本发明涉及运动面料技术领域，具体为一种抗撕裂石墨烯尼龙纤维面料及其制备方法。
背景技术：
近年来，人们的健康意识大幅度提升，通过各种运动方式来获得健康，也成为了人民追捧的主要方式。其中，户外运动是以自然环境为场地的带有探险和挑战性的体验性项目；常见的户外运动有蹦极、漂流、登山、攀岩、野外骑行、露营等等，由于户外运动场所的环境较为恶劣，运动强度大，摩擦、碰撞的概率较大，因此对于户外运动的服装、运动鞋、帐篷、背包等户外装备的质量也有较高的要求。目前市面上的涤纶、涤棉、尼龙面料主要存在厚重、撕裂强度不均匀、撕裂强度不理想的现象；因此制备出抗撕裂强度和均衡性都较强，且质量更轻的面料，具有重要的实用和经济价值。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种抗撕裂石墨烯尼龙纤维面料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种抗撕裂石墨烯尼龙纤维面料包括如下重量份数的原料：石墨烯改性尼龙纤维80～90份、tpu纳米纤维20～25份、抗氧剂1～3份、增塑剂1～3份。
进一步的，所述石墨烯改性尼龙纤维主要由尼龙纤维、氧化石墨烯、三聚氰胺、氨基苯甲酸、三羟基氨基甲烷经反应制得。
进一步的，所述tpu纳米纤维主要由co2基tpu颗粒、对氨基苯磺酸钠经反应制得。
进一步的，所述尼龙纤维与氧化石墨烯的质量比为4～6:1。
进一步的，所述co2基tpu颗粒与对氨基苯磺酸钠的质量比为1:0.01～0.03。
进一步的，所述抗氧剂为双酚a型、亚磷酸三苯酯、亚磷酸苯二异辛酯中的一种或多种组合；所述增塑剂为环氧大豆油。
一种抗撕裂石墨烯尼龙纤维面料的制备方法，包括以下步骤：
(1)氧化石墨烯预处理；
s11.将氧化石墨分散于溶剂中，加入水合肼，反应，得到还原氧化石墨烯悬浮液；
s12.取氨基苯甲酸和二羟基苯甲醛溶解于二甲基甲酰胺中，得到混合液a，向s11制得的还原氧化石墨烯悬浮液中滴加混合液a，反应，得到羟基化处理的还原氧化石墨烯；
s13.将羟基化处理的还原氧化石墨烯分散于四氢呋喃中，加入固体氢氧化钠、三聚氰胺，升温反应，得到预处理的氧化石墨烯；
(2)尼龙纤维预处理；
s21.向尼龙纤维中加入磷酸和甲醛混合液，升温反应，过滤，清洗，干燥，得到表面活化处理的尼龙纤维；
s22.将表面活化处理后的尼龙纤维分散于丙酮溶液中，搅拌均匀，加入二乙胺、三羟基氨基甲烷，升温反应，得到预处理的尼龙纤维；
(3)制备石墨烯改性尼龙纤维；
将步骤(1)预处理的氧化石墨烯分散于四氢呋喃溶液中，加入步骤(2)预处理的尼龙纤维，加入固体氢氧化钠，升温反应，干燥，得到石墨烯改性尼龙纤维；
(4)制备tpu纳米纤维；
将co2基tpu颗粒分散n,n-二甲基甲酰胺与丙酮混合液中，超声处理，加入对氨基苯磺酸钠，升温反应，加入抗氧剂、增塑剂得到tpu纳米纤维纺丝原液；tpu纳米纤维纺丝原液将静电纺丝，制得tpu纳米纤维；
(5)制备石墨烯改性尼龙纤维面料；
将步骤(3)中制得的石墨烯改性尼龙纤维合股形成股线，作为经纱；将步骤(4)制得的tpu纳米纤维为纬纱，分批整纱；整理后的经纱、纬纱依次经过浸没辊、上浆辊、压浆辊，附着白油和液体石蜡，穿综，按照斜纹组织结构进行织造，定型，得到石墨烯改性尼龙纤维面料。
进一步的，一种抗撕裂石墨烯尼龙纤维面料的制备方法，包括以下步骤：
(1)氧化石墨烯预处理；
s11.将氧化石墨分散于蒸馏水中，加入十二烷基苯磺酸钠，得到氧化石墨分散液；在氧化石墨分散液中加入水合肼，升高温度至90～120℃，反应18～20h，得到还原氧化石墨烯悬浮液；
