本发明属于纺织材料
技术领域：
，具体涉及一种陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维及其制备方法。
背景技术：
：随着高科技的飞速发展，材料的材质、强度、模量、耐气候、耐腐蚀、耐磨损等性能也在不断的被翻新，传统的单一材料已经不能完全适应现代技术的需求。陶瓷纤维是用纤维状轻质耐火材料，陶瓷纤维具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小、耐机械震动等优点，在机械、化工、陶瓷、玻璃、电子等领域有广泛的应用。陶瓷纤维根据使用功能一般分为耐高温陶瓷纤维和功能陶瓷纤维，根据原料可分为普通硅酸铝陶瓷纤维，高硅酸铝陶瓷纤维，含Cr2O2、ZrO2或B2O3的硅酸铝陶瓷纤维，多晶氧化铝纤维、多晶莫来石纤维、镁橄榄石纤维等。但是陶瓷纤维由于其质地轻，脆性大，不能直接用于纺织领域。中国专利CN2193366Y公开的一种陶瓷纤维合股纱，将陶瓷纤维单纱与玻璃丝或金属丝相互合股，玻璃丝或金属丝作为加固纱，提高合股纱的机械强度和可纺性，弥补陶瓷纤维质地脆可纺性差的缺点，使陶瓷纤维可运用于纺织领域。中国专利CN203159486U公开的一种能在水性溶液中分散的陶瓷纤维，将陶瓷纤维的表面覆盖一层聚丙烯酰胺或者丙烯酸乳胶，使陶瓷纤维的表面含有阳离子，或者用盐酸或者硫酸对陶瓷纤维的表面进行处理，使陶瓷纤维的表面含有银离子，继而提高陶瓷纤维在水性溶液中的分散性。中国专利CN202152392U公开的一种混合纱线，该混合纱线有防水纤维、天然纤维和陶瓷纤维构成，具体结构为在陶瓷纤维的表面先覆盖一层天然纤维，再覆盖一层防水纤维，制备得到防水防辐射的混合纱线，且美观耐用，成本低廉。有上述现有技术可知，为了将陶瓷纤维运用于纺织领域，多需要与其他纤维相复合，可是简单的合股和覆盖并不能改变陶瓷纤维的可纺性，制备高强有韧性的陶瓷纤维才是解决问题的根本途径。目前，依据不同材质的陶瓷纤维的特性，陶瓷纤维的制备方法也有很多，如溶剂热合成法、化学气相沉积法、有机聚合物前驱体转化法、静电纺丝法、挤压法、溶胶凝胶法、超细微粉烧结法和碳纤维灌浆置换法等，每种方法都含有不同的优缺点，因此需要综合利用多种方法的优点，制备得到高强有韧性的陶瓷纤维。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维及其制备方法，采用纳米二氧化钛纤维作为陶瓷纤维，添加含分散剂的石墨烯量子点和环氧改性的酚醛树脂，经熔融纺丝技术得到复合纤维。该方法制备的复合纤维机械强度优异，有韧性，还具有一定的抗菌和抗紫外能力，复合纺织织造的要求。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维，所述陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维包括陶瓷纤维、石墨烯量子点和树脂，所述陶瓷纤维为纳米二氧化钛纤维，所述石墨烯量子点为含分散剂的石墨烯量子点，所述树脂为改性的酚醛树脂。作为上述技术方案的优选，所述陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维经熔融纺丝技术制备，所述纳米二氧化钛纤维由溶胶凝胶结合静电纺丝技术制备。本发明还提供一种陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将溶胶凝胶法制备的二氧化钛前驱体溶液中，加入PVA溶液混合，经静电纺丝制备形成纺丝膜，将纺丝膜高温烧结，得到纳米二氧化钛纤维膜，将纳米二氧化钛纤维膜剪碎形成纳米二氧化钛纤维粉末；(2)将石墨烯量子点加入去离子水中，加入分散剂，以1000-2000W的功率超声分散1-3h,得到石墨烯量子点水溶液，将石墨烯量子点水溶液经真空抽滤干燥得到含分散剂的石墨烯量子点；(3)将改性的酚醛树脂加热至120-130℃至熔融后，加入步骤(1)制备的纳米二氧化钛纤维粉末和步骤(2)制备的含分散剂的石墨烯量子点，升温至150-160℃，以750-1000rpm的速率搅拌，保温至体系成凝胶状，经熔融纺丝得到陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，PVA溶液中PVA的相对分子量为30000。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，纳米二氧化钛纤维粉末中纳米纳米二氧化钛的直径为230-320nm，纳米二氧化钛纤维的长度为0.5-3mm。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，分散剂为磺酸盐表面活性剂或者氨基酸类表面活性剂。