本发明涉及一种涤纶纤维，特别是一种超高导电石墨烯聚酯纤维及其制备方法，属于纺织技术领域。
背景技术：
涤纶是合成纤维中的一个重要品种，是我国聚酯纤维的商品名称。它是以精对苯二甲酸(pta)或对苯二甲酸二甲酯(dmt)和乙二醇(eg)为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物-聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，经纺丝和后处理制成的纤维。涤纶是世界产量最大，应用最广泛的合成纤维品种，涤纶占世界合成纤维产量的60%以上。
石墨烯具有很高的导电性，是世界上电阻率最小的材料，可以把石墨烯添加到纤维材料中，提高纤维的导电性；石墨烯还具有抗菌性、阻燃性和抗辐射性，可以赋予纤维制品不同的功能。
涤纶纤维最主要的问题是产品的多样化少，开发差别化和功能化的涤纶纤维产品符合市场的需求。
专利cn105200547a，公开了一种石墨烯-涤纶纳米复合纤维的制备方法，其选取化学氧化剥离的氧化石墨烯，然后经溴代十六烷有机化改性和修饰，然后和干燥后的涤纶聚酯切片，进行高速混合，然后进行双螺杆挤出、造粒，实现了修饰改性后的石墨烯与涤纶聚酯高分子良好的界面相容性，容易与涤纶聚酯切片基体材料均匀混合。
专利cn106350894a公开了一种石墨烯涤纶单丝，其将石墨烯、改性相容剂与硅烷偶联剂kh560进行混合制备糊状浆料，采用双螺杆熔融共混的方法，将糊状浆料和聚酯切片进行熔融高速共混制备得到石墨烯功能母粒，然后经过熔融纺丝工艺制备石墨烯涤纶单丝，提高石墨烯与聚酯切片的相容性，制备的纤维，具有吸附，抗菌和远红外发射保健功能，高强度和高韧性，防护紫外线，抗静电的功能。
现有技术制备石墨烯涤纶纤维存在的不足为：
（1）为了提高石墨烯与聚酯聚合物的相容性，采取先对石墨烯进行改性，或者将石墨烯与改性相容剂混合的方法对石墨烯进行改性，改性后的石墨烯，虽然会提高石墨烯的分散性、亲水性以及与聚合物的相容性，但同时由于氧原子的接入，破坏了离域大π键，因而失去了石墨烯原有的高电子传导能力，使得石墨烯的导电性大大下降。
（2）加入涤纶纤维中的石墨烯是颗粒状的，石墨烯在涤纶纤维中分布是不连续的，并且涤纶纤维本身的回潮率较低，仅为0.5%，造成石墨烯纤维的导电性较差。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种超高导电石墨烯聚酯纤维及其制备方法，以实现以下发明目的：
（1）提高石墨烯与涤纶聚酯的相容性；
（2）制备的石墨烯涤纶纤维，在保证强度的情况下，导电性能好。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种超高导电石墨烯聚酯纤维及其制备方法
包括以下步骤：
（1）制备石墨烯粉体分散液
将石墨烯粉体分散在含硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液中，加入4-7%分散剂，调节温度为45-50℃，在1200-1300r/min下搅拌30分钟后，石墨烯粉体均匀的分散在硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液中，得到石墨烯粉体分散液。
所述硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液，硅酸钠的含量为25.2-27.5%，偏硅酸钠含量为23.5-24.7%。
所述石墨烯粉体与含硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液的质量比例为19-22:100；
所述分散剂，包括pvp-k30、pca椰油酰精氨酸乙酯盐、枯草菌脂肽钠，三者的质量比例为5:2:1。
所述石墨烯粉体，粒径为0.6-1.0μm。
分散剂的加入，可以保证石墨烯粉体在水溶液中，分散的均匀，悬浮率高，不易沉降。
（2）硅酸凝胶包覆石墨烯
将石墨烯粉体分散液，加入3-5%聚甘油-3-蜂蜡酸酯和4-6%的月桂酰水解蚕丝钠，搅拌均匀，滴加稀盐酸，滴加速率为0.5-1ml/s，搅拌速率控制为900-1000r/min，待有凝胶出现时，调节稀盐酸的滴加速率为0.05-0.07ml/s，搅拌调整为间歇搅拌，在500-600r/min下搅拌5min，停止1min，以此为1个周期，直接凝胶不再生成，把粉体石墨烯表面包覆一层硅酸凝胶，过滤后，以2-3℃/min的速度升温至70-75℃干燥，干燥至水分含量小于0.3-0.5%，得到1-2微米的硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒。
硅酸钠和偏硅酸钠在酸性条件下生成硅酸凝胶，
所述稀盐酸，浓度为6-8%。
聚甘油-3-蜂蜡酸酯、月桂酰水解蚕丝钠的加入，促进硅酸凝胶包覆在石墨烯粉体上，易于形成硅酸凝胶包覆的石墨烯颗粒；
采取上述稀盐酸的滴加速率、搅拌方式、搅拌速率和时间，使得硅酸凝胶缓慢的均匀的包覆在石墨烯粉体周围。
（3）制备硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液
将硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒，分散在nmp（n-甲基吡咯烷酮）中，制备硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液；
所述硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒与nmp的质量比例为1:10-15。
（4）加热涤纶聚酯切片
将涤纶聚酯切片进行干燥，干燥后的涤纶聚酯切片中的水含量在40ppm以下，送入铜料管，对涤纶聚酯切片进行电加热，加热温度为268-270℃。
（5）共混
将硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液通入铜料管，在950-1000r/min的速度下进行搅拌混合均匀，得到纺丝共混液。
所述硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒与涤纶聚酯切片熔融挤出物的质量比例为1.3-2.5:100。
（6）纺丝
铜料管与水平面垂直放置，上端连接高压电源，铜料管下端连接喷丝头，喷丝头的孔径为0.7-0.8mm，接收板水平设置，位于喷丝头的正下方，喷丝头与接收板之间的距离为15-18cm，纺丝电压为17-19kv。
将纺丝共混液送入喷丝头进行纺丝、侧吹风冷却、上油、牵伸、卷绕，制备石墨烯聚酯纤维。
具体工艺参数为：纺丝箱内温度为265-270℃，侧吹风系统的温度为18-20℃，湿度为65-70%，风速为0.6-0.7m/s；油轮转速为20r/min，对辊一的温度为95-100℃，第一次牵伸的牵伸倍数为1.5-1.7倍，对辊二的温度为120-124℃，第二次牵伸的牵伸倍数为2.4-2.6倍，对辊三的温度为137-140℃，第三次牵伸的倍数为1.9-2.2倍；卷绕速度为1000-1200米/分钟。
本发明制备硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液，然后将该分散液与涤纶聚酯切片熔融挤出物进行混合，可以使硅酸凝胶包覆的石墨烯和涤纶熔体混合均匀，大大提高石墨烯与涤纶聚合物的相容性，石墨烯在纤维成品中均匀分布。
本发明采用特定的硅酸凝胶包覆石墨烯工艺、控制石墨烯和硅酸凝胶的质量比例、控制石墨烯和硅酸凝胶在纤维中的加入量、特定的纺丝卷绕工艺条件，可以使得纤维具有较高的回潮率，使得纤维在保证纤维强度不降低的情况下，具有较高的导电性能。
由于采用了上述技术方案，本发明达到的技术效果是：
（1）本发明制备的石墨烯聚酯纤维，硅酸凝胶包覆的石墨烯颗粒含量为3-8.5%，其中石墨烯颗粒含量为1-3.5%；纤维回潮率为11-13.5%，纤维的电导率达7.8-8.5×10-7s/cm，断裂强度为5.7-6.0cn/dtex。
（2）本发明所述石墨烯聚酯纤维的制备方法，石墨烯与涤纶聚酯的相容性好，硅酸凝胶包覆的石墨烯颗粒在纤维成品中均匀分布。
（3）本发明制备的石墨烯聚酯纤维，对氨气吸附率达到94-95%，醋酸吸附率达到92-93%，对异戊酸吸附率达到93.5-94.1%。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1一种超高导电石墨烯聚酯纤维及其制备方法
包括以下步骤：
（1）制备石墨烯粉体分散液
将石墨烯粉体分散在含硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液中，加入4%分散剂，调节温度为45℃，在1200r/min下搅拌30分钟后，石墨烯粉体均匀的分散在硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液中，得到石墨烯粉体分散液。
所述硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液，硅酸钠的含量为25.2%，偏硅酸钠含量为23.5%。
所述石墨烯粉体与含硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液的质量比例为22:100；
所述分散剂，包括pvp-k30、pca椰油酰精氨酸乙酯盐、枯草菌脂肽钠，三者的质量比例为5:2:1。
所述石墨烯粉体，粒径为0.6μm。
（2）硅酸凝胶包覆石墨烯
将石墨烯粉体分散液，加入3%聚甘油-3-蜂蜡酸酯和4%的月桂酰水解蚕丝钠，搅拌均匀，滴加稀盐酸，滴加速率为0.5ml/s，搅拌速率控制为900r/min，待有凝胶出现时，调节稀盐酸的滴加速率为0.05ml/s，搅拌调整为间歇搅拌，在500r/min下搅拌5min，停止1min，以此为1个周期，直接凝胶不再生成，把粉体石墨烯表面包覆一层硅酸凝胶，过滤后，以2℃/min的速度升温至70℃干燥，干燥至水分含量小于0.3%，得到1-2微米的硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒。
硅酸钠和偏硅酸钠在酸性条件下生成硅酸凝胶，
所述稀盐酸，浓度为6%。
（3）制备硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液
将硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒，分散在nmp（n-甲基吡咯烷酮）中，制备硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液；
所述硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒与nmp的质量比例为1:10。
（4）涤纶聚酯切片熔融挤出
将涤纶聚酯切片进行干燥，干燥后的涤纶聚酯切片中的水含量在40ppm以下；然后送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区、二区、三区、四区、五区的温度分别为270℃、275℃、272℃、268℃、265℃，得到涤纶聚酯切片熔融挤出物。
（5）共混
纺丝箱内设置混合容器，涤纶聚酯切片熔融挤出物与硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液同时通入该混合容器，在700r/min的速度下进行搅拌混合均匀，得到纺丝共混液。
所述硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒与涤纶聚酯切片熔融挤出物的质量比例为3.7:100。
（6）纺丝、卷绕
将纺丝共混液送入喷丝头进行纺丝、侧吹风冷却、上油、牵伸、卷绕，制备石墨烯聚酯纤维。
具体工艺参数为：纺丝箱内温度为265℃，侧吹风系统的温度为18℃，湿度为65%，风速为0.6m/s；油轮转速为20r/min，对辊一的温度为95℃，第一次牵伸的牵伸倍数为1.5倍，对辊二的温度为120℃，第二次牵伸的牵伸倍数为2.4倍，对辊三的温度为137℃，第三次牵伸的倍数为1.9倍；卷绕速度为1000米/分钟。
本发明实施例1制备的石墨烯聚酯纤维，硅酸凝胶包覆的石墨烯颗粒含量为3.7%，其中石墨烯颗粒含量为1.5%；纤维回潮率为11%，吸湿透气性好，纤维的电导率达7.8×10-7s/cm，断裂强度为5.7cn/dtex，对氨气吸附率达到94%，醋酸吸附率达到92%，对异戊酸吸附率达到93.5%。
实施例2一种超高导电石墨烯聚酯纤维及其制备方法
包括以下步骤：
（1）制备石墨烯粉体分散液
将石墨烯粉体分散在含硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液中，加入7%分散剂，调节温度为50℃，在1300r/min下搅拌30分钟后，石墨烯粉体均匀的分散在硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液中，得到石墨烯粉体分散液。
所述硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液，硅酸钠的含量为27.5%，偏硅酸钠含量为24.7%。
所述石墨烯粉体与含硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液的质量比例为19:100；
所述分散剂，包括pvp-k30、pca椰油酰精氨酸乙酯盐、枯草菌脂肽钠，三者的质量比例为5:2:1。
所述石墨烯粉体，粒径为1.0μm。
（2）硅酸凝胶包覆石墨烯
将石墨烯粉体分散液，加入5%聚甘油-3-蜂蜡酸酯和6%的月桂酰水解蚕丝钠，搅拌均匀，滴加稀盐酸，滴加速率为1ml/s，搅拌速率控制为1000r/min，待有凝胶出现时，调节稀盐酸的滴加速率为0.07ml/s，搅拌调整为间歇搅拌，在600r/min下搅拌5min，停止1min，以此为1个周期，直接凝胶不再生成，把粉体石墨烯表面包覆一层硅酸凝胶，过滤后，以3℃/min的速度升温至75℃干燥，干燥至水分含量小于0.5%，得到1-2微米的硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒。
硅酸钠和偏硅酸钠在酸性条件下生成硅酸凝胶，
所述稀盐酸，浓度为8%。
（3）制备硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液
将硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒，分散在nmp（n-甲基吡咯烷酮）中，制备硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液；
所述硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒与nmp的质量比例为1:15。
（4）涤纶聚酯切片熔融挤出
将涤纶聚酯切片进行干燥，干燥后的涤纶聚酯切片中的水含量在40ppm以下；然后送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区、二区、三区、四区、五区的温度分别为270℃、275℃、272℃、268℃、265℃，得到涤纶聚酯切片熔融挤出物。
（5）共混
纺丝箱内设置混合容器，涤纶聚酯切片熔融挤出物与硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液同时通入该混合容器，在900r/min的速度下进行搅拌混合均匀，得到纺丝共混液。