s12.取氨基苯甲酸和二羟基苯甲醛溶解于二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，得到混合液a，向s11制得的还原氧化石墨烯悬浮液中滴加混合液a，升温至125～135℃，反应4～6h，离心，得到固相，采用无水乙醇对固相进行洗涤2～3次，烘干，得到羟基化处理的还原氧化石墨烯；
s13.将羟基化处理的还原氧化石墨烯分散于四氢呋喃中，加入固体氢氧化钠、三聚氰胺，搅拌均匀；升温至70～80℃，反应20～24h，得到预处理的氧化石墨烯；
(2)尼龙纤维预处理；
s21.将尼龙纤维浸入10wt.％的氢氧化钠溶液中，浸泡1～2h，过滤，向其中加入35wt.％的磷酸溶液和甲醛混合液，升温至40～60℃温度下，反应10～12h后，过滤，去离子水清洗2～3次，自然干燥，得到表面活化处理的尼龙纤维；
s22.将表面活化处理后的尼龙纤维分散于丙酮溶液中，搅拌均匀，加入二乙胺、三羟基氨基甲烷，升温至70～80℃，反应12～16h，得到预处理的尼龙纤维；
(3)制备石墨烯改性尼龙纤维；
将步骤(1)预处理的氧化石墨烯分散于四氢呋喃溶液中，加入步骤(2)预处理的尼龙纤维，加入固体氢氧化钠，升温至90～105℃，反应3～4h，保温1～2h，自然干燥，得到石墨烯改性尼龙纤维；
(4)制备tpu纳米纤维；
将co2基tpu颗粒分散n,n-二甲基甲酰胺与丙酮混合液中，超声处理2～3min，加入对氨基苯磺酸钠，升温至80～90℃，静置反应6～8h，保温1～2h，降温至50～55℃，加入抗氧剂、增塑剂得到tpu纳米纤维纺丝原液；tpu纳米纤维纺丝原液将静电纺丝，制得tpu纳米纤维；
(5)制备石墨烯改性尼龙纤维面料；
将步骤(3)中制得的石墨烯改性尼龙纤维合股形成股线，作为经纱；将步骤(4)制得的tpu纳米纤维为纬纱，分批整纱，卷曲张力为8/0.3；整理后的经纱、纬纱依次经过浸没辊、上浆辊、压浆辊，附着白油和液体石蜡，上浆率为15％，温度为135～145℃，穿综，按照斜纹组织结构进行织造，定型，得到石墨烯改性尼龙纤维面料；
进一步的，步骤(4)中静电纺丝的条件为：电流电压为15kv，纺丝液的喷出速度为0.1～0.2ml/min，静电纺丝的时间为30～35min。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明提供了一种抗撕裂石墨烯尼龙纤维面料，采用氧化石墨烯改性尼纤维，由于石墨烯具有优异的力学性能，其强度达到130gpa，杨氏模量高达1tpa，且石墨烯还是一种超轻材料，面密度低至0.77mg/m2；而尼龙纤维的力学性能相对较弱，故采用石墨烯改性尼龙纤维，可增强面料的力学强度、抗撕裂能力，同时又不会增加面料的克重。但由于石墨烯与尼龙纤维之间的界面结合力较弱，在纤维表面的分布不均匀，导致应力不均，易撕裂，故在传统的共混改性方式，对于尼龙性能的提升未能达到预期。
本发明为了解决上述问题，分别对石墨烯和尼龙纤维进行预处理；氧化石墨表面含有丰富的含氧基团，含氧基团之间易形成氢键作用，发生团聚，且不易做修饰处理；本发明利用水合肼先对其进行还原，还原后的氧化石墨表面含氧基团含量减少，再使用氨基苯甲酸对尼龙纤维进行羟基化处理，加入三聚氰胺参与反应，得到表面接枝有三聚氰胺结构的石墨烯；同时利用氢氧化钠、醛对尼龙纤维进行活化处理，使其表面的含氧基团反应活性提高，反应活性提高后与三羟基氨基甲烷接枝反应；表面接枝有三聚氰胺结构的石墨烯与预处理后的尼龙纤维混合，在催化剂作用下，三聚氰胺结构与三羟基氨基甲烷键合，将石墨与尼龙纤维通过多元环结构紧密连接在一起，增加了石墨烯与尼龙纤维间的界面粘附力，增强面料的力学强度，同时三聚氰胺可赋予面料一定的阻燃性。
