CN109208323A - 一种石墨烯导电纤维的制作工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及穿戴纺织品远红外发热产品制造领域，具体为一种石墨烯导电纤维的制作工艺。将处理过的纺纱线原料，进行与水性石墨烯远红外浆料的浸渍，将纺纱线原料挂在设备的放料端，经过导轮通过浸浆池与水性石墨烯远红外浆料进行充分结合，时间在5～10分钟，并通过模具将多余的水性石墨烯远红外浆料刮掉，保持纺纱线的直径一致，纺织品制出来的产品才能美观，并经过烘干隧道使纺纱线均匀干燥柔软。按要求进行检测，合格品用于纺织品待用。本发明水性石墨烯远红外浆料，无毒无害，对人体不会产生损伤，不建议使用油性因为对人体有损伤危害有毒并可致癌。

Description

一种石墨烯导电纤维的制作工艺
技术领域
本发明涉及穿戴纺织品远红外发热产品制造领域，具体为一种石墨烯导电纤维的制作工艺。
背景技术
当前市场上的导电纤维一般多是碳类纤维，如：碳纤维、纳米管纤维等，无法用于纺织类的产品，并且价格昂贵，造成制作的产品成本特大，民众无法接受，很难用于民品、穿戴品制作。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种石墨烯导电纤维的制作工艺，制作的石墨烯导电纤维发热快、均匀度好、抗衰减成本低，弥补其他碳素纤维等材料的不足。
本发明的技术方案是：
一种石墨烯导电纤维的制作工艺，包括如下步骤：
(1)制作水性石墨烯远红外浆料
首先，选用多层石墨烯粉体与碳纳米管粉体按重量比例1：(1～5)进行混合，在反应釜中经过表面活性剂进行预洗处理，表面活性剂为浓度90～95wt％的乙醇溶液与纯净水按重量比例1：1混合，将混合粉体置于表面活性剂液体中，浸泡20～ 40分钟后进行澄清处理；
然后，取经过表面活性剂进行预洗处理的混合粉体，放入分散搅拌釜中，加入粘接剂，以1000～2000转/分高速搅拌20～40分钟；同时，加入分散剂、增塑剂、撒干剂和填料，搅拌均匀后，经过研磨机进行研磨20～40分钟后，过滤包装为成品；使用时，将成品与水按重量比例1：(1～5)稀释；
(2)将要制成石墨烯纤维的纺纱线原料进行表面净化蓬松处理；
(3)将处理过的纺纱线原料，进行与水性石墨烯远红外浆料的浸渍，将纺纱线原料挂在设备的放料端，经过导轮通过浸浆池与水性石墨烯远红外浆料进行充分结合，时间在5～10分钟，并通过模具将多余的水性石墨烯远红外浆料刮掉，保持纺纱线的直径一致，并经过烘干隧道使纺纱线均匀干燥柔软。
所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，水性石墨烯远红外浆料包括：多层石墨烯粉体、碳纳米管粉体、连接剂、分散剂、增塑剂、撒干剂和填料；其中，多层石墨烯粉体与碳纳米管粉体采用重量比例为1：(1～5)的混合粉体；连接剂为水性环氧树脂和水性丙烯酸树脂按重量比例1：1混合，分散剂为六偏磷酸钠，增塑剂为顺丁烯二酸，撒干剂为硬脂酸铝，粘接剂、分散剂、增塑剂、撒干剂分别为混合粉体重量的1％～1.2％；填料为碳黑，填料加入量为混合粉体重量的20％～ 40％。
所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，填料粒度为1～5nm。
所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，多层石墨烯粉体为10层以上，厚度10nm 以下，水平方向宽度10～15nm。
所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，碳纳米管粉体的粒度为5～10nm。
所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，纺纱线原料为棉纱、混纱或涤纶纱线。
