CN110344160B - 一种抗菌防静电的运动服面料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗菌防静电的运动服面料及其制备方法，通过选择特定DBP值的炭黑以特定比例与单层改性石墨烯复配，形成了纳米复合结构，具有良好的导电性。再将其与对苯二甲酸、乙二醇进行原位共聚、异形喷丝板纺丝、经纬编织后，得到具有抗菌、防静电、吸湿排汗功能的面料，可用于运动服中。本发明在仅添加微量石墨烯和少量炭黑下，将防静电、防紫外、抗菌等性能赋予传统涤纶纤维，同时异形截面提高了纤维的吸湿导汗功能，可满足不同应用需求，并且产品可纺性好，性能稳定，成本低，工业化难度小，具有显著的实用价值。

Description

一种抗菌防静电的运动服面料及其制备方法
技术领域
本发明属于纤维领域，尤其涉及一种抗菌防静电的运动服面料及其制备方法。
背景技术
涤纶是三大合成纤维之一，因其优良的物理和化学特性被广泛应用于服装、包装材料、日化用品、特种纤维甚至军事材料。相比于锦纶、腈纶等化纤材料，涤纶具有显著成本优势和性价比，因此应用最为广泛，市场需求极大。然而，由于涤纶本身为疏水材料，制成衣物后吸湿排汗性差，相比天然纤维如棉、麻、丝等舒适度不佳，并且静电易于积累，如何进一步改进涤纶的性能成为生产者们共同追求的目标。
日常生活中，静电是一种非常常见的现象。当静电在积累并剧烈释放时，极易引发电路击穿、信息干扰、火灾、电击等现象，轻则使人体产生不适，增大灰尘吸附而使环境变脏，重则干扰电磁信号，引发头晕、头痛，击穿电子元器件，甚至引发爆炸和火灾。消除静电的主要方法是提高材料的电导率，使多余电荷从物体表面传递出去或中和。目前常用的导电添加剂包括金属纤维、碳纤维、复合导电纤维、导电高分子、纳米碳颗粒等，从性价比角度考虑，炭黑这种具有多孔纳米碳结构的导电材料是最具竞争力的防静电添加材料。已有许多研究和报道证实炭黑可以有效提升高分子材料的防静电效果，然而，单一添加炭黑往往需要较高的添加量(大于5％)才能实现效果，而在这样大的添加量下，复合材料的力学性能很可能收到影响，并且由于炭黑团簇体的存在，将复合材料加工成纤维和薄膜等材料存在产品均一性差、强度低等缺陷。
石墨烯是近年来新发现的明星材料，其具有无与伦比的力学、电学、热学、光学、催化、半导体等诸多性能，被认为是可以引起产业升级的“工业味精”材料。，由于石墨烯具有超高的电导率，将石墨烯加入其它材料中制备防静电或导电材料也成为近年来的热门课题。受限于成本、制备难度、环境友好等诸多因素，单一使用石墨烯也不是最优选择，将石墨烯的高电导率和炭黑的低成本相结合，或许是制备防静电复合材料的一个捷径。CN103832997A《一种石墨烯/炭黑复合材料及其制备方法和应用》采用氧化石墨和炭黑复配的方式制备出导电复合粉体，然而制备复杂，成本较高，工业化难度大。CN107516740A《一种炭墨、石墨烯粉体复合导电剂及其制备》采用向氧化石墨制备过程中加入炭黑得到复合导电剂，但是氧化石墨本身的氧化剂可能对炭黑结构产生破坏，复合粉体的导电性难以保证。CN106147185《含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料、其制法及应用》将炭黑、石墨烯和碳纳米管一起与聚碳酸酯进行共混，实现多维碳材料共同形成导电网络的目的，然而该方法不能避免碳材料的聚集，无法进行纺丝处理。因此，目前对于防静电复合纤维的制备仍存在诸多难题，如果可以实现抗菌、防静电和吸湿排汗等多个性能集中于一体，则可以实现纤维产品的差异化和多功能化，极大增强产品的竞争力，拓展市场应用面。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种抗菌防静电的运动服面料及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种抗菌防静电的运动服面料，由石墨烯复合异形涤纶纤维按经纬编织而成。