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，含分散剂的石墨烯量子点中石墨烯量子点与分散剂的质量比为1:1。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，改性酚醛树脂为环氧改性酚醛树脂。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，改性的酚醛树脂、纳米二氧化钛纤维粉末和含分散剂的石墨烯量子点的质量比为30-40:20:5-10。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维的直径为1-3mm。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明制备的陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维中含有纳米陶瓷纤维，纳米陶瓷纤维为纳米二氧化钛纤维，纳米二氧化钛纤维为多孔纤维，质地轻脆，有利于降低复合纤维的密度，提高复合纤维的机械强度，而且纳米二氧化钛纤维还具有优异的抗紫外、抗菌、光催化等性能，改善复合纤维的抗老化性能，延长复合纤维的使用寿命。(2)本发明制备的陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维中含有石墨烯量子点，石墨烯量子点具有优异的纳米尺度效应，有利于促进改性酚醛树脂的结晶和取向排列，提高复合纤维的机械强度，而且只需要添加少量的石墨烯量子点就能显著提高复合纤维的性能，而且含分散剂的石墨烯量子点能很好的分散于体系中，减少团聚的可能。(3)本发明制备的陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维中含有环氧改性的酚醛树脂，环氧改性的酚醛树脂具有优良的粘结性能，能将纳米二氧化钛纤维和石墨烯量子点良好的粘结在一起，同时酚醛树脂的耐热性和机械强度较好，有利于提高复合纤维的强度和韧性。(4)本发明制备的陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维的制备方法简单，可操控性强，制备的复合纤维强度高，韧性好，可纺性好，充分满足纺织工艺的需求，可用于纺织服装领域。具体实施方式下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例1：(1)按体积份计，将溶胶凝胶法制备的1份的二氧化钛前驱体溶液中，加入8份的相对分子量为30000的PVA溶液混合，经静电纺丝制备形成纺丝膜，将纺丝膜高温烧结，得到直径为230nm的纳米二氧化钛纤维膜，将纳米二氧化钛纤维膜剪碎形成长度为0.5mm的纳米二氧化钛纤维粉末。(2)按重量份计，将1份的石墨烯量子点加入98份的去离子水中，加入1份的磺酸盐表面活性剂或者氨基酸类表面活性剂，以1000W的功率超声分散1h，得到石墨烯量子点水溶液，将石墨烯量子点水溶液经真空抽滤干燥得到含分散剂的石墨烯量子点。(3)按重量份计，将30份的环氧改性的酚醛树脂加热至120℃至熔融后，加入20份的纳米二氧化钛纤维粉末和5份的含分散剂的石墨烯量子点，升温至150℃，以750rpm的速率搅拌，保温至体系成凝胶状，经熔融纺丝得到直径为1mm的陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维。实施例2：(1)按体积份计，将溶胶凝胶法制备的1份的二氧化钛前驱体溶液中，加入15份的相对分子量为30000的PVA溶液混合，经静电纺丝制备形成纺丝膜，将纺丝膜高温烧结，得到直径为320nm的纳米二氧化钛纤维膜，将纳米二氧化钛纤维膜剪碎形成长度为3mm的纳米二氧化钛纤维粉末。(2)按重量份计，将1份的石墨烯量子点加入98份的去离子水中，加入1份的磺酸盐表面活性剂或者氨基酸类表面活性剂，以2000W的功率超声分散3h，得到石墨烯量子点水溶液，将石墨烯量子点水溶液经真空抽滤干燥得到含分散剂的石墨烯量子点。(3)按重量份计，将40份的环氧改性的酚醛树脂加热至130℃至熔融后，加入20份的纳米二氧化钛纤维粉末和10份的含分散剂的石墨烯量子点，升温至160℃，以1000rpm的速率搅拌，保温至体系成凝胶状，经熔融纺丝得到直径为3mm的陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维。