一种石墨烯/聚对苯二甲酸乙二酯复合纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合纤维的制备领域，特别涉及一种石墨烯/聚对苯二甲酸乙二酯复合纤维及其制备方法。
【背景技术】
[0002]PET纤维的应用广泛，技术成熟，但存在抗紫外、抗静电性能差，干热收缩率高等不足。目前改善聚合物性能主要从高性能及功能化方面进行，改善机械性能及热稳定性的主要有纳米粘土、纳米二氧化硅、碳纳米管等;抗紫外线功能化由炭黑、二氧化硅、二氧化钛等无机纳米颗粒完成;抗静电利用膨胀石墨、碳纳米管等碳材料完成功能化;此外，磁性、抗菌等功能掺杂磁性金属颗粒、纳米银等赋予其特殊功能。申请(专利)号CN201010214235.2利用纳米氮化钛抗紫外聚酯制备高性能衣物；申请(专利)号CN201310410448.6自制了纳米银系抗菌母粒，用于制备抗菌防臭纤维；申请(专利)号CN201310239570.1同时使用有机、无机阻燃剂，相互配合，制备阻燃PET材料。这些纳米粒子存在密度大、比表面积较小的缺陷，导致无机粉体添加量高，可纺性降低以及机械性能受损等缺陷，且需多种纳米粒子相互配合达到多功能改性目的。由于石墨烯的比表面积非常高，而且具有导电、紫外吸收、增强效果佳等多功能特性，使得石墨烯改性成为研究热点。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种石墨烯/聚对苯二甲酸乙二酯复合纤维及其制备方法，该方法原料廉价易得，所获得的纤维分散性良好，且具有多功能性;该方法可得到纳米粒子添加量少，改性效果好的纳米复合纤维。
[0004]本发明的一种石墨烯/聚对苯二甲酸乙二酯复合纤维，所述复合纤维中按质量份包括:复合母粒5?20份，PET切片80?95份；其中，复合母粒中石墨烯的含量为lwt %?20wt% ο
[0005]本发明的一种石墨烯/聚对苯二甲酸乙二酯复合纤维的制备方法，包括:
[0006](1)将石墨经过Hummers法得到氧化石墨;将氧化石墨在去离子水中超声分散，得至Ij0.lwt%?l.0wt%的氧化石墨水溶液；
[0007](2)将步骤(1)中的氧化石墨水溶液分散在1?10倍(水溶液的体积倍数)的高沸点有机溶剂中，超声，170?250°C回流5分钟?24小时，减压蒸发蒸出大部分高沸点有机溶剂，将沉淀洗涤过滤，除去高沸点有机溶剂及反应副产物，烘干，得到石墨烯；
[0008](3)将步骤(2)中得到的石墨烯超声分散在PET的溶剂中，得到石墨烯分散液，然后加入PET切片或粉末，搅拌，油浴加热150-170°C回流l_5h至完全溶解，冷却至室温，呈冻胶状，超声，洗涤，干燥，得到石墨稀的含量为lwt %?20wt%的复合母粒；
[0009](4)将步骤(3)中的复合母粒和PET切片真空干燥，然后送入螺杆挤出机在270?300°C进行加热30s?30min，挤出并进行卷绕，牵伸，得到石墨稀/聚对苯二甲酸乙二酯复合纤维;其中，复合母粒的质量份为5?20份，PET切片的质量份为80?95份。
[0010]所述步骤(1)中石墨长宽尺寸小于(长和宽均小于)ΙΟμπι。
[0011 ] 优选的，所述石墨长宽尺寸小于(长和宽均小于)2μπι。
[0012]所述步骤(2)中高沸点有机溶剂为Ν-甲基吡咯烷酮、乙二醇和二乙二醇中的至少一种。
[0013]所述步骤(3)中PET的溶剂为Ν-甲基吡咯烷酮、邻氯苯酚、苯酚、四氯乙烷、三氯乙酸和三氟乙酸中的至少一种。
[0014]优选的，所述PET的溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