进一步地，所述石墨烯复合异形涤纶纤维至少包括接枝有PET分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的PET，纳米炭黑附着于单层石墨烯片的两面；纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加量是高DBP值纳米炭黑的3～5倍(质量比)，纳米炭黑与石墨烯的质量比为1.2～3:0.04～0.24；石墨烯在复合涤纶纤维中的质量含量为0.04～0.24％。
进一步地，所述单层石墨烯片内的缺陷位点处富集低DBP值纳米炭黑。
进一步地，所述高DBP值纳米炭黑的DBP值为360～400，低DBP值纳米炭黑的DBP值为200～280。
进一步地，所述石墨烯复合异形涤纶纤维的截面为三角形、三叶形、T形、Y形、五叶形、六叶形、八叶形的一种或多种组合。
进一步地，所述石墨烯复合异形涤纶纤维的截面为中空结构。
一种抗菌防静电的运动服面料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将10质量份改性石墨烯的水分散液、0.05-0.3质量份分子量调节剂、100质量份对苯二甲酸加入46质量份的乙二醇中，高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯，碳氧比为2.5到6之间；改性石墨烯水分散液的质量浓度为0.5％～3％；
(2)将低DBP值纳米炭黑和高DBP值纳米炭黑按3～5:1的比例混合后加入步骤(1)所得的混合液中，通过乳化均质机进行高速剪切分散，其中混合纳米炭黑总重为1.2～3质量份；
(3)在氮气保护下，将步骤(2)所得分散液加入缩聚反应釜中，进行酯化反应；随后升温至285℃并抽真空，反应进行至体系不再放热，将聚合物熔体经水冷造粒得到防静电复合PET切片；
(4)将步骤(3)所得切片进行高速纺丝，喷丝板为异形喷丝孔，熔体温度为270-300℃，连续纺丝速度为2000-5000米/分钟，牵伸倍数为2-6倍。
(5)将步骤(4)所得纤维按经纬编进行织造，得到抗菌防静电的运动服面料。
进一步地，所述步骤(2)的高DBP值纳米炭黑的DBP值为360～400，低DBP值纳米炭黑的DBP值为200～280。
本发明的有益效果在于：
(1)巧妙设计了具有不同结构度纳米炭黑和石墨烯复合结构，显著提升涤纶的电导率。首先，由于炭黑处于纳米级尺寸，在乙二醇中，炭黑会选择性富集于改性石墨烯表面，如图2所示。其次，低DBP值炭黑具有低结构度，即结构偏致密，多孔结构偏少，可修复改性石墨烯表面缺陷，提升改性石墨烯的本征电导率，而高DBP值的炭黑具有更为伸展的微结构，空隙发达，在贴附于改性石墨烯表面时会向外伸展，有助于界面电荷传递和导电网络的形成。本发明通过反复调整改性石墨烯、高DBP炭黑和低DBP炭黑的配比，得出最佳配方，最终实现复合纤维的防静电效果(表1)。
(2)解决了防静电复合纤维纺丝不连续，高速纺困难，细旦化难实现的问题。纳米炭黑均匀贴附于单层改性石墨烯表面，借助改性石墨烯表面丰富的含氧官能团在乙二醇中均匀分散。在原位聚合过程中，乙二醇上的羟基和对苯二甲酸上的羧基与这些含氧官能团发生共价接枝反应，一方面防止了石墨烯片间的堆叠，使得石墨烯-炭黑复合结构能实现分子级分散，另一方面共价接枝的存在使得相界面上的电荷转移更为容易，也有利于电导率的降低。此外，石墨烯的均匀分散有利于复合纤维的连续化制备，即使在高速纺丝下仍保持高连续性和高稳定性，产品质量好。
(3)石墨烯和炭黑通过共聚形式均匀分散在PET基体内部，并形成导电网络，即使经过长期使用和水洗仍可保持电导率不衰减，具有高耐用性。
(4)“组成+结构”的设计思路使得复合纤维的性能充分发挥，石墨烯和纳米炭黑的加入使织物具有防紫外、抗菌和防静电效果，同时由于异形截面，可以呈现出优异的吸湿排汗效果，特别适合户外运动服装。
(5)纳米炭黑总添加量仅为1.2～3％，成体添加量显著低于市场同类产品和报道值，成本低，易于工业化生产。
综上，利用本方法得到的复合纤维制备简单，防静电性能优异，耐用性好，成本低廉，相比传统纤维具有显著优势，具有广阔的市场前景和应用价值。
附图说明
图1为复合纤维的局部结构示意图，其中1为接枝有PET的单层石墨烯片，2为游离的PET。