本发明为了减轻面料的克重，还加入了一定量的tpu纳米纤维，该tpu纳米纤维由co2基tpu颗粒经静电纺丝制得，以co2起始的tpu具有绿色环保、轻质的优点；但其制成的tpu纳米纤维加入到面料中，会损失少量的力学性能，本发明为了表面力学性能的损失，采用对氨基苯磺酸钠对co2基tpu颗粒进行改性，引入刚性苯环结构，增强力学性能，对氨基苯磺酸钠还可增强tpu纳米纤维与石墨烯改性尼龙纤维的界面结合力和相容性，另外对氨基苯磺酸钠还具备一定的杀菌性能，可赋予面料抑菌抗菌性。
该面料具有优异的力学性能，抗撕裂性能优，质量轻，改善了传统抗撕裂面料厚重的问题，有一定的阻燃抗菌性，特别适用于户外运动衣、鞋面料、户外帐篷面料。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种抗撕裂石墨烯尼龙纤维面料的制备步骤如下：
(1)氧化石墨烯预处理；
s11.将氧化石墨分散于蒸馏水中，加入十二烷基苯磺酸钠，得到氧化石墨分散液；在氧化石墨分散液中加入水合肼，升高温度至90℃，反应18h，得到还原氧化石墨烯悬浮液；
s12.取氨基苯甲酸和二羟基苯甲醛溶解于二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，得到混合液a，向s11制得的还原氧化石墨烯悬浮液中滴加混合液a，升温至125℃，反应4h，离心，得到固相，采用无水乙醇对固相进行洗涤2次，烘干，得到羟基化处理的还原氧化石墨烯；
s13.将羟基化处理的还原氧化石墨烯分散于四氢呋喃中，加入固体氢氧化钠、三聚氰胺，搅拌均匀；升温至70℃，反应20h，得到预处理的氧化石墨烯；
(2)尼龙纤维预处理；
s21.将尼龙纤维浸入10wt.％的氢氧化钠溶液中，浸泡1h，过滤，向其中加入35wt.％的磷酸溶液和甲醛混合液，升温至40℃温度下，反应10h后，过滤，去离子水清洗2次，自然干燥，得到表面活化处理的尼龙纤维；
s22.将表面活化处理后的尼龙纤维分散于丙酮溶液中，搅拌均匀，加入二乙胺、三羟基氨基甲烷，升温至70℃，反应12h，得到预处理的尼龙纤维；
(3)制备石墨烯改性尼龙纤维；
将步骤(1)预处理的氧化石墨烯分散于四氢呋喃溶液中，加入步骤(2)预处理的尼龙纤维，加入固体氢氧化钠，升温至90℃，反应3h，保温1h，自然干燥，得到石墨烯改性尼龙纤维；
(4)制备tpu纳米纤维；
将co2基tpu颗粒分散n,n-二甲基甲酰胺与丙酮混合液中，超声处理2min，加入对氨基苯磺酸钠，升温至80℃，静置反应6h，保温1h，降温至50℃，加入抗氧剂、增塑剂得到tpu纳米纤维纺丝原液；tpu纳米纤维纺丝原液将静电纺丝，制得tpu纳米纤维；静电纺丝的电流电压为15kv，纺丝液的喷出速度为0.1ml/min，静电纺丝的时间为30min；
(5)制备石墨烯改性尼龙纤维面料；
将步骤(3)中制得的石墨烯改性尼龙纤维合股形成股线，作为经纱；将步骤(4)制得的tpu纳米纤维为纬纱，分批整纱，卷曲张力为8/0.3；整理后的经纱、纬纱依次经过浸没辊、上浆辊、压浆辊，附着白油和液体石蜡，上浆率为15％，温度为135℃，穿综，按照斜纹组织结构进行织造，经纬密度为66×20，定型，得到石墨烯改性尼龙纤维面料。
本实施例中包括如下重量份数的原料：石墨烯改性尼龙纤维80份、tpu纳米纤维20份、抗氧剂1份、增塑剂1份。
尼龙纤维与氧化石墨烯的质量比为4:1；co2基tpu颗粒与对氨基苯磺酸钠的质量比为1:0.01；抗氧剂为亚磷酸三苯酯，增塑剂为环氧大豆油。
实施例2
一种抗撕裂石墨烯尼龙纤维面料的制备步骤如下：
(1)氧化石墨烯预处理；
s11.将氧化石墨分散于蒸馏水中，加入十二烷基苯磺酸钠，得到氧化石墨分散液；在氧化石墨分散液中加入水合肼，升高温度至110℃，反应19h，得到还原氧化石墨烯悬浮液；