实施例3：(1)按体积份计，将溶胶凝胶法制备的1份的二氧化钛前驱体溶液中，加入10份的相对分子量为30000的PVA溶液混合，经静电纺丝制备形成纺丝膜，将纺丝膜高温烧结，得到直径为250nm的纳米二氧化钛纤维膜，将纳米二氧化钛纤维膜剪碎形成长度为1mm的纳米二氧化钛纤维粉末。(2)按重量份计，将1份的石墨烯量子点加入98份的去离子水中，加入1份的磺酸盐表面活性剂或者氨基酸类表面活性剂，以1500W的功率超声分散2h，得到石墨烯量子点水溶液，将石墨烯量子点水溶液经真空抽滤干燥得到含分散剂的石墨烯量子点。(3)按重量份计，将35份的环氧改性的酚醛树脂加热至125℃至熔融后，加入20份的纳米二氧化钛纤维粉末和6份的含分散剂的石墨烯量子点，升温至155℃，以800rpm的速率搅拌，保温至体系成凝胶状，经熔融纺丝得到直径为2.5mm的陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维。实施例4：(1)按体积份计，将溶胶凝胶法制备的1份的二氧化钛前驱体溶液中，加入12份的相对分子量为30000的PVA溶液混合，经静电纺丝制备形成纺丝膜，将纺丝膜高温烧结，得到直径为300nm的纳米二氧化钛纤维膜，将纳米二氧化钛纤维膜剪碎形成长度为2.5mm的纳米二氧化钛纤维粉末。(2)按重量份计，将1份的石墨烯量子点加入98份的去离子水中，加入1份的磺酸盐表面活性剂或者氨基酸类表面活性剂，以2000W的功率超声分散2h，得到石墨烯量子点水溶液，将石墨烯量子点水溶液经真空抽滤干燥得到含分散剂的石墨烯量子点。(3)按重量份计，将30份的环氧改性的酚醛树脂加热至120℃至熔融后，加入20份的纳米二氧化钛纤维粉末和10份的含分散剂的石墨烯量子点，升温至150℃，以1000rpm的速率搅拌，保温至体系成凝胶状，经熔融纺丝得到直径为2mm的陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维。实施例5：(1)按体积份计，将溶胶凝胶法制备的1份的二氧化钛前驱体溶液中，加入13份的相对分子量为30000的PVA溶液混合，经静电纺丝制备形成纺丝膜，将纺丝膜高温烧结，得到直径为270nm的纳米二氧化钛纤维膜，将纳米二氧化钛纤维膜剪碎形成长度为2.5mm的纳米二氧化钛纤维粉末。(2)按重量份计，将1份的石墨烯量子点加入98份的去离子水中，加入1份的磺酸盐表面活性剂或者氨基酸类表面活性剂，以1000W的功率超声分散2h，得到石墨烯量子点水溶液，将石墨烯量子点水溶液经真空抽滤干燥得到含分散剂的石墨烯量子点。(3)按重量份计，将30份的环氧改性的酚醛树脂加热至130℃至熔融后，加入20份的纳米二氧化钛纤维粉末和5份的含分散剂的石墨烯量子点，升温至150℃，以900rpm的速率搅拌，保温至体系成凝胶状，经熔融纺丝得到直径为3mm的陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维。实施例6：(1)按体积份计，将溶胶凝胶法制备的1份的二氧化钛前驱体溶液中，加入10份的相对分子量为30000的PVA溶液混合，经静电纺丝制备形成纺丝膜，将纺丝膜高温烧结，得到直径为270nm的纳米二氧化钛纤维膜，将纳米二氧化钛纤维膜剪碎形成长度为1.5mm的纳米二氧化钛纤维粉末。(2)按重量份计，将1份的石墨烯量子点加入98份的去离子水中，加入1份的磺酸盐表面活性剂或者氨基酸类表面活性剂，以2000W的功率超声分散3h，得到石墨烯量子点水溶液，将石墨烯量子点水溶液经真空抽滤干燥得到含分散剂的石墨烯量子点。(3)按重量份计，将30份的环氧改性的酚醛树脂加热至120℃至熔融后，加入20份的纳米二氧化钛纤维粉末和10份的含分散剂的石墨烯量子点，升温至150℃，以800rpm的速率搅拌，保温至体系成凝胶状，经熔融纺丝得到直径为3mm的陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维。经检测，实施例1-6制备的陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维的机械强度、弯曲性能、抗菌性和抗紫外性的结果如下所示：实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6断裂强度(MPa)989592909193弯曲强度(MPa)403534394137断裂伸长(％)232021232220抗菌性(％)788180797679紫外线透过率(％)655560675958由上表可见，本发明制备的陶瓷/树脂/石墨烯量子点复合纤维的机械强度好，有韧性，还具有一定的抗菌和抗紫外能力，符合纺织工艺的要求。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页1 2 3