CN109763180A - 功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，包括以下步骤：1、熔融；2、计量、纺丝；3、冷却、上油；4、拉伸定型；5、卷绕；6、涂层，采用连续溶液浸渍涂层技术，将功能性性助剂涂覆于石墨烯锦纶纤维成品表面，石墨烯锦纶纤维经由导纱钩进入石墨烯功能助剂的浸液槽，纤维长丝从浸液槽中压辊下经过，纤维长丝引出后经导辊进入烘干区烘干，烘干区温度为80‑90℃，再对烘干后的纤维长丝进行卷绕。本发明的功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，能提高产品的物理性能和力学性能；且制备工艺简单、易操作，同时可降低生产成本，提高生产效率，使其具有良好的导电性能。
Description
技术领域
本发明涉及纤维加工技术领域，特别涉及功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺。
背景技术
锦纶又称尼龙，其产量大并且应用广泛，可制成长纤或短纤。尼龙具有容易产生静电且不容易染色等缺陷。
石墨烯因其拥有独特的结构和优异的性能，在近几年间得到了显著的发展；石墨烯纤维（GBFs）能够将单个纳米尺度下的石墨烯片连接成为宏观下的先进功能性材料，已经在现实生活中得到了广泛应用。将石墨烯混入溶解的纤维素溶液制得的石墨烯纤维素复合纤维，具有良好的导电、导热性能，提高了传统再生纤维素纤维的附加值，石墨烯复合纤维具有广阔的应用前景。
以石墨烯为耐日晒老化功能材料，与水溶性聚氨酯共混得到功能性涂层助剂，再通过连续溶液浸渍涂层技术将其涂覆于锦纶长丝表面，制备出石墨烯改性锦纶长丝。通过测试石墨烯改性锦纶长丝的表面形态、红外光谱和导电性，我们看到结果表明，功能助剂涂覆于改性锦纶长丝表面，在实验室紫外灯模拟辐照下，石墨烯改性锦纶长丝的强力损失率低于50％，而常规锦纶长丝的强力损失率高于85％；改性锦纶长丝电导率在1×10^-4S／m以上。由此可以得出石墨烯改善了锦纶耐日晒老化性能，且石墨烯改性锦纶具有良好的导电性能。
由于石墨烯的流动性较差，现有的锦纶纤维的制备方法不适用于石墨烯复合锦纶纤维的制备，急需一种新的制备工艺来解决这一问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，能够满足功能性石墨烯锦纶纤维的制造需求，提高产品的物理性能和力学性能；且制备工艺简单、易操作，同时可降低生产成本，提高生产效率，使其具有良好的导电性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
1、熔融，将锦纶切片和石墨烯混合，经螺杆挤压熔融成纺丝原液，其中石墨烯质量百分比为1%-2%；
2、计量、纺丝，纺丝原液经计量泵调节流量后由喷丝头挤出纺丝成型，制得纤维丝束，纺丝速度为2500-2700m/min；
3、冷却、上油，采用热风设备对纤维丝束进行吹风冷却，然后采用锦纶油剂进行上油处理；
4、拉伸定型，对纤维丝束进行拉伸定型，拉伸定型时采用四对辊；
5、卷绕，将经过拉伸定型的纤维丝束进行全自动卷绕，得到石墨烯锦纶纤维成品；
6、涂层，采用连续溶液浸渍涂层技术，将功能性性助剂涂覆于石墨烯锦纶纤维成品表面，石墨烯锦纶纤维经由导纱钩进入石墨烯功能助剂的浸液槽，纤维长丝从浸液槽中压辊下经过，纤维长丝引出后经导辊进入烘干区烘干，烘干区温度为80-90℃，再对烘干后的纤维长丝进行卷绕。
其中所述熔融时的螺杆共有六个区，六个区的温度分别为：262-268°、282-288°、280-286°、278-284°、274-280°、272-278°；所述拉伸定型时四对辊的温度分别为：105-115°、125-135°、175-185°、175-185；功能性性助剂为石墨烯溶液按比例加入到PU中制成的，其中石墨烯与PU的质量百分比为1:50。