s12.取氨基苯甲酸和二羟基苯甲醛溶解于二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，得到混合液a，向s11制得的还原氧化石墨烯悬浮液中滴加混合液a，升温至131℃，反应5h，离心，得到固相，采用无水乙醇对固相进行洗涤2次，烘干，得到羟基化处理的还原氧化石墨烯；
s13.将羟基化处理的还原氧化石墨烯分散于四氢呋喃中，加入固体氢氧化钠、三聚氰胺，搅拌均匀；升温至74℃，反应21h，得到预处理的氧化石墨烯；
(2)尼龙纤维预处理；
s21.将尼龙纤维浸入10wt.％的氢氧化钠溶液中，浸泡1h，过滤，向其中加入35wt.％的磷酸溶液和甲醛混合液，升温至49℃温度下，反应11h后，过滤，去离子水清洗2～3次，自然干燥，得到表面活化处理的尼龙纤维；
s22.将表面活化处理后的尼龙纤维分散于丙酮溶液中，搅拌均匀，加入二乙胺、三羟基氨基甲烷，升温至77℃，反应13h，得到预处理的尼龙纤维；
(3)制备石墨烯改性尼龙纤维；
将步骤(1)预处理的氧化石墨烯分散于四氢呋喃溶液中，加入步骤(2)预处理的尼龙纤维，加入固体氢氧化钠，升温至100℃，反应3h，保温1.5h，自然干燥，得到石墨烯改性尼龙纤维；
(4)制备tpu纳米纤维；
将co2基tpu颗粒分散n,n-二甲基甲酰胺与丙酮混合液中，超声处理2min，加入对氨基苯磺酸钠，升温至83℃，静置反应7.5h，保温1h，降温至53℃，加入抗氧剂、增塑剂得到tpu纳米纤维纺丝原液；tpu纳米纤维纺丝原液将静电纺丝，制得tpu纳米纤维；静电纺丝的电流电压为15kv，纺丝液的喷出速度为0.15ml/min，静电纺丝的时间为32min；
(5)制备石墨烯改性尼龙纤维面料；
将步骤(3)中制得的石墨烯改性尼龙纤维合股形成股线，作为经纱；将步骤(4)制得的tpu纳米纤维为纬纱，分批整纱，卷曲张力为8/0.3；整理后的经纱、纬纱依次经过浸没辊、上浆辊、压浆辊，附着白油和液体石蜡，上浆率为15％，温度为142℃，穿综，按照斜纹组织结构进行织造，经纬密度为66×20，定型，得到石墨烯改性尼龙纤维面料。
本实施例中包括如下重量份数的原料：石墨烯改性尼龙纤维87份、tpu纳米纤维22份、抗氧剂2份、增塑剂2份。
尼龙纤维与氧化石墨烯的质量比为5:1；co2基tpu颗粒与对氨基苯磺酸钠的质量比为1:0.02；抗氧剂为亚磷酸三苯酯，增塑剂为环氧大豆油。
实施例3
一种抗撕裂石墨烯尼龙纤维面料的制备步骤如下：
(1)氧化石墨烯预处理；
s11.将氧化石墨分散于蒸馏水中，加入十二烷基苯磺酸钠，得到氧化石墨分散液；在氧化石墨分散液中加入水合肼，升高温度至120℃，反应18h，得到还原氧化石墨烯悬浮液；
s12.取氨基苯甲酸和二羟基苯甲醛溶解于二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，得到混合液a，向s11制得的还原氧化石墨烯悬浮液中滴加混合液a，升温至135℃，反应6h，离心，得到固相，采用无水乙醇对固相进行洗涤3次，烘干，得到羟基化处理的还原氧化石墨烯；
s13.将羟基化处理的还原氧化石墨烯分散于四氢呋喃中，加入固体氢氧化钠、三聚氰胺，搅拌均匀；升温至80℃，反应24h，得到预处理的氧化石墨烯；
(2)尼龙纤维预处理；
s21.将尼龙纤维浸入10wt.％的氢氧化钠溶液中，浸泡2h，过滤，向其中加入35wt.％的磷酸溶液和甲醛混合液，升温至60℃温度下，反应12h后，过滤，去离子水清洗3次，自然干燥，得到表面活化处理的尼龙纤维；
s22.将表面活化处理后的尼龙纤维分散于丙酮溶液中，搅拌均匀，加入二乙胺、三羟基氨基甲烷，升温至80℃，反应16h，得到预处理的尼龙纤维；
(3)制备石墨烯改性尼龙纤维；
