[发明专利]氧化石墨烯丙纶功能纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯丙纶功能纤维的制备方法；首先，采用烷基氧化胺对氧化石墨烯进行改性制得烷基官能团化的具有高比表面同时高度烷基化的功能化氧化石墨烯；再与聚丙烯切片经高速混炼机混炼后，再经过双螺杆熔融复合加工，获得氧化石墨烯‑丙伦母粒；母粒经干燥后，熔融纺丝，制得所述氧化石墨烯丙纶功能纤维。本发明的方法解决了氧化石墨烯复合丙纶纤维拉丝过程不稳定、纤维成型度差、纤维强度地且功能性单一的问题，并且熔纺得到的氧化石墨烯复合丙纶纤维具有机械性能优异，同时拥有抗菌、防螨、抗紫外线辐射、抗静电等功能性，获得了高端功能性丙纶纤维的开发，为丙纶纤维拓展了新的应用领域。

技术领域

本发明涉及纤维材料领域，具体涉及一种氧化石墨烯丙纶功能纤维的制备方法。

背景技术

在制备纳米复合材料时，二维片状且力学性能非常高的氧化石墨烯将是增强相的不二选择；其增强效果不但可比于粘土、蒙脱土等增强相，而且有粘土、蒙脱土所达不到的效果。然而，由于氧化石墨烯自身结构的影响，其表面能很高，导致其容易发生形变：氧化石墨烯片的卷曲、层叠以及团聚等等一系列问题。如果氧化石墨烯与纳米复合纤维基体材料相容性差，将使得氧化石墨烯在纳米复合纤维基体材料中分散不均匀，使得氧化石墨烯片层卷曲或形成团聚，从而使得复合材料在应用中形成应力集中点，极大的削弱以氧化石墨烯为增强相的纳米复合纤维材料的性能。此外，如果氧化石墨烯与纳米复合纤维基体材料相容性差，氧化石墨烯与基体材料结合欠紧密，将不能起到良好的传递和分散载荷的作用，表现在复合材料中氧化石墨烯与纳米复合纤维基体材料在受力的过程中产生滑动而使得复合材料的力学性能降低和失效。

通过对现有专利文献的检索发现，申请号为201610625689.6的中国发明专利申请公开了一种氧化氧化石墨烯改性聚丙烯纤维的制备方法，利用二甲苯和乙醇作为溶剂将氧化氧化石墨烯有效的分散在聚丙烯中，氧化氧化石墨烯以多层的形式存在于聚丙烯材料中；将共混得到的复合材料造粒，熔融纺丝，得到氧化氧化石墨烯改性聚丙烯纤维。然而，其存在一定的缺点：首先，氧化氧化石墨烯由于自身强的极性，在非极性溶剂(二甲苯和乙醇)分散性极其有限，所以复合效率是极其受限的。其次，溶液复合在造粒改性，工序复杂，涉及到湿法和干法的制备过度，以及湿法过程中使用有机溶剂而造成的环境问题也是必须要考虑的。与本专利中在水系体系中的极速改性且无二次污染形成了鲜明的对比。

申请号为201511020418.X的中国发明专利申请公开了一种氧化石墨烯抗静电聚丙烯材料及其制备方法；先将表面改性剂、溶剂与氧化石墨烯粉混合，超声分散，干燥球墨后得到表面改性氧化石墨烯，再与增韧剂、抗氧剂、加工助剂共混、熔融挤出，制得产品。然而，其存在存在问题有：机械改性氧化石墨烯受限于氧化石墨烯自身官能团少，加上球墨高能工艺，会加速氧化石墨烯的叠层，此外对氧化石墨烯片层粒径的破坏是不可逆转的。

申请号为201510897603.0的中国发明专利申请公开了一种聚丙烯-氧化石墨烯复合材料及其制备方法；通过将氧化氧化石墨烯母粒混合至聚丙烯聚合物基质制备而得，其中，氧化氧化石墨烯先进行超声活化后，与胺烷基三烷氧基硅烷反应进行表面改性，再与马来酸酐-接枝聚丙烯反应制得所述氧化氧化石墨烯母粒。然而，其存在的问题在于，胺烷基三烷氧基硅烷反应进行表面改性时，无水条件下才有更好的接枝改性效果，因此首先无水体系的溶剂对氧化氧化石墨烯的分散影响是很大的，此外多级改性过程也限制了它的规模化制备和改性，与本专利中在水系体系中的极速改性形成了鲜明的对比。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种氧化石墨烯丙纶功能纤维的制备方法。本发明中首先对氧化石墨烯表面和结构进行修饰、改性和优化，再通过高速混炼机在高能剪切作用下使得氧化石墨烯均匀且充分地黏附在聚丙烯母粒上，再经过双螺杆熔融复合加工，通过螺杆的剪切和挤压，将氧化石墨烯均匀分散于聚丙烯熔体中，同时氧化石墨烯获得二次剥离。此外，这一复合过程还可以使得聚烯烃分子很好的排列且缠绕在氧化石墨烯片层上，最后干燥后进入纺丝机，熔纺成丙纶功能纤维。在聚丙烯基体分子与氧化石墨烯片层间的协同效果和链锁作用下，获得具有较高机械性能和热稳定性的功能复合丙纶纤维。