1.本技术涉及涤纶单丝生产技术领域，尤其是涉及的是一种石墨烯纺单丝及其制备方法。
背景技术：
2.石墨烯是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈
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盖姆和康斯坦丁
·
诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、 sic外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法(cvd)。
3.随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先实现商业化应用的领域可能会是移动设备、航空航天、新能源电池领域，目前纺织领域中石墨烯也得到了很好应用。当石墨烯运用至纺织中，能使得单丝具有优良的强度，提高成品纤维物理机械性能，同时也使单丝具备石墨烯的多个功能效果。制备方法的不同，导致成品纤维单丝的强度也不尽相同。为了提升石墨烯纺单丝的强度及单丝的功能效果，对其制备方法进行优化处理。
技术实现要素：
4.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过说明书所特别指出的结构来实现和获得。
5.本技术的目的在于克服上述不足，提供一种石墨烯纺单丝及其制备方法。
6.为实现上述目的，本技术的技术解决方案是：
7.一种石墨烯纺单丝，石墨烯纺单丝包括涤纶、石墨烯助剂，基于石墨烯纺单丝的总质量计，涤纶的质量含量为95％-99.9％，石墨烯助剂的质量含量为0.1％-5％。
8.在一些实施方式中，石墨烯纺单丝还包括功能性母粒。
9.在一些实施方式中，基于石墨烯纺单丝的总质量计，涤纶的质量含量为81％-98.9％，石墨烯助剂的质量含量为0.1％-5％，功能性母粒的质量含量为1％-14％。
10.在一些实施方式中，功能性母粒为抗菌母粒或防紫外线母粒。
11.一种石墨烯纺单丝的制备方法，制备方法为：
12.将0.1％-5％的石墨烯助剂与涤纶切片通过混炼，双螺杆造粒挤出切粒，得到涤纶石墨烯切片；将石墨烯涤纶切片通过160-170℃除湿干燥四至六小时，使含水量降至30ppm以下结晶；单螺杆挤出机设定熔融温度270-275℃，螺杆压力设定13mpa，剪切、均匀塑化、熔体经计量泵送至纺丝组件；喷丝制备处理，使用喷丝板组件挤出喷丝；冷却水箱设定60-70℃热水冷却；原生单丝通过一至三牵，6倍两段热拉伸，第三牵与四牵负伸定型20％以上；单
丝热定型过后，冷却吹凉，均匀通过油轮上油至收卷。
13.在一些实施方式中，混炼时还添加质量含量为1％-14％的功能性母粒，石墨烯助剂、涤纶、功能性母粒三者的质量含量相加为100％。
14.在一些实施方式中，喷丝制备处理中喷丝孔的孔径采用30
×
0.5d，喷丝板组件用海沙 40-60目，过滤网350目，挤出喷丝。合理控制石墨烯单丝丝径，保证石墨烯单丝的机械性能。
15.在一些实施方式中，收卷机采用全自动plc张力控制器，步进电机布线，均匀收卷。能够有效避免收卷过程中断丝情况的出现。
16.在一些实施方式中，将石墨烯涤纶切片，通过165℃除湿干燥五小时，使含水量降至30ppm 以下结晶。
17.在一些实施方式中，计量泵为1
×
4行星计量泵。
18.通过采用上述的技术方案，本技术的有益效果是：
19.本技术制备出的石墨烯单丝由于石墨烯的结构特性，使得单丝的韧性增强，同时也赋予单丝优异的抗拉效果。精细化的温度、时间、压力、条件设定，保证制备出的石墨烯单丝使用效果上较为突出。石墨烯单丝编织形成面料，具备诸多使用功效，提升使用效果。
具体实施方式
20.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本技术，但并不用于限定本技术。
21.另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
22.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接地两个主体之间并不通过过渡结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
23.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
24.石墨烯具有抗菌抑菌的效果，石墨烯是碱性(负电荷)，可以加入四级胺盐这类带