所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，纺纱线原料的表面处理方法如下：
将纺纱线原料在干燥隧道进行加热烘干，隧道长分三段温度分布：进口段40～ 50℃、中段60～70℃、出口段30～40℃，行进速度5～10米/分钟。
所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，纺纱线原料的表面处理方法如下：
采用浸泡洗涤的方法，并用超声波对纺纱线原料表面进行杂质处理，提高纺纱线原料的色牢固度。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明水性石墨烯远红外浆料充分利用石墨烯具有极佳的导电性和导热性这一特点，选用多层石墨烯粉体与碳纳米管粉体进行复合，充分结合包裹并加入其他辅料和稀释剂，通过辊压研磨经过滤制成导电发热液体，经过稀释后可用于纺织及用线类材料加工的任何产品。
2、为了更好的节能和发挥电热膜要扩展功能的需求，本发明采用当今先进的石墨烯原材料，作为发热体因为石墨烯材料是公认的导电率、导热率最好的材料，高于碳纤维和碳纳米管等电热材料，其电热转换率更高、远红外辐射更强。所以，本发明采用石墨烯与其他材料复合作为发热材料。
4、本发明制作的水性石墨烯远红外浆料具有表面电阻率可调的特点，可用于抗静电电路，能有效地将电荷释放掉，同时具有远红外发射和负离子释放的功能，起到净化消毒作用，又起到对人体健康的作用。
5、本发明采用水性石墨烯远红外浆料，可提高导电性、加强导热性，这些指标远远高于碳纤维导电发热性能。
6、与已有的技术相比，本发明技术工艺方案采用石墨烯粉体与碳纳米管粉体更好的结合，复合制成后的水性石墨烯远红外浆料电流分配更加完善，发热更加均匀，稳定性更好。
7、本发明水性石墨烯远红外浆料，无毒无害，对人体不会产生损伤，不建议使用油性因为对人体有损伤危害有毒并可致癌。
附图说明
图1为石墨烯导电纤维的制作工艺流程图。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明石墨烯导电纤维的制作工艺如下：
一、制作水性石墨烯远红外浆料
首先，选用多层石墨烯粉体与碳纳米管粉体按重量比例1：(1～5)进行混合，在反应釜中经过表面活性剂进行预洗处理，表面活性剂为浓度90～95wt％的乙醇溶液与纯净水按重量比例1：1混合，将混合粉体置于表面活性剂液体中，浸泡20～ 40分钟后进行澄清处理；
然后，取经过表面活性剂进行预洗处理的混合粉体，放入分散搅拌釜中，加入粘接剂，以1000～2000转/分高速搅拌20～40分钟；同时，加入分散剂、增塑剂、撒干剂和填料，搅拌均匀后，经过研磨机进行研磨20～40分钟后，过滤包装为成品。使用时，将成品与水按重量比例1：(1～5)稀释。
其中，水性石墨烯远红外浆料包括：多层石墨烯粉体、碳纳米管粉体、连接剂、分散剂、增塑剂、撒干剂和填料；其中，多层石墨烯粉体与碳纳米管粉体采用重量比例为1：(1～5)的混合粉体；连接剂为水性环氧树脂和水性丙烯酸树脂按重量比例1：1混合，分散剂为六偏磷酸钠，增塑剂为顺丁烯二酸，撒干剂为硬脂酸铝，粘接剂、分散剂、增塑剂、撒干剂分别为混合粉体重量的1％～1.2％；填料为碳黑，填料加入量为混合粉体重量的20％～40％。填料粒度为1～5nm，多层石墨烯粉体为10层以上，厚度10nm以下，水平方向宽度10～15nm，碳纳米管粉体的粒度为5～10nm。
二、纺纱线原料的表面处理
将棉纱、混纱、涤纶纱线等要制成石墨烯纤维的纺纱线原料进行表面净化蓬松处理，具体处理方法如下：
将纺纱线原料在干燥隧道进行加热烘干，隧道长5米分三段温度分布：进口段 45℃、中段65℃、出口段35℃，行进速度6米/分钟。
或者，可采用浸泡洗涤的方法，并用超声波对其表面进行杂质处理，提高纺纱线原料的色牢固度。
三、如图1所示，制作流程如下：原料→处理、浸渍→整理→烘干→检测、成卷。