图2为复合纤维溶解后沉积于多孔基底上的石墨烯-纳米炭黑复合结构扫描电镜照片。
图3为复合纤维的微观组成示意图，其中1为单层石墨烯片，2为接枝的PET分子，3为石墨烯表面的缺陷，4为低结构度炭黑，5为高结构度炭黑。
具体实施方式
本发明首先将单层改性石墨烯和对苯二甲酸、乙二醇进行混合，使改性石墨烯均匀分散在聚合单体中。随后加入具有不同DBP值的纳米炭黑，一起进行高速剪切分散，在此过程中，炭黑选择性吸附于改性石墨烯表面形成复合结构，在剪切作用下这种复合碳结构可以以单层形式分散，不发生团聚现象。然后体系升温，进行酯化和缩聚反应，改性石墨烯表面的含氧官能团与PET分子发生共价接枝，改性石墨烯表面的缺陷和官能团在受热下得到一定程度的还原，最终得到如图1所示的纳米复合结构，该结构的扫描电镜图如图2所示。石墨烯片上低结构度的炭黑起到修复缺陷，提升电导率的目的，高结构度的炭黑增大了石墨烯与PET的界面作用，并有助于导电网络的构建(图3)。所得复合切片可通过高速连续纺丝，通过设计喷丝板形状得到具有不同截面形状的异性纤维产品，最后经编织得到具有防紫外、防静电、抗菌、吸湿排汗性能的运动服面料。
以下实施例中采用碳氧比为2.5～6的羧化碳纳米管，经285℃聚合过程后失重率通常在20％左右。
下面通过实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述发明的内容做出一些非本质的改变和调整均属本发明的保护范围。
实施例1：
(1)将10质量份改性石墨烯的水分散液、0.05质量份分子量调节剂、100质量份对苯二甲酸加入46质量份的乙二醇中，高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯，碳氧比为2.5，改性石墨烯水分散液的质量浓度为0.5％；
(2)将0.3份高DBP值纳米炭黑和0.9份低DBP值纳米炭黑混合后加入步骤(1)所得的混合液中，通过乳化均质机进行高速剪切分散；其中高DBP值纳米炭黑的DBP值为360，低DBP值炭黑的DBP值为240；
(3)在氮气保护下，将步骤(2)所得分散液加入缩聚反应釜中进行酯化反应；随后升温至285℃并抽真空，反应进行至体系不再放热，将聚合物熔体经水冷造粒得到防静电复合PET切片；
(4)将步骤(3)所得切片进行高速纺丝，喷丝板为三角形孔，熔体温度为270℃，连续纺丝速度为4000米/分钟，牵伸倍数为6倍。
(5)将步骤(4)所得纤维按经纬编进行织造，得到抗菌防静电的运动服面料。
本实施例合成得到的抗菌防静电的运动服面料中，纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加量是高DBP值纳米炭黑的3倍，纳米炭黑与石墨烯的质量比为1.2：0.04；石墨烯在织物中的质量含量为0.04％；纤维截面呈三角形。
经测试，其由石墨烯改性涤纶织造而成，石墨烯改性涤纶至少包括接枝有尼龙6分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的尼龙6，纳米炭黑附着于单层石墨烯片的两面。
具体性能如表1所示。
实施例2：
(1)将10质量份改性石墨烯的水分散液、0.05质量份分子量调节剂、100质量份对苯二甲酸加入46质量份的乙二醇中，高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯，碳氧比为4，改性石墨烯水分散液的质量浓度为1.5％；
(2)将0.3份高DBP值纳米炭黑和0.9份低DBP值纳米炭黑混合后加入步骤(1)所得的混合液中，通过乳化均质机进行高速剪切分散；其中高DBP值纳米炭黑的DBP值为400，低DBP值炭黑的DBP值为240；
(3)在氮气保护下，将步骤(2)所得分散液加入缩聚反应釜中进行酯化反应；随后升温至285℃并抽真空，反应进行至体系不再放热，将聚合物熔体经水冷造粒得到防静电复合PET切片；
(4)将步骤(3)所得切片进行高速纺丝，喷丝板为三角形孔，熔体温度为300℃，连续纺丝速度为4000米/分钟，牵伸倍数为2倍。
(5)将步骤(4)所得纤维按经纬编进行织造，得到抗菌防静电的运动服面料。