正电荷的金属离子与细菌等接触，因细菌的细胞壁多为带负电电荷，在正、负离子量不平衡的情况下产生拉力，导致细菌的细胞壁被拉破而产生破洞，无法生(合)成细胞壁而影响繁殖。添加石墨烯制成石墨烯纺单丝，石墨烯纺单丝编织制成的面料对肺炎杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念球菌均具有高效的阻隔作用，抗菌抑菌可达90％。相对于传统的无机、有机抗菌剂，石墨烯基本没有细胞毒性，更适合与人体皮肤直接接触，具有亲肤养肤的作用。除此之外，石墨烯还具有防紫外线功能、吸湿透气功能、人体体温激发远红外功能。尤其是人体体温激发远红外功能，由石墨烯纺单丝制成纤维面料组成贴身衣服，亲肤能改善血液微循环，缓解慢性疼痛。
25.使用石墨烯助剂制备成单丝后，可以赋予单丝石墨烯材料所具有的功能。上述这些功能效果在实际使用中能够很好提升纤维面料的功效，满足消费者的使用需求。因此，如何结合石墨烯制备出石墨烯纺单丝的方法在这些背景下就显得尤为关键了。
26.根据本技术的一些实施方式，本技术提供了一种石墨烯纺单丝，包括涤纶、石墨烯助剂，基于石墨烯纺单丝的总质量计，涤纶的质量含量为95％-99.9％，石墨烯助剂的质量含量为 0.1％-5％。聚对苯二甲酸乙二醇酯含量大于85％以上的纤维简称为涤纶，本技术石墨烯纺单丝中的涤纶材料，实质上是聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。
27.根据本技术的一些实施方式，可选的，石墨烯纺单丝还包括功能性母粒。
28.根据本技术的一些实施方式，可选的，基于石墨烯纺单丝的总质量计，涤纶的质量含量为81％-98.9％，石墨烯助剂的质量含量为0.1％-5％，功能性母粒的质量含量为1％-14％。
29.根据本技术的一些实施方式，可选的，功能性母粒为抗菌母粒或防紫外线母粒。功能母粒不限于上述母粒，根据需要的功能灵活选择。
30.本技术还提供了一种石墨烯纺单丝的制备方法，并例举如下几个实施例。
31.实施例一
32.本实施例提供了一种石墨烯纺单丝的制备方法，制备方法主要是将石墨烯经过切片、干燥、熔融、喷丝、冷却、拉伸、二次拉伸、定型、上油步骤加工形成，最后收卷存储构成成品单丝。
33.其中，详细分为以下几个步骤：
34.切片步骤：将质量含量0.1％的石墨烯助剂与质量含量99.9％的涤纶切片通过混炼，双螺杆造粒挤出切粒，得到涤纶石墨烯切片；
35.干燥步骤：将石墨烯涤纶切片，通过165℃除湿干燥五小时，使含水量降至30ppm以下结晶；
36.熔融步骤：单螺杆挤出机设定270℃，螺杆压力设定13mpa，剪切、均匀塑化、熔体经1
ꢀ×
4行星计量泵送至纺丝组件。为了提高纤维的质量，在计量泵每次装卸清洗之后，上纺丝机使用之前必须对泵进行流量测定并分组；
37.喷丝步骤：喷丝孔的孔径采用30
×
0.5d，喷丝板的规格大小：喷丝板组件用海沙40目，过滤网350目。喷丝板的主要作用是将高聚物熔体通过微孔转变成具有特定截面的细流，经风冷却或凝固浴固化而形成细条。喷丝孔的几何形状是直接影响熔体的流动特性，从而影响纤维成型。喷丝孔通常由导孔和毛细孔构成。熔体从较大的空间挤入很小的微孔时流动速度急剧增大，为了控制熔体流动的切变速度和获得较大的压力差来源，选取圆锥形
和双曲面形导孔较好；
38.冷却步骤：冷却水箱设定60℃热水冷却；
39.拉伸、定型步骤：原生单丝通过一至三牵，6倍两段热拉伸，第三牵与四牵负伸定型20％以上；
40.制备出高强高伸长石墨烯单丝，强度c5.2cn/dtex，伸长率20％以上。
41.石墨烯助剂是由改性相容剂与硅烷偶联剂kh560进行混合制备的溶剂。
42.实施例二
43.本实施例提供了一种石墨烯纺单丝的制备方法，制备方法主要是将石墨烯经过切片、干燥、熔融、喷丝、冷却、拉伸、二次拉伸、定型、上油步骤加工形成，最后收卷存储构成成品单丝。
44.其中，详细分为以下几个步骤：
45.切片步骤：将质量含量0.5％的石墨烯助剂与质量含量99.5％的涤纶切片通过混炼，双螺杆造粒挤出切粒，得到涤纶石墨烯切片；
46.干燥步骤：将石墨烯涤纶切片，通过165℃除湿干燥五小时，使含水量降至30ppm以下结晶；
47.熔融步骤：单螺杆挤出机设定272℃，螺杆压力设定13mpa，剪切、均匀塑化、熔体经1
ꢀ×
4行星计量泵送至纺丝组件；
48.喷丝步骤：喷丝孔的孔径采用30
×
0.5d，喷丝板的规格大小：喷丝板组件用海沙50目，过滤网350目；
49.冷却步骤：冷却水箱设定65℃热水冷却；
50.拉伸、定型步骤：原生单丝通过一至三牵，6倍两段热拉伸，第三牵与四牵负伸定型20％以上。
51.石墨烯助剂是由改性相容剂与硅烷偶联剂kh560进行混合制备的溶剂。
52.实施例三
