[发明专利]具有阻燃和抗紫外性能的石墨烯/尼龙6纤维及制备方法

说明书

本发明涉及了一种具有阻燃和抗紫外性能的石墨烯/尼龙6纤维及其制备方法，属于功能高分子材料技术领域。该具有阻燃和抗紫外性能的石墨烯/尼龙6纤维，是由尼龙6/石墨烯纳米复合材料经高速熔融纺丝得到；石墨烯/尼龙6纳米复合材料由改性石墨烯与己内酰胺和各种助剂复合得到。本发明得到的石墨烯/尼龙6纳米复合材料能够高速持续通过熔融纺丝孔，实现连续高速纺丝，纤维直径在5‑50μm，所制成的石墨烯改性的尼龙6纤维比纯尼龙6纤维具有优越的阻燃、抗熔滴、抗紫外等性能。

技术领域

本发明涉及了一种具有阻燃和抗紫外性能的石墨烯/尼龙6纤维及其制备方法，属于功能高分子材料技术领域。

背景技术

聚酰胺纤维俗称锦纶，是一种世界上最早工业化的合成纤维，具有优良的强度、耐磨性、弹性回复率等优点，被广泛应用于各种服装、线缆、丝网等行业。传统的聚酰胺纤维产量已经接近饱和，产品利润偏低，因而当今聚酰胺纤维产品发展趋势是高性能化、智能化、多功能化等方向。但是锦纶易燃，当发生火灾时，其形成的熔滴、火焰、烟雾大大加重了火灾的人员损伤和物质毁坏。同时尼龙6纤维耐光性能不好，极易在日光或紫外线照射下变黄，力学性能下降。因此开发具有阻燃性能、抗紫外功能的的锦纶纤维有重大意义。目前市场上主要以添加阻燃助剂为主，但大量的阻燃剂添加会严重影响纤维的生产效率以及产品的其他性能。石墨烯的阻燃机理大致有三：1.石墨烯提供碳化点；2.石墨烯片阻隔可燃小分子向外(燃烧点)扩散；3.形成网络结构的石墨烯也可使复合材料具有抗熔滴性能。石墨烯这种新型二维片层纳米材料的加入能够有效提高尼龙6纤维的防紫外性能和尼龙6织物的防紫外透过性，主要原因有1)石墨烯具有非常大面积的共轭结构，能够有效吸收紫外线，减少紫外线对材料的损害；2)石墨烯的长径比很大，能够在较小添加量时，起到很好的紫外防护作用。本发明以少量石墨烯对尼龙6进行改性，成功制备了石墨烯/尼龙6复合材料。

但是尼龙6/石墨烯复合材料能否进行工业化纺丝一直是业内人士广泛质疑的焦点，其主要障碍有两点：1.石墨烯呈二维片层结构，若添加的石墨烯为多层，则易分散不均发生堆叠，堵塞极小的纺丝喷头孔；2.石墨烯与尼龙6基体结合力差，形成的相界面在高速纺丝时会发生分离，导致纺丝过程中形成断头丝。二者均不能实现高速纺丝，影响企业生产效率。基于此，本发明对由改性石墨烯、己内酰胺和各种助剂复合的尼龙6/石墨烯纳米复合材料采用工业化纺丝设备进行高速熔融纺丝，成功制得了石墨烯改性的具有阻燃和抗紫外性能的尼龙6纤维。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有阻燃和抗紫外性能的石墨烯/尼龙6纤维及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种具有阻燃和抗紫外性能的石墨烯/尼龙6纤维，所述纤维直径为5-50μm，由100重量份的石墨烯/尼龙6纳米复合材料和0.1～5重量份的助剂经高速熔融纺丝得到，所述石墨烯/尼龙6纳米复合材料由尼龙6和接枝有尼龙6的单层石墨烯组成，所述接枝有尼龙6的单层石墨烯的横向尺寸大于3微米；石墨烯的质量与尼龙6的总质量之比为0.01-0.5:100。

一种具有阻燃和抗紫外性能的石墨烯/尼龙6纤维的制备方法，所述方法为：将100重量份的石墨烯/尼龙6纳米复合材料和0.1～5重量份的助剂混合均匀后，经高速熔融纺丝，即可得到本发明具有阻燃和抗紫外性能的石墨烯/尼龙6纤维。

进一步地，所述石墨烯/尼龙6纳米复合材料通过以下方法制备得到：

(1)将0.01-0.5质量份的改性石墨烯和1-10质量份去离子水加入100质量份的己内酰胺熔体中，在80℃下高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯；碳氧比为2.5到6之间；

(2)在氮气保护下，将上述分散液在缩聚反应釜中升温至250-270℃，在0.5-1MPa下反应3小时；然后在真空下反应4小时，得到聚合物熔体；最后将聚合物熔体经水冷造粒得到石墨烯/尼龙6纳米复合材料。