CN111764153A - 一种采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物性能的方法 - Google Patents

一种采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物性能的方法，属于纺织材料技术领域。本发明先将石墨烯与聚酰胺、聚乙烯、聚酯类等高分子材料切片进行熔融共混，再将熔融共混后得到的产物进行电子束辐照，得到采用电子束辐照技术提升性能的石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物。利用本发明提供的方法得到的采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物，力学性能、电性能、抗老化性能等进一步增强，且方法简单、成本低，适合工业化生产。

Description

一种采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯 改性织物性能的方法
技术领域
本发明涉及一种采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物性能的方法，属于纺织材料技术领域。
背景技术
石墨烯作为一种二维结构碳材料，具有优异的电学、热学、力学等物理化学性能，可以作为理想得功能填料，赋予复合材料优异的性能。因此，石墨烯被应用于一些功能材料的研究领域，如制备石墨烯改性功能纺织品。
目前，石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物基础材料主要通过熔融共混法或原位聚合法制备得到。所谓熔融共混法，是以在熔融状态下的聚合物单元的流动物理状况为推动力，在石墨烯包围的环境下形成复合材料。该方法利用聚合物的流动性代替了溶液混合法中的溶剂，避免了溶剂的脱除，在工艺过程上更为简捷与方便。所谓原位聚合法，是将石墨烯和聚合物单元在催化剂的催化下，引发剂引发聚合反应制备石墨烯/聚合物复合材料。然而，这两种制备方法均存在一定缺陷。高温熔融是一个物理过程，最终得到的产物存在结合不够紧密的问题；而原位聚合一般为化学过程，能够克服结合不够紧密的问题，但工业化生产难度较高。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物性能的方法。利用本发明提供的方法得到的石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物，力学性能、电性能等进一步增强，且方法简单、成本低，适合工业化生产。
本发明的技术方案如下：
一种采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物性能的方法，包括如下步骤：
(1)将石墨烯与高分子切片在挤出机中进行熔融共混，所述高分子切片与石墨烯的质量比为100-1000:1；所述高分子切片为能够通过纺丝制成织物的高分子材料切片；所述高分子切片包括但不限于聚酰胺、聚乙烯、聚酯类高分子材料切片；所述高分子切片包括但不限于聚酰胺、聚乙烯、聚酯类高分子材料切片；
(2)对步骤(1)得到的熔融共混产物进行干燥处理，干燥后进行直纺，得到石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物；
(3)对步骤(2)得到的石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物进行电子束辐照，辐照后经过洗涤、烘干，得到电子束辐照后的石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物；所述的辐照是指剂量在30-1000kGy的电子辐照，其中，当步骤(1)使用的高分子切片为聚酰胺时，辐照剂量为30-60kGy；当步骤(1)使用的高分子切片为聚酯类时，辐照剂量为200-400kGy；当步骤(1)使用的高分子切片为聚乙烯时，辐照剂量为30-400kGy。
进一步地，所述石墨烯是指含羧基、羟基或环氧基官能团，且横向片径尺寸为1nm-10μm、纵向厚度不超过10nm的石墨烯材料。
进一步地，所述熔融共混的温度为200-300℃。
进一步地，步骤(2)中，所述干燥的温度为70-150℃，时间为2-5h。
进一步地，步骤(2)中，所述直纺的具体步骤包括：
(a)将熔融共混产物经喷丝板喷出，形成熔融共混产物细流；
(b)将(a)中熔融共混产物细流经冷凝风凝固化成细丝；