本实施例合成得到的抗菌防静电的运动服面料中，纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加量是高DBP值纳米炭黑的3倍，纳米炭黑与石墨烯的质量比为1.2：0.15；石墨烯在织物中的质量含量为0.15％；纤维截面呈三角形。
经测试，其由石墨烯改性涤纶织造而成，石墨烯改性涤纶至少包括接枝有尼龙6分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的尼龙6，纳米炭黑附着于单层石墨烯片的两面。
具体性能如表1所示。
实施例3：
(1)将10质量份改性石墨烯的水分散液、0.3质量份分子量调节剂、100质量份对苯二甲酸加入46质量份的乙二醇中，高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯，碳氧比为6，改性石墨烯水分散液的质量浓度为3％；
(2)将0.3份高DBP值纳米炭黑和0.9份低DBP值纳米炭黑混合后加入步骤(1)所得的混合液中，通过乳化均质机进行高速剪切分散；其中高DBP值纳米炭黑的DBP值为380，低DBP值炭黑的DBP值为280；
(3)在氮气保护下，将步骤(2)所得分散液加入缩聚反应釜中进行酯化反应；随后升温至285℃并抽真空，反应进行至体系不再放热，将聚合物熔体经水冷造粒得到防静电复合PET切片；
(4)将步骤(3)所得切片进行高速纺丝，喷丝板为三角形孔，熔体温度为300℃，连续纺丝速度为5000米/分钟，牵伸倍数为3倍。
(5)将步骤(4)所得纤维按经纬编进行织造，得到抗菌防静电的运动服面料。
本实施例合成得到的抗菌防静电的运动服面料中，纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加量是高DBP值纳米炭黑的3倍，纳米炭黑与石墨烯的质量比为1.2：0.24；石墨烯在织物中的质量含量为0.24％；纤维截面呈三角形。
经测试，其由石墨烯改性涤纶织造而成，石墨烯改性涤纶至少包括接枝有尼龙6分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的尼龙6，纳米炭黑附着于单层石墨烯片的两面。
具体性能如表1所示。
实施例4：
(1)将10质量份改性石墨烯的水分散液、0.3质量份分子量调节剂、100质量份对苯二甲酸加入46质量份的乙二醇中，高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯，碳氧比为4，改性石墨烯水分散液的质量浓度为1％；
(2)将0.5份高DBP值纳米炭黑和2.5份低DBP值纳米炭黑混合后加入步骤(1)所得的混合液中，通过乳化均质机进行高速剪切分散；其中高DBP值纳米炭黑的DBP值为380，低DBP值炭黑的DBP值为200；
(3)在氮气保护下，将步骤(2)所得分散液加入缩聚反应釜中进行酯化反应；随后升温至285℃并抽真空，反应进行至体系不再放热，将聚合物熔体经水冷造粒得到防静电复合PET切片；
(4)将步骤(3)所得切片进行高速纺丝，喷丝板为三角形孔，熔体温度为270℃，连续纺丝速度为2000米/分钟，牵伸倍数为4倍。
(5)将步骤(4)所得纤维按经纬编进行织造，得到抗菌防静电的运动服面料。
本实施例合成得到的抗菌防静电的运动服面料中，纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加量是高DBP值纳米炭黑的5倍，纳米炭黑与石墨烯的质量比为3：0.08；石墨烯在织物中的质量含量为0.04％；纤维截面呈三角形。
经测试，其由石墨烯改性涤纶织造而成，石墨烯改性涤纶至少包括接枝有尼龙6分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的尼龙6，纳米炭黑附着于单层石墨烯片的两面。
具体性能如表1所示。
实施例5：
(1)将10质量份改性石墨烯的水分散液、0.1质量份分子量、100质量份对苯二甲酸加入46质量份的乙二醇中，高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯，碳氧比为4，改性石墨烯水分散液的质量浓度为0.05％；