[0015]所述步骤(3)中洗涤为用低沸点有机溶剂或水洗涤；其中，低沸点有机溶剂为甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、四氢呋喃和丙醇中的至少一种。
[0016]所述步骤(3)中复合母粒中石墨稀质量分数为1%?10%。
[0017]优选的，所述复合母粒中石墨烯质量分数为10%。
[0018]所述步骤(4)中真空干燥为真空度>0.85MPa的真空转鼓干燥机进行干燥处理，在80?160°C梯度干燥20?24h。
[0019]所述步骤(4)中牵伸温度为120?200°C，牵伸倍数为4?7倍。
[0020]所述步骤(4)中卷绕的速度为200?5000m/min。
[0021]本发明的特点是利用热还原氧化石墨的方法得到石墨烯，与PET进行溶液共混得到母粒，利用母粒法熔融拉丝得到分散均匀的复合纤维。石墨烯本身优异的机械性能，超高的电导率，热学，抗紫外性能均将赋予纤维多功能性;并且石墨烯超高的比表面积，及较低的密度，使得制得的纤维密度与其他添加物的复合纤维相比具有较低的密度，较低的纳米粒子含量即可获得性能的改善。
[0022]本发明的目的是提供一种石墨烯改性PET纤维的制备方法，利用石墨烯多方面优异性能，克服石墨烯易团聚的特点，制备分散均匀的石墨烯聚合物纳米复合纤维。将石墨烯与PET纤维复合，从而获得功能性复合材料的研究引起了科研人员的重视。
[0023]本发明的特点是制备石墨烯复合纤维的方法，得到分散良好且具有一定强度及功能的纤维。由于石墨烯具有良好的机械性能，超高的电导率以及较高的紫外吸收率，使得本发明的纳米复合纤维在功能纤维和织物应用中有很大的潜能。
[0024]有益效果
[0025](1)本发明制得的复合纤维密度与其他添加物的复合纤维相比具有较低的密度，较低的纳米粒子含量即可获得性能的改善；
[0026](2)本发明原料廉价易得，所获得的纤维分散性良好，抗紫外性能好且具有多功能性。
【附图说明】
[0027]图1为实施例1中不同石墨烯含量复合母粒断面的扫描电镜照片，其中a-c对应石墨稀添加量为0.1wt.%，d-f对应石墨稀添加量为0.5wt.%，g_i对应石墨稀添加量为1.0wt.%，j_l对应石墨稀添加量为5.0wt.%，m_o对应石墨稀添加量为为8.0wt.% ；
[0028]图2为实施例1中不同石墨烯含量的复合纤维的光学显微镜图，其中a-f对应的石墨稀添加量分别为0 %、0.1 wt.%、0.2wt.%、0.5wt.%、0.8wt.% 和 1.0wt.% ；
[0029]图3为实施例1中石墨烯含量为0.2wt.%的PET复合纤维断面的扫描电镜图；其中，a，b，c为不同放大倍数；
[0030]图4为实施例1中不同石墨烯含量PET复合纤维的水悬浮液的紫外可见吸收光谱。
【具体实施方式】
[0031]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0032]实施例1
[0033](1)氧化石墨的制备:
[0034]将30g硝酸钠和浓硫酸675mL加入三口烧瓶，冰水浴下缓慢搅拌，加入75g高锰酸钾，15g石墨，冰水浴30min，室温下机械搅拌，水浴加热至35°C，保持5h后倒入1300mL去离子水中，加热至98°C，保持搅拌，约30min后加双氧水至无气体冒出，反应结束。用10%的稀盐酸洗涤产物，以除去金属离子，洗涤完成后烘干得氧化石墨。
[0035](2)石墨烯的制备:
[0036]将l.0g氧化石墨利用探头超声剥离分散到100g水中，功率约为40W，超声时间1.5小时，得分散液