将处理过的纺纱线原料，进行与水性石墨烯远红外浆料的浸渍，将纺纱线原料挂在设备的放料端，经过导轮通过浸浆池与水性石墨烯远红外浆料进行充分结合，时间在5～10分钟，并通过模具将多余的水性石墨烯远红外浆料刮掉，保持纺纱线的直径一致，纺织品制出来的产品才能美观，并经过烘干隧道使纺纱线均匀干燥柔软。按要求进行检测，合格品用于纺织品待用。
四、检测标准如下：
(1)电阻率小于1000欧母·厘米；
(2)断裂强度大于3CN/tex；
(3)干摩擦色牢度大于3；
(4)熔点大于250℃；
(5)表面温度不均匀度＜±5℃；
(6)织物性能电热辐射转换效率大于68％。
下面，通过实施例对本发明所用水性石墨烯远红外浆料进一步详细阐述。
实施例1
首先，选用多层石墨烯粉体与碳纳米管粉体按重量比例1：2进行混合，在反应釜中经过表面活性剂进行预洗处理，表面活性剂是浓度90wt％的乙醇溶液与纯净水按重量比例1：1混合，将混合粉体置于表面活性剂液体中，浸泡30分钟后进行澄清处理。
然后，取经过表面活性剂进行预洗处理的混合粉体，放入分散搅拌釜中，加入粘接剂，以1500转/分高速搅拌30分钟。同时，加入分散剂、增塑剂、撒干剂和填料，搅拌均匀后，经过研磨机进行研磨30分钟，过滤包装为成品。使用时，将成品与水按重量比例1：3稀释即可。
其中，粘接剂可用水性环氧树脂和水性丙烯酸树脂按重量比例1：1混合，提高附着力，加强粘接性能，具有较好的成膜性。分散剂为六偏磷酸钠，增塑剂为顺丁烯二酸，撒干剂为硬脂酸铝(用于乳化、增稠和润滑等)。粘接剂、分散剂、增塑剂、撒干剂分别为混合粉体重量的1％；填料为碳黑，粒度为1～5nm，加入量为混合粉体重量的20％。多层石墨烯粉体为10层以上，厚度10nm以下，水平方向宽度10～15nm，碳纳米管粉体的粒度为5～10nm。
本实施例制作的发热材料可以制作低电压的纺织产品，其发热快、均匀度好、抗衰减成本低，弥补其他碳素纤维等材料的不足。
实施例2
首先，选用多层石墨烯粉体与碳纳米管粉体按重量比例1：3进行混合，在反应釜中经过表面活性剂进行预洗处理，表面活性剂是浓度92wt％的乙醇溶液与纯净水按重量比例1：1混合，将混合粉体置于表面活性剂液体中，浸泡20分钟后进行澄清处理。
然后，取经过表面活性剂进行预洗处理的混合粉体，放入分散搅拌釜中，加入粘接剂，以1000转/分高速搅拌40分钟。同时，加入分散剂、增塑剂、撒干剂和填料，搅拌均匀后，经过研磨机进行研磨40分钟，过滤包装为成品。使用时，将成品与水按重量比例1：2稀释即可。
其中，粘接剂可用水性环氧树脂和水性丙烯酸树脂按重量比例1：1混合，提高附着力，加强粘接性能，具有较好的成膜性。分散剂为六偏磷酸钠，增塑剂为顺丁烯二酸，撒干剂为硬脂酸铝。粘接剂、分散剂、增塑剂、撒干剂分别为混合粉体重量的1.1％；填料为碳黑，粒度为1～5nm，加入量为混合粉体重量的30％。多层石墨烯粉体为10层以上，厚度10nm以下，水平方向宽度10～15nm，碳纳米管粉体的粒度为5～10nm。
本实施例制作的发热材料可以做高电压的民品，其发热快、均匀度好、抗衰减成本低，弥补其他碳素纤维等材料的不足。
实施例3
首先，选用多层石墨烯粉体与碳纳米管粉体按重量比例1：4进行混合，在反应釜中经过表面活性剂进行预洗处理，表面活性剂是浓度94wt％的乙醇溶液与纯净水按重量比例1：1混合，将混合粉体置于表面活性剂液体中，浸泡40分钟后进行澄清处理。
然后，取经过表面活性剂进行预洗处理的混合粉体，放入分散搅拌釜中，加入粘接剂，以2000转/分高速搅拌20分钟。同时，加入分散剂、增塑剂、撒干剂和填料，搅拌均匀后，经过研磨机进行研磨20分钟，过滤包装为成品。使用时，将成品与水按重量比例1：4稀释即可。
其中，粘接剂可用水性环氧树脂和水性丙烯酸树脂按重量比例1：1混合，提高附着力，加强粘接性能，具有较好的成膜性。分散剂为六偏磷酸钠，增塑剂为顺丁烯二酸，撒干剂为硬脂酸铝。粘接剂、分散剂、增塑剂、撒干剂分别为混合粉体重量的1.2％；填料为碳黑，粒度为1～5nm，加入量为混合粉体重量的40％。多层石墨烯粉体为10层以上，厚度10nm以下，水平方向宽度10～15nm，碳纳米管粉体的粒度为5～10nm。