(2)将0.3份高DBP值纳米炭黑和0.9份低DBP值纳米炭黑混合后加入步骤(1)所得的混合液中，通过乳化均质机进行高速剪切分散；其中高DBP值纳米炭黑的DBP值为380，低DBP值炭黑的DBP值为200；
(3)在氮气保护下，将步骤(2)所得分散液加入缩聚反应釜中进行酯化反应；随后升温至285℃并抽真空，反应进行至体系不再放热，将聚合物熔体经水冷造粒得到防静电复合PET切片；
(4)将步骤(3)所得切片进行高速纺丝，喷丝板为三角形孔，熔体温度为280℃，连续纺丝速度为3000米/分钟，牵伸倍数为6倍。
(5)将步骤(4)所得纤维按经纬编进行织造，得到抗菌防静电的运动服面料。
本实施例合成得到的抗菌防静电的运动服面料中，纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加量是高DBP值纳米炭黑的3倍，纳米炭黑与石墨烯的质量比为1.2：0.004；石墨烯在织物中的质量含量为0.004％；纤维截面呈三角形。
经测试，其由石墨烯改性涤纶织造而成，石墨烯改性涤纶至少包括接枝有尼龙6分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的尼龙6，纳米炭黑附着于单层石墨烯片的两面。
具体性能如表1所示。
实施例6：
(1)将10质量份改性石墨烯的水分散液、0.1质量份分子量、100质量份对苯二甲酸加入46质量份的乙二醇中，高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯，碳氧比为4，改性石墨烯水分散液的质量浓度为5％；
(2)将0.3份高DBP值纳米炭黑和0.9份低DBP值纳米炭黑混合后加入步骤(1)所得的混合液中，通过乳化均质机进行高速剪切分散；其中高DBP值纳米炭黑的DBP值为380，低DBP值炭黑的DBP值为200；
(3)在氮气保护下，将步骤(2)所得分散液加入缩聚反应釜中进行酯化反应；随后升温至285℃并抽真空，反应进行至体系不再放热，将聚合物熔体经水冷造粒得到防静电复合PET切片；
(4)将步骤(3)所得切片进行高速纺丝，熔体温度为270℃，喷丝板为三角形孔，连续纺丝速度为3000米/分钟，牵伸倍数为4倍。
(5)将步骤(4)所得纤维按经纬编进行织造，得到抗菌防静电的运动服面料。
本实施例合成得到的抗菌防静电的运动服面料中，纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加量是高DBP值纳米炭黑的3倍，纳米炭黑与石墨烯的质量比为1.2：0.4；石墨烯在织物中的质量含量为0.4％；纤维截面呈三角形。
经测试，其由石墨烯改性涤纶织造而成，石墨烯改性涤纶至少包括接枝有尼龙6分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的尼龙6，纳米炭黑附着于单层石墨烯片的两面。
具体性能如表1所示。
实施例7：
(1)将10质量份改性石墨烯的水分散液、0.1质量份分子量调节剂、100质量份对苯二甲酸加入46质量份的乙二醇中，高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯，碳氧比为4，改性石墨烯水分散液的质量浓度为3％；
(2)将1.2份高DBP值纳米炭黑加入步骤(1)所得的混合液中，通过乳化均质机进行高速剪切分散；其中高DBP值纳米炭黑的DBP值为380；
(3)在氮气保护下，将步骤(2)所得分散液在缩聚反应釜中，加入0.018重量份催化剂并搅拌均匀，升温至250℃酯化反应；随后升温至285℃并抽真空，反应进行至体系不再放热，将聚合物熔体经水冷造粒得到防静电复合PET切片；
(4)将步骤(3)所得切片进行高速纺丝，喷丝板为三叶形孔，得到抗菌防静电的运动服面料。熔体温度为280℃，连续纺丝速度为3000米/分钟，牵伸倍数为6倍。
(5)将步骤(4)所得纤维按经纬编进行织造，得到抗菌防静电的运动服面料。