53.本实施例提供了一种石墨烯纺单丝的制备方法，制备方法主要是将石墨烯经过切片、干燥、熔融、喷丝、冷却、拉伸、二次拉伸、定型、上油步骤加工形成，最后收卷存储构成成品单丝。
54.其中，详细分为以下几个步骤：
55.切片步骤：将质量含量5％的石墨烯助剂与质量含量95％的涤纶切片通过混炼，双螺杆造粒挤出切粒，得到涤纶石墨烯切片；
56.干燥步骤：将石墨烯涤纶切片，通过165℃除湿干燥五小时，使含水量降至30ppm以下结晶；
57.熔融步骤：单螺杆挤出机设定275℃，螺杆压力设定13mpa，剪切、均匀塑化、熔体经1
ꢀ×
4行星计量泵送至纺丝组件；
58.喷丝步骤：喷丝孔的孔径采用30
×
0.5d，喷丝板的规格大小：喷丝板组件用海沙60目，过滤网350目；
59.冷却步骤：冷却水箱设定70℃热水冷却；
60.拉伸、定型步骤：原生单丝通过一至三牵，6倍两段热拉伸，第三牵与四牵负伸定型20％以上。
61.石墨烯助剂是由改性相容剂与硅烷偶联剂kh560进行混合制备的溶剂。
62.实施例四
63.本实施例提供了一种石墨烯纺单丝的制备方法，制备方法主要是将石墨烯经过切片、干燥、熔融、喷丝、冷却、拉伸、二次拉伸、定型、上油步骤加工形成，最后收卷存储构成成品单丝。
64.其中，详细分为以下几个步骤：
65.切片步骤：将质量含量0.1％的石墨烯助剂、质量含量1％的功能性母粒与质量含量98.9％的涤纶切片通过混炼，双螺杆造粒挤出切粒，得到涤纶石墨烯切片；
66.干燥步骤：将石墨烯涤纶切片，通过165℃除湿干燥五小时，使含水量降至30ppm以下结晶；
67.熔融步骤：单螺杆挤出机设定272℃，螺杆压力设定13mpa，剪切、均匀塑化、熔体经1
ꢀ×
4行星计量泵送至纺丝组件；
68.喷丝步骤：喷丝孔的孔径采用30
×
0.5d，喷丝板的规格大小：喷丝板组件用海沙50目，过滤网350目；
69.冷却步骤：冷却水箱设定65℃热水冷却；
70.拉伸、定型步骤：原生单丝通过一至三牵，6倍两段热拉伸，第三牵与四牵负伸定型20％以上。
71.实施例五
72.本实施例提供了一种石墨烯纺单丝的制备方法，制备方法主要是将石墨烯经过切片、干燥、熔融、喷丝、冷却、拉伸、二次拉伸、定型、上油步骤加工形成，最后收卷存储构成成品单丝。
73.其中，详细分为以下几个步骤：
74.切片步骤：将质量含量4％的石墨烯助剂、质量含量10％的功能性母粒与质量含量86％的涤纶切片通过混炼，双螺杆造粒挤出切粒，得到涤纶石墨烯切片；
75.干燥步骤：将石墨烯涤纶切片，通过165℃除湿干燥五小时，使含水量降至30ppm以下结晶；
76.熔融步骤：单螺杆挤出机设定272℃，螺杆压力设定13mpa，剪切、均匀塑化、熔体经1
ꢀ×
4行星计量泵送至纺丝组件；
77.喷丝步骤：喷丝孔的孔径采用30
×
0.5d，喷丝板的规格大小：喷丝板组件用海沙60目，过滤网350目；
78.冷却步骤：冷却水箱设定70℃热水冷却；
79.拉伸、定型步骤：原生单丝通过一至三牵，6倍两段热拉伸，第三牵与四牵负伸定型20％以上。
80.实施例六
81.本实施例提供了一种石墨烯纺单丝的制备方法，制备方法主要是将石墨烯经过切片、干燥、熔融、喷丝、冷却、拉伸、二次拉伸、定型、上油步骤加工形成，最后收卷存储构成成品单丝。
82.其中，详细分为以下几个步骤：
83.切片步骤：将质量含量5％的石墨烯助剂、质量含量14％的功能性母粒与质量含量
81％的涤纶切片通过混炼，双螺杆造粒挤出切粒，得到涤纶石墨烯切片；
84.干燥步骤：将石墨烯涤纶切片，通过165℃除湿干燥五小时，使含水量降至30ppm以下结晶；
85.熔融步骤：单螺杆挤出机设定272℃，螺杆压力设定13mpa，剪切、均匀塑化、熔体经1
ꢀ×
4行星计量泵送至纺丝组件；
86.喷丝步骤：喷丝孔的孔径采用30
×
0.5d，喷丝板的规格大小：喷丝板组件用海沙60目，过滤网350目；
87.冷却步骤：冷却水箱设定65℃热水冷却；
88.拉伸、定型步骤：原生单丝通过一至三牵，6倍两段热拉伸，第三牵与四牵负伸定型20％以上。
89.应该理解的是，本技术所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的此类特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
90.说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
91.此外，所描述的特征或特性可以任何其他合适的方式结合到一个或多个实施例中。在上面的描述中，提供一些具体的细节，例如厚度、数量等，以提供对本技术的实施例的全面理解。然而，相关领域的技术人员将明白，本技术无需上述一个或多个具体的细节便可实现或者也可采用其他结构、组件等实现。