本实施例制作的发热材料发热快、均匀度好、抗衰减成本低，弥补其他碳素纤维等材料的不足。
实施例结果表明，采用本发明制成的水性石墨烯远红外浆料，无论是在加热或者降温电热制品使用时，可确保稳定，并有较好的流动性和较快的干燥。

Claims (8)

1.一种石墨烯导电纤维的制作工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制作水性石墨烯远红外浆料
首先，选用多层石墨烯粉体与碳纳米管粉体按重量比例1：(1～5)进行混合，在反应釜中经过表面活性剂进行预洗处理，表面活性剂为浓度90～95wt％的乙醇溶液与纯净水按重量比例1：1混合，将混合粉体置于表面活性剂液体中，浸泡20～40分钟后进行澄清处理；
然后，取经过表面活性剂进行预洗处理的混合粉体，放入分散搅拌釜中，加入粘接剂，以1000～2000转/分高速搅拌20～40分钟；同时，加入分散剂、增塑剂、撒干剂和填料，搅拌均匀后，经过研磨机进行研磨20～40分钟后，过滤包装为成品；使用时，将成品与水按重量比例1：(1～5)稀释；
(2)将要制成石墨烯纤维的纺纱线原料进行表面净化蓬松处理；
(3)将处理过的纺纱线原料，进行与水性石墨烯远红外浆料的浸渍，将纺纱线原料挂在设备的放料端，经过导轮通过浸浆池与水性石墨烯远红外浆料进行充分结合，时间在5～10分钟，并通过模具将多余的水性石墨烯远红外浆料刮掉，保持纺纱线的直径一致，并经过烘干隧道使纺纱线均匀干燥柔软。
2.按照权利要求1所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，其特征在于，水性石墨烯远红外浆料包括：多层石墨烯粉体、碳纳米管粉体、连接剂、分散剂、增塑剂、撒干剂和填料；其中，多层石墨烯粉体与碳纳米管粉体采用重量比例为1：(1～5)的混合粉体；连接剂为水性环氧树脂和水性丙烯酸树脂按重量比例1：1混合，分散剂为六偏磷酸钠，增塑剂为顺丁烯二酸，撒干剂为硬脂酸铝，粘接剂、分散剂、增塑剂、撒干剂分别为混合粉体重量的1％～1.2％；填料为碳黑，填料加入量为混合粉体重量的20％～40％。
3.按照权利要求2所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，其特征在于，填料粒度为1～5nm。
4.按照权利要求2所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，其特征在于，多层石墨烯粉体为10层以上，厚度10nm以下，水平方向宽度10～15nm。
5.按照权利要求2所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，其特征在于，碳纳米管粉体的粒度为5～10nm。
6.按照权利要求1所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，其特征在于，纺纱线原料为棉纱、混纱或涤纶纱线。
7.按照权利要求1所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，其特征在于，纺纱线原料的表面处理方法如下：
将纺纱线原料在干燥隧道进行加热烘干，隧道长分三段温度分布：进口段40～50℃、中段60～70℃、出口段30～40℃，行进速度5～10米/分钟。
8.按照权利要求1所述的石墨烯导电纤维的制作工艺，其特征在于，纺纱线原料的表面处理方法如下：
采用浸泡洗涤的方法，并用超声波对纺纱线原料表面进行杂质处理，提高纺纱线原料的色牢固度。
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