本实施例合成得到的抗菌防静电的运动服面料中，纳米炭黑为高DBP值纳米炭黑，纳米炭黑与石墨烯的质量比为1.2：0.24；石墨烯在织物中的质量含量为0.24％；纤维截面呈三叶形。
经测试，其由石墨烯改性涤纶织造而成，石墨烯改性涤纶至少包括接枝有尼龙6分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的尼龙6，纳米炭黑附着于单层石墨烯片的两面。
具体性能如表1所示。
实施例8：
(1)将10质量份改性石墨烯的水分散液、0.1质量份分子量调节剂、100质量份对苯二甲酸加入46质量份的乙二醇中，高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯，碳氧比为4，改性石墨烯水分散液的质量浓度为3％；
(2)将1.2份低DBP值纳米炭黑混合后加入步骤(1)所得的混合液中，通过乳化均质机进行高速剪切分散；其中低DBP值炭黑的DBP值为200；
(3)在氮气保护下，将步骤(2)所得分散液加入缩聚反应釜中进行酯化反应；随后升温至285℃并抽真空，反应进行至体系不再放热，将聚合物熔体经水冷造粒得到防静电复合PET切片；
(4)将步骤(3)所得切片进行高速纺丝，喷丝板为三叶形孔，熔体温度为280℃，连续纺丝速度为4000米/分钟，牵伸倍数为5倍。
(5)将步骤(4)所得纤维按经纬编进行织造，得到抗菌防静电的运动服面料。
本实施例合成得到的抗菌防静电的运动服面料中，纳米炭黑为低DBP值纳米炭黑，纳米炭黑与石墨烯的质量比为1.2：0.24；石墨烯在织物中的质量含量为0.24％；纤维截面呈三叶形。
经测试，其由石墨烯改性涤纶织造而成，石墨烯改性涤纶至少包括接枝有尼龙6分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的尼龙6，纳米炭黑附着于单层石墨烯片的两面。
具体性能如表1所示。
实施例9：
(1)将10质量份改性石墨烯的水分散液、0.1质量份分子量调节剂、100质量份对苯二甲酸加入46质量份的乙二醇中，高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯，碳氧比为4，改性石墨烯水分散液的质量浓度为3％；
(2)将0.3份高DBP值纳米炭黑和0.9份低DBP值纳米炭黑混合后加入步骤(1)所得的混合液中，通过乳化均质机进行高速剪切分散；其中高DBP值纳米炭黑的DBP值为500，低DBP值炭黑的DBP值为100；
(3)在氮气保护下，将步骤(2)所得分散液加入缩聚反应釜中进行酯化反应；随后升温至285℃并抽真空，反应进行至体系不再放热，将聚合物熔体经水冷造粒得到防静电复合PET切片；
(4)将步骤(3)所得切片进行高速纺丝，喷丝板为T形孔，熔体温度为280℃，连续纺丝速度为3000米/分钟，牵伸倍数为6倍。
(5)将步骤(4)所得纤维按经纬编进行织造，得到抗菌防静电的运动服面料。
本实施例合成得到的抗菌防静电的运动服面料中，纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加量是高DBP值纳米炭黑的3倍，纳米炭黑与石墨烯的质量比为1.2：0.24；石墨烯在织物中的质量含量为0.24％；纤维截面呈T形。
经测试，其由石墨烯改性涤纶织造而成，石墨烯改性涤纶至少包括接枝有尼龙6分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的尼龙6，纳米炭黑附着于单层石墨烯片的两面。
具体性能如表1所示。
表1实施例的相关参数与复合纤维性能
Figure BDA0002123474110000111
Figure BDA0002123474110000121
表2实施例对应制备的面料性能
Figure BDA0002123474110000122