(c)将(b)中细丝牵引至收丝辊上，热拉伸得到石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物。
进一步地，所述收丝辊的油辊速度为10-20r/min，热拉伸倍数为1-7。
进一步地，步骤(3)中，所述烘干的温度为60-80℃，时间为30-90min。
本发明有益的技术效果在于：
本发明利用电子束辐照将交联过程与挤出、成型等过程相互分开，不必像化学交联法那样需要采取长时间高温硫化，因而大大节约了能量；同时可避免引入交联剂，在提高产品纯净性的同时，也减小了毒性与污染。另外，石墨烯自身优异的力学性能和功能特性赋予复合材料高强度和抗静电等功能性。综合来说，本发明提供的采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物性能的方法既克服了石墨烯与织物结合不够紧密的问题，又更适宜用于工业化生产，还进一步增强了织物的力学性能、电性能等。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物性能的方法，包括如下步骤：
(1)将石墨烯与尼龙6切片进行混合，混合后于挤出机中进行熔融共混，所述尼龙6与石墨烯的质量比为100:1；
(2)对步骤(1)得到的熔融共混产物进行干燥处理，干燥后进行直纺，得到石墨烯/尼龙6或石墨烯/尼龙6纤维；
(3)对步骤(2)得到的石墨烯/尼龙6或石墨烯/尼龙6纤维进行电子束辐照，辐照剂量为30kGy，辐照后经过洗涤、烘干，得到电子束辐照后的石墨烯/尼龙6或石墨烯/尼龙6纤维。
所述石墨烯为氧化石墨烯，横向片径尺寸为5-10μm且纵向厚度不超过2nm。
所述熔融共混的温度为260℃。
步骤(2)中，所述干燥的温度为100℃，时间为4h，所述直纺的具体步骤包括：
(a)将熔融共混产物经喷丝板喷出，形成熔融共混产物细流；
(b)将(a)中熔融共混产物细流经冷凝风凝固化成细丝；
(c)将(b)中细丝牵引至收丝辊上，热拉伸得到石墨烯/尼龙6或石墨烯/尼龙6纤维；所述收丝辊的油辊速度为15r/min，热拉伸倍数为4.3。
步骤(3)中，所述烘干的温度为60℃，时间为60min。
实施例2
一种采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物性能的方法，包括如下步骤：
(1)将石墨烯与聚乙烯切片进行混合，混合后于挤出机中进行熔融共混，所述聚乙烯与石墨烯的质量比为500:1；
(2)对步骤(1)得到的熔融共混产物进行干燥处理，干燥后进行直纺，得到石墨烯/聚乙烯或石墨烯/聚乙烯纤维；
(3)对步骤(2)得到的石墨烯/聚乙烯或石墨烯/聚乙烯纤维进行电子束辐照，辐照剂量为100kGy，辐照后经过洗涤、烘干，得到电子束辐照后的石墨烯/聚乙烯或石墨烯/聚乙烯纤维。
所述石墨烯为氧化还原石墨烯，横向片径尺寸为1-5μm且纵向厚度不超过5nm。
所述熔融共混的温度为280℃。
步骤(2)中，所述干燥的温度为70℃，时间为5h，所述直纺的具体步骤包括：
(a)将熔融共混产物经喷丝板喷出，形成熔融共混产物细流；
(b)将(a)中熔融共混产物细流经冷凝风凝固化成细丝；
(c)将(b)中细丝牵引至收丝辊上，热拉伸得到石墨烯/聚乙烯或石墨烯/聚乙烯纤维；所述收丝辊的油辊速度为20r/min，热拉伸倍数为2。
步骤(3)中，所述烘干的温度为80℃，时间为30min。
实施例3
一种采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物性能的方法，包括如下步骤：
(1)将石墨烯与聚酯切片进行混合，混合后于挤出机中进行熔融共混，所述聚酯与石墨烯的质量比为500-1000:1；
(2)对步骤(1)得到的熔融共混产物进行干燥处理，干燥后进行直纺，得到石墨烯/聚酯或石墨烯/聚酯纤维；
(3)对步骤(2)得到的石墨烯/聚酯或石墨烯/聚酯纤维进行电子束辐照，辐照后经过洗涤、烘干，得到电子束辐照后的石墨烯/聚酯或石墨烯/聚酯纤维；辐照剂量为300kGy。
所述石墨烯为含羧基、羟基或环氧基的石墨烯量子点，该材料横向片径尺寸不超过50nm且纵向厚度不超过2nm。
所述熔融共混的温度为240℃。
步骤(2)中，所述干燥的温度为80℃，时间为3h，所述直纺的具体步骤包括：
(a)将熔融共混产物经喷丝板喷出，形成熔融共混产物细流；
(b)将(a)中熔融共混产物细流经冷凝风凝固化成细丝；
(c)将(b)中细丝牵引至收丝辊上，热拉伸得到石墨烯/聚酯或石墨烯/聚酯纤维；所述收丝辊的油辊速度为10r/min，热拉伸倍数为3.3。