所述硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒与涤纶聚酯切片熔融挤出物的质量比例为8.5:100。
（6）纺丝、卷绕
将纺丝共混液送入喷丝头进行纺丝、侧吹风冷却、上油、牵伸、卷绕，制备石墨烯聚酯纤维。
具体工艺参数为：纺丝箱内温度为270℃，侧吹风系统的温度为20℃，湿度为70%，风速为0.7m/s；油轮转速为20r/min，对辊一的温度为100℃，第一次牵伸的牵伸倍数为1.7倍，对辊二的温度为124℃，第二次牵伸的牵伸倍数为2.6倍，对辊三的温度为140℃，第三次牵伸的倍数为2.2倍；卷绕速度为1200米/分钟。
本发明实施例2制备的石墨烯聚酯纤维，硅酸凝胶包覆的石墨烯颗粒含量为8.5%；其中石墨烯颗粒含量为3.5%，纤维回潮率为13.5%，吸湿透气性好，纤维的电导率达8.0×10-7s/cm，断裂强度为5.8cn/dtex，对氨气吸附率达到94.7%，醋酸吸附率达到92.6%，对异戊酸吸附率达到93.8%。
实施例3一种超高导电石墨烯聚酯纤维及其制备方法
包括以下步骤：
（1）制备石墨烯粉体分散液
将石墨烯粉体分散在含硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液中，加入6.5%分散剂，调节温度为47℃，在1300r/min下搅拌30分钟后，石墨烯粉体均匀的分散在硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液中，得到石墨烯粉体分散液。
所述硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液，硅酸钠的含量为26.5%，偏硅酸钠含量为24.0%。
所述石墨烯粉体与含硅酸钠和偏硅酸钠的水溶液的质量比例为20:100；
所述分散剂，包括pvp-k30、pca椰油酰精氨酸乙酯盐、枯草菌脂肽钠，三者的质量比例为5:2:1。
所述石墨烯粉体，粒径为0.8μm。
（2）硅酸凝胶包覆石墨烯
将石墨烯粉体分散液，加入4.2%聚甘油-3-蜂蜡酸酯和5.3%的月桂酰水解蚕丝钠，搅拌均匀，滴加稀盐酸，滴加速率为0.7ml/s，搅拌速率控制为900r/min，待有凝胶出现时，调节稀盐酸的滴加速率为0.06ml/s，搅拌调整为间歇搅拌，在500r/min下搅拌5min，停止1min，以此为1个周期，直接凝胶不再生成，把粉体石墨烯表面包覆一层硅酸凝胶，过滤后，以2-3℃/min的速度升温至75℃干燥，干燥至水分含量小于0.3%，得到1-2微米的硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒。
硅酸钠和偏硅酸钠在酸性条件下生成硅酸凝胶，
所述稀盐酸，浓度为8%。
（3）制备硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液
将硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒，分散在nmp（n-甲基吡咯烷酮）中，制备硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液；
所述硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒与nmp的质量比例为1:12。
（4）涤纶聚酯切片熔融挤出
将涤纶聚酯切片进行干燥，干燥后的涤纶聚酯切片中的水含量在40ppm以下；然后送入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的一区、二区、三区、四区、五区的温度分别为270℃、275℃、272℃、268℃、265℃，得到涤纶聚酯切片熔融挤出物。
（5）共混
纺丝箱内设置混合容器，涤纶聚酯切片熔融挤出物与硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒分散液同时通入该混合容器，在900r/min的速度下进行搅拌混合均匀，得到纺丝共混液。
所述硅酸凝胶包覆石墨烯颗粒与涤纶聚酯切片熔融挤出物的质量比例为5.7:100。
（6）纺丝、卷绕
将纺丝共混液送入喷丝头进行纺丝、侧吹风冷却、上油、牵伸、卷绕，制备石墨烯聚酯纤维。
具体工艺参数为：纺丝箱内温度为268℃，侧吹风系统的温度为20℃，湿度为70%，风速为0.7m/s；油轮转速为20r/min，对辊一的温度为100℃，第一次牵伸的牵伸倍数为1.5倍，对辊二的温度为122℃，第二次牵伸的牵伸倍数为2.5倍，对辊三的温度为140℃，第三次牵伸的倍数为2.1倍；卷绕速度为1100米/分钟。
本发明实施例3制备的石墨烯聚酯纤维，硅酸凝胶包覆的石墨烯颗粒含量为5.7%；其中石墨烯颗粒含量为2.5%，纤维回潮率为13.0%，吸湿透气性好，纤维的电导率达8.5×10-7s/cm，断裂强度为6.0cn/dtex，对氨气吸附率达到95%，醋酸吸附率达到93%，对异戊酸吸附率达到94.1%。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为重量百分数，本发明所述的比例，均为质量比例。
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。