从实施例1-3的对比可以看出，控制纳米炭黑添加量一定的情况下，提高石墨烯含量能显著提升复合纤维的电导率和防紫外系数，这是由于石墨烯本身具有良好导电性和吸收紫外线的能力，并且改性石墨烯的加入可提高纳米炭黑的分散性，形成了更好的相界面。反之，添加石墨烯量过低(实施例5)，石墨烯本身的性能不能充分发挥，并且导致部分纳米炭黑游离于基体中，互相结合形成了团聚结构而无法有效形成导电网络，不仅影响可纺性，还严重降低导电性。而石墨烯添加量过高(实施例6)，石墨烯与炭黑的质量比偏高，炭黑在石墨烯片上不能有效分布，对石墨烯缺陷的修复效果差，使得石墨烯本身的电导率低，而且石墨烯本身易于发生团聚，形成堆叠现象，在纺丝时导致喷丝板堵塞，无法进行连续纺丝。
从实施例2-4可以看出，增加纳米炭黑添加量能有效提高电导率，这是由于炭黑复配体系对导电性的提升。炭黑增大对紫外防护性能和抑菌性能提升不大。
从实施例7,8可以看出，单独使用高DBP纳米炭黑或低DBP纳米炭黑都无法实现复合纤维的有效电导，这是因为缺乏协同作用的机制，只有同时实现“缺陷修复”和“网络形成”两种效果，才能在低炭黑添加下实现导电率显著上升，否则仍需大量添加炭黑才能实现相似效果。实施例9则是选用了更高DBP值和更低DBP值的纳米炭黑进行复合，效果仍劣于本发明权利要求得到的结果，这是由于更低DBP值的纳米炭黑本身形成导电网络能力差，且修复改性石墨烯缺陷的效果更差，而过高DBP值的纳米炭黑分散效果不佳，容易团聚导致。
由于采用原位聚合的方法，导电添加剂大部分分布于纤维内部形成导电网络，因此即使经过反复洗涤仍可保持其电导性。
将实施例制备的石墨烯复合异形涤纶纤维按经纬编织获得运动服面料，各面料的性能防紫外系数UPF、金黄色葡萄球菌抑菌率、透湿量的测试结果如表2所示。从表2中可以看出，本发明的运动服面料仅添加微量石墨烯和少量炭黑下，具有防静电、防紫外、抗菌等性能，同时异形截面提高了纤维的吸湿导汗功能，使得运动服面料很大的吸湿量。

Claims (4)

1.一种抗菌防静电的运动服面料，其特征在于，由石墨烯复合异形涤纶纤维按经纬编织而成；所述石墨烯复合异形涤纶纤维至少包括接枝有PET分子的单层石墨烯、纳米炭黑和游离的PET，纳米炭黑附着于单层石墨烯片的两面；纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加质量是高DBP值纳米炭黑的3~5倍，纳米炭黑与石墨烯的质量比为1.2~3:0.04~0.24；石墨烯在面料中的质量含量为0.04~0.24%；所述抗菌防静电的运动服面料通过以下方法得到：
（1）将10质量份改性石墨烯的水分散液、0.05-0.3质量份分子量调节剂、100质量份对苯二甲酸加入46质量份的乙二醇中，300~500rpm搅拌混匀形成分散液；所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基含氧官能团的单层石墨烯，碳氧比为2.5到6之间；改性石墨烯水分散液的质量浓度为0.5%~3%；
（2）将低DBP值纳米炭黑和高DBP值纳米炭黑按3~5：1的比例混合后加入步骤（1）所得的混合液中，通过乳化均质机进行分散，其中混合纳米炭黑总重为1.2~3质量份；高DBP值纳米炭黑的DBP值为360~400，低DBP值纳米炭黑的DBP值为200~280；
（3）在氮气保护下，将步骤（2）所得分散液加入缩聚反应釜中，进行酯化反应；随后升温至285℃并抽真空，反应进行至体系不再放热，将聚合物熔体经水冷造粒得到防静电复合PET切片；
（4）将步骤（3）所得切片进行高速纺丝，喷丝板为异形喷丝孔，熔体温度为270-300℃，连续纺丝速度为2000-5000米/分钟，牵伸倍数为2-6倍；
（5）将步骤（4）所得纤维按经纬编进行织造，得到抗菌防静电的运动服面料。
2.根据权利要求1所述的运动服面料，其特征在于，所述石墨烯复合异形涤纶纤维的截面为三角形、三叶形、T形、Y形、五叶形、六叶形、八叶形的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的运动服面料，其特征在于，所述石墨烯复合异形涤纶纤维的截面为中空结构。
4.根据权利要求1所述的运动服面料，其特征在于，所述单层石墨烯片内的缺陷位点处富集低DBP值纳米炭黑。
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