涂层步骤的设备包括卷绕筒放置架、浸液槽、烘干机和卷绕装置，卷绕成筒的纤维长丝卷筒套在卷绕筒放置架上，在浸液槽进口一侧上方设置导纱钩，在浸液槽中设置压辊，其中压辊浸入浸液槽中的溶液中，纤维长丝一端被牵引经过导纱钩，再经压辊下方后牵引至烘干机，在烘干机进口一侧上方设置张力辊，在烘干机中至少设置两个导向辊，经烘干机烘干的纤维长丝被牵引至卷绕装置进行卷绕。
计量泵转速为60-700转每分钟，优选的为650转每分钟。
烘干机中设置的红烘干装置位于箱体内侧上方，并且设置一排，并且烘干装置可伸缩设置在箱体内侧上方。一排可伸缩的烘干装置可有效调节烘干的时间和温度，以及不同区段的烘干温度的区分和调节。
功能性性助剂的石墨烯溶液以天然石墨为原料，采用改进方法制备成氧化石墨烯水溶液，再利用还原剂将氧化石墨烯还原成石墨烯，并制备出稳定分散的石墨烯溶液。石墨烯溶液按一定比例加入到PU中，将混合溶液放置于磁力搅拌器上搅拌30分钟，即可得到功能性涂层助剂。
本发明的功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，能提高产品的物理性能和力学性能；且制备工艺简单、易操作，同时可降低生产成本，提高生产效率，使其具有良好的导电性能。
本发明的有益效果是：通过计量泵控制纤维纤度，提高纺丝性能；采用四对辊进行拉伸定型，满足石墨烯复合导电锦纶纤维的制造需求，提高产品的物理性能和力学性能；对纤维长丝进行功能性涂层，提高纤维的防日晒老化以及抗强力拉伸等等性能。
附图说明
图1是本发明涂层步骤的设备结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。
本发明的一种功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
1、熔融，将锦纶切片和石墨烯混合，经螺杆挤压熔融成纺丝原液，其中石墨烯质量百分比为1%-2%；
2、计量、纺丝，纺丝原液经计量泵调节流量后由喷丝头挤出纺丝成型，制得纤维丝束，纺丝速度为2500-2700m/min；
3、冷却、上油，采用热风设备对纤维丝束进行吹风冷却，然后采用锦纶油剂进行上油处理；
4、拉伸定型，对纤维丝束进行拉伸定型，拉伸定型时采用四对辊；
5、卷绕，将经过拉伸定型的纤维丝束进行全自动卷绕，得到石墨烯锦纶纤维成品；
6、涂层，采用连续溶液浸渍涂层技术，将功能性性助剂涂覆于石墨烯锦纶纤维成品表面，石墨烯锦纶纤维经由导纱钩进入石墨烯功能助剂的浸液槽，纤维长丝从浸液槽中压辊下经过，纤维长丝引出后经导辊进入烘干区烘干，烘干区温度为80-90℃，再对烘干后的纤维长丝进行卷绕。
其中所述熔融时的螺杆共有六个区，六个区的温度分别为：262-268°、282-288°、280-286°、278-284°、274-280°、272-278°；所述拉伸定型时四对辊的温度分别为：105-115°、125-135°、175-185°、175-185；功能性性助剂为石墨烯溶液按比例加入到PU中制成的，其中石墨烯与PU的质量百分比为1:50。
涂层步骤的设备包括卷绕筒放置架、浸液槽、烘干机和卷绕装置，卷绕成筒的纤维长丝卷筒套在卷绕筒放置架上，在浸液槽进口一侧上方设置导纱钩，在浸液槽中设置压辊，其中压辊浸入浸液槽中的溶液中，纤维长丝一端被牵引经过导纱钩，再经压辊下方后牵引至烘干机，在烘干机进口一侧上方设置张力辊，在烘干机中至少设置两个导向辊，经烘干机烘干的纤维长丝被牵引至卷绕装置进行卷绕。
计量泵转速为60-700转每分钟，优选的为650转每分钟。
烘干机中设置的红烘干装置位于箱体内侧上方，并且设置一排，并且烘干装置可伸缩设置在箱体内侧上方。一排可伸缩的烘干装置可有效调节烘干的时间和温度，以及不同区段的烘干温度的区分和调节。