将步骤(1)预处理的氧化石墨烯分散于四氢呋喃溶液中，加入步骤(2)预处理的尼龙纤维，加入固体氢氧化钠，升温至105℃，反应4h，保温2h，自然干燥，得到石墨烯改性尼龙纤维；
(4)制备tpu纳米纤维；
将co2基tpu颗粒分散n,n-二甲基甲酰胺与丙酮混合液中，超声处理3min，加入对氨基苯磺酸钠，升温至90℃，静置反应8h，保温2h，降温至55℃，加入抗氧剂、增塑剂得到tpu纳米纤维纺丝原液；tpu纳米纤维纺丝原液将静电纺丝，制得tpu纳米纤维；静电纺丝的电流电压为15kv，纺丝液的喷出速度为0.2ml/min，静电纺丝的时间为30～35min；
(5)制备石墨烯改性尼龙纤维面料；
将步骤(3)中制得的石墨烯改性尼龙纤维合股形成股线，作为经纱；将步骤(4)制得的tpu纳米纤维为纬纱，分批整纱，卷曲张力为8/0.3；整理后的经纱、纬纱依次经过浸没辊、上浆辊、压浆辊，附着白油和液体石蜡，上浆率为15％，温度为145℃，穿综，按照斜纹组织结构进行织造，经纬密度为66×20，定型，得到石墨烯改性尼龙纤维面料。
本实施例中包括如下重量份数的原料：石墨烯改性尼龙纤维90份、tpu纳米纤维20份、抗氧剂3份、增塑剂3份。
尼龙纤维与氧化石墨烯的质量比为6:1；co2基tpu颗粒与对氨基苯磺酸钠的质量比为1:0.03；抗氧剂为亚磷酸三苯酯，增塑剂为环氧大豆油。
对比例1
一种抗撕裂石墨烯尼龙纤维面料的制备步骤如下：
(1)氧化石墨烯预处理；
s11.将氧化石墨分散于无水乙醇中，得到氧化石墨烯悬浮液；
s12.取氨基苯甲酸和二羟基苯甲醛溶解于二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，得到混合液a，向s11制得的氧化石墨烯悬浮液中滴加混合液a，升温至135℃，反应6h，离心，得到固相，采用无水乙醇对固相进行洗涤3次，烘干，得到羟基化处理的氧化石墨烯；
s13.将羟基化处理的还原氧化石墨烯分散于四氢呋喃中，加入固体氢氧化钠、三聚氰胺，搅拌均匀；升温至80℃，反应24h，得到预处理的氧化石墨烯；
(2)-(5)内容与实施例3相同，原料组分与实施例3相同。
对比例2
一种抗撕裂石墨烯尼龙纤维面料的制备步骤如下：
(1)-(3)与实施例3相同；
(4)制备tpu纳米纤维；
将co2基tpu颗粒分散n,n-二甲基甲酰胺与丙酮混合液中，超声处理3min，静置反应8h，降温至55℃，加入抗氧剂、增塑剂得到tpu纳米纤维纺丝原液；tpu纳米纤维纺丝原液将静电纺丝，制得tpu纳米纤维；静电纺丝的电流电压为15kv，纺丝液的喷出速度为0.2ml/min，静电纺丝的时间为30～35min；
(5)内容与实施例3相同，原料组分与实施例3相同。
对比例3
一种抗撕裂石墨烯尼龙纤维面料的制备步骤如下：
(1)制备石墨烯改性尼龙纤维；
将氧化石墨烯分散于四氢呋喃溶液中，加入尼龙纤维，加入固体氢氧化钠，升温至105℃，反应4h，保温2h，自然干燥，得到石墨烯改性尼龙纤维；
(2)制备tpu纳米纤维与实施例3中步骤(4)相同；
(3)制备石墨烯改性尼龙纤维面料与实施例3中步骤(5)相同；原料组分与实施例3相同。
实验例
取实施例1-3，对比例1-3制备得到的石墨烯改性尼龙纤维面料，检测面料的力学性能和克重，检测结果见表1；
表1
由表1数据可知，实施例1-3制备得到的石墨烯改性尼龙纤维面料具有较强的撕裂强度，面料克重可低至155g/m2。对比例1与实施例3相比，在石墨烯预处理过程是，氧化石墨烯未进行还原处理，导致分子间作用力强，接枝效果不理想，因此导致面料撕裂强度较低；对比例2与实施例3相比，在制备tpu纳米纤维过程中，为引入对氨基苯磺酸钠进行补强，因此导致其面料的撕裂强度比实施例3要低。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。