改性涤纶纤维。
实施例2，第一石墨烯分散液中石墨烯的粒径为0.2～0.5μm，浓度为0.2wt％，第二石墨烯分散液中石墨烯的粒径为1.5～1.8μm，浓度为3wt％，将涤纶纤维在90℃下浸渍到第一石墨烯分散液中，浸渍时间为80min，之后取出浸渍有第一石墨烯的涤纶纤维，并将其继续在80℃下浸渍在第二石墨烯分散液中，浸渍时间为15min，之后取出，干燥，得到改性涤纶纤维。
实施例3，第一石墨烯分散液中石墨烯的粒径为0.8～1μm，浓度为0.8wt％，第二石墨烯分散液中石墨烯的粒径为1～1.3μm，浓度为1.8wt％，将涤纶纤维在95℃下浸渍到第一石墨烯分散液中，浸渍时间为30min，之后取出浸渍有第一石墨烯的涤纶纤维，并将其继续在85℃下浸渍在第二石墨烯分散液中，浸渍时间为45min，之后取出，干燥，得到改性涤纶纤维。
由于涤纶纤维内部空隙的大小有限，步骤(1)只采用粒径小于1μm的石墨烯片层对涤纶纤维制品进行改性，众所周知，石墨烯粒径越小越不容易分散，越容易团聚，因此往往选择低浓度的石墨烯溶液，这样还节省了石墨烯的用量，且减少了大粒径石墨烯片层堵塞空隙的概率，提高了石墨烯的附着量。步骤(2)采用粒径为1～2μm的石墨烯片层对涤纶纤维制品进行改性，能够使大粒径石墨烯片层以包覆、贴合的方式存在于纤维外部，更有利于石墨烯在涤纶纤维外部形成导电网络，还能够起到封闭纤维内部空隙的作用，能够增加石墨烯片层在涤纶纤维中的牢固性。
所述第一石墨烯分散液和第二石墨烯分散液中均添加有纳米纤维素；所述纳米纤维素的直径不大于10nm，长径比不小于10；所述纳米纤维素在分散液中的浓度为2wt％以下，优选1wt％以下，再优选0.5wt％以下。纳米纤维素本身呈线状，其可以再纤维外部沿外周缠绕，这种缠绕方式能够提高纤维的强度，且能够提高石墨烯在纤维外部的牢固度；另一个方面，纳米纤维素的一端能够插入石墨烯层中，提高石墨烯层在纤维上的附着量。但是纳米纤维素本身不导电，过多的纳米纤维素会引起导电性能的下降。
所述第一石墨烯分散液和第二石墨烯分散液中包括石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯衍生物的任意1种或至少2种的混合；石墨烯包括石墨通过剥离法生产得到、氧化石墨烯通过还原生产得到、石墨通过氧化还原生产得到、含碳气体通过CVD法生产得到、以生物质为原料通过高温裂解法生产得到中的任意1种或至少2种的组合；当所述第一石墨烯分散液和第二石墨烯分散液中包括氧化石墨烯时，在冷却之前和/或之后进行还原处理；所述还原处理的方法包括还原剂还原法和/或加热还原法；所述还原剂还原法包括加入还原剂进行还原；所述还原剂的加入量为石墨烯片层的10～200wt％，优选50～100wt％；所述还原剂包括抗坏血酸、水合肼、葡萄糖、乙二胺、柠檬酸钠、L-半胱氨酸、氢碘酸或硼氢化钠中的任意1种或至少2种的组合；所述加热还原法包括在非氧化性气氛中，加热进行还原；所述加热还原法步骤包括：在高压反应釜中，通入保护性气氛和/或还原性气氛，加热还原；所述加热还原的温度≤200℃，压力≤1.6MPa。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种导电涤纶纤维的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)配制第一石墨烯分散液，所述第一石墨烯分散液中石墨烯的粒径小于1μm；配制第二石墨烯分散液，所述第二石墨烯分散液中石墨烯的粒径在1～2μm之间，所述第一石墨烯分散液和第二石墨烯分散液的浓度为0.2～3wt％；
(2)将涤纶纤维在一定温度下浸渍到第一石墨烯分散液中，之后取出浸渍有第一石墨烯的涤纶纤维，并将其继续在一定温度下浸渍在第二石墨烯分散液中，之后取出，干燥，得到改性涤纶纤维，所述浸渍的温度位于80～100℃之间，所述浸渍时间为15～80min，并且浸渍到第一石墨烯分散液中的温度高于浸渍到第二石墨烯分散液中的温度。
2.如权利要求1所述的一种导电涤纶纤维的生产方法，其特征在于：所述第一石墨烯分散液和第二石墨烯分散液中均添加有纳米纤维素；所述纳米纤维素的直径不大于10nm，长径比不小于10；所述纳米纤维素在分散液中的浓度为2wt％以下。
3.如权利要求1或2所述的一种导电涤纶纤维的生产方法，其特征在于：所述第一石墨烯分散液和第二石墨烯分散液中包括石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯衍生物的任意1种或至少2种的混合；石墨烯包括石墨通过剥离法生产得到、氧化石墨烯通过还原生产得到、石墨通过氧化还原生产得到、含碳气体通过CVD法生产得到、以生物质为原料通过高温裂解法生产得到中的任意1种或至少2种的组合；当所述第一石墨烯分散液和第二石墨烯分散液中包括氧化石墨烯时，在冷却之前和/或之后进行还原处理；所述还原处理的方法包括还原剂还原法和/或加热还原法；所述还原剂还原法包括加入还原剂进行还原；所述还原剂的加入量为石墨烯片层的10～200wt％；所述还原剂包括抗坏血酸、水合肼、葡萄糖、乙二胺、柠檬酸钠、L-半胱氨酸、氢碘酸或硼氢化钠中的任意1种或至少2种的组合；所述加热还原法包括在非氧化性气氛中，加热进行还原；所述加热还原法步骤包括：在高压反应釜中，通入保护性气氛和/或还原性气氛，加热还原；所述加热还原的温度≤200℃，压力≤1.6MPa。
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