功能性性助剂的石墨烯溶液以天然石墨为原料，采用改进方法制备成氧化石墨烯水溶液，再利用还原剂将氧化石墨烯还原成石墨烯，并制备出稳定分散的石墨烯溶液。石墨烯溶液按一定比例加入到PU中，将混合溶液放置于磁力搅拌器上搅拌30分钟，即可得到功能性涂层助剂。
本发明的功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，能提高产品的物理性能和力学性能；且制备工艺简单、易操作，同时可降低生产成本，提高生产效率，使其具有良好的导电性能。
本发明的有益效果是：通过计量泵控制纤维纤度，提高纺丝性能；采用四对辊进行拉伸定型，满足石墨烯复合导电锦纶纤维的制造需求，提高产品的物理性能和力学性能；对纤维长丝进行功能性涂层，提高纤维的防日晒老化以及抗强力拉伸等等性能。
本发明的功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，，经熔融纺丝和后处理得到含有石墨烯的锦纶纤维，并在该纤维外侧设置功能性涂层。该工艺有效的解决了石墨烯密度小，表面能高易团聚，难以在切片中混合均匀的难题。从而将石墨烯的神奇功能带入到了锦纶纤维中。该石墨烯锦纶纤维与传统锦纶纤维相比，在远红外、抗菌抑菌性、抗紫外性等方面都有明显提高。
Claims (5)
1.功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
1）熔融，将锦纶切片和石墨烯混合，经螺杆挤压熔融成纺丝原液，其中石墨烯质量百分比为1%-2%；
2）计量、纺丝，纺丝原液经计量泵调节流量后由喷丝头挤出纺丝成型，制得纤维丝束，纺丝速度为2500-2700m/min；
3）冷却、上油，采用热风设备对纤维丝束进行吹风冷却，然后采用锦纶油剂进行上油处理；
4）拉伸定型，对纤维丝束进行拉伸定型，拉伸定型时采用四对辊；
5）卷绕，将经过拉伸定型的纤维丝束进行全自动卷绕，得到石墨烯锦纶纤维成品；
6）涂层，采用连续溶液浸渍涂层技术，将功能性性助剂涂覆于石墨烯锦纶纤维成品表面，石墨烯锦纶纤维经由导纱钩进入石墨烯功能助剂的浸液槽，纤维长丝从浸液槽中压辊下经过，纤维长丝引出后经导辊进入烘干区烘干，烘干区温度为80-90℃，再对烘干后的纤维长丝进行卷绕。
2.如权利要求1所述的功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，其特征在于：所述熔融时的螺杆共有六个区，六个区的温度分别为：262-268°、282-288°、280-286°、278-284°、274-280°、272-278°。
3.如权利要求1所述的功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，其特征在于：所述拉伸定型时四对辊的温度分别为：105-115°、125-135°、175-185°、175-185°。
4.如权利要求1或2或3所述的功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，其特征在于：其中功能性性助剂为石墨烯溶液按比例加入到PU中制成的，其中石墨烯与PU的质量百分比为1:50。
5.如权利要求4所述的功能性石墨烯锦纶纤维制备工艺，其特征在于：涂层步骤的设备包括卷绕筒放置架、浸液槽、烘干机和卷绕装置，卷绕成筒的纤维长丝卷筒套在卷绕筒放置架上，在浸液槽进口一侧上方设置导纱钩，在浸液槽中设置压辊，其中压辊浸入浸液槽中的溶液中，纤维长丝一端被牵引经过导纱钩，再经压辊下方后牵引至烘干机，在烘干机进口一侧上方设置张力辊，在烘干机中至少设置两个导向辊，经烘干机烘干的纤维长丝被牵引至卷绕装置进行卷绕。
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