步骤(3)中，所述烘干的温度为60℃，时间为90min。
实施例4
一种采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物性能的方法，包括如下步骤：
(1)将石墨烯与尼龙66切片进行混合，混合后于挤出机中进行熔融共混，所述尼龙66与石墨烯的质量比为100-1000:1；
(2)对步骤(1)得到的熔融共混产物进行干燥处理，干燥后进行直纺，得到石墨烯/尼龙66或石墨烯/尼龙66纤维；
(3)对步骤(2)得到的石墨烯/尼龙66或石墨烯/尼龙66纤维后进行电子束辐照，辐照后经过洗涤、烘干，得到电子束辐照后的石墨烯/尼龙66或石墨烯/尼龙66纤维；辐照剂量为260kGy。
所述石墨烯为氧化石墨烯，横向片径尺寸为5-10μm且纵向厚度不超过2nm。
所述熔融共混的温度为250℃。
步骤(2)中，所述干燥的温度为130℃，时间为2h，所述直纺的具体步骤包括：
(a)将熔融共混产物经喷丝板喷出，形成熔融共混产物细流；
(b)将(a)中熔融共混产物细流经冷凝风凝固化成细丝；
(c)将(b)中细丝牵引至收丝辊上，热拉伸得到石墨烯/尼龙66或石墨烯/尼龙66纤维；所述收丝辊的油辊速度为18r/min，热拉伸倍数为5。
步骤(3)中，所述烘干的温度为70℃，时间为40min。
测试例1
对实施例1-4制得的电子束辐照和石墨烯改性织物复合材料进行性能测试，结果如表1所示。
表1性能测试结果
Figure BDA0002577223430000051
注：对照例1-4分别为未经过处理的市售尼龙6切片、聚乙烯切片、聚酯切片、尼龙66。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种采用电子束辐照技术提升石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将石墨烯与高分子切片在挤出机中进行熔融共混，所述高分子切片与石墨烯的质量比为100-1000:1；所述高分子切片为能够通过纺丝制成织物的高分子材料切片；所述高分子切片包括但不限于聚酰胺、聚乙烯、聚酯类高分子材料切片；所述高分子切片包括但不限于聚酰胺、聚乙烯、聚酯类高分子材料切片；
(2)对步骤(1)得到的熔融共混产物进行干燥处理，干燥后进行直纺，得到石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物；
(3)对步骤(2)得到的石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物进行电子束辐照，辐照后经过洗涤、烘干，得到电子束辐照后的石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物；所述的辐照是指剂量在30-1000kGy的电子辐照，其中，当步骤(1)使用的高分子切片为聚酰胺时，辐照剂量为30-60kGy；当步骤(1)使用的高分子切片为聚酯类时，辐照剂量为200-400kGy；当步骤(1)使用的高分子切片为聚乙烯时，辐照剂量为30-400kGy。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨烯是指含羧基、羟基或环氧基官能团，且横向片径尺寸为1nm-10μm、纵向厚度不超过10nm的石墨烯材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔融共混的温度为200-300℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述干燥的温度为70-150℃，时间为2-5h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述直纺的具体步骤包括：
(a)将熔融共混产物经喷丝板喷出，形成熔融共混产物细流；
(b)将(a)中熔融共混产物细流经冷凝风凝固化成细丝；
(c)将(b)中细丝牵引至收丝辊上，热拉伸得到石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述收丝辊的油辊速度为10-20r/min，热拉伸倍数为1-7。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述烘干的温度为60-80℃，时间为30-90min。
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