[发明专利]一种石墨烯与纳米纤维素改性的复合纤维及其制备方法

说明书

本发明属于纺织品领域，具体涉及一种石墨烯与纳米纤维素改性的复合纤维及其制备方法。本发明提供的石墨烯纳米改性复合纤维其中，包括99.0％～99.9％的树脂，石墨烯和纳米纤维素作为纳米改性填料，二者的总质量添加含量为0.1％～1.0％，所述的石墨烯和纳米纤维素的质量比为1：9～9：1。石墨烯和纳米纤维素由于静电相互作用可以改善单一填料在树脂基体的分散性。将该复合材料经纺丝设备制备功能纤维并纺成纤维，该纤维具有强度高、耐磨、透气、抗静电、远红外发热以及抗菌等性能。本发明的工艺简单、产品性能优异，适用于功能性服饰的特殊需求。

技术领域

本发明属于纺织品领域，具体涉及一种石墨烯与纳米纤维素改性的复合纤维及其制备方法。

背景技术

100多年前，纺织品的原料主要来源于天然物质，如棉、麻、蚕丝、羊毛等，天然纤维的获得不仅成本较高且生长周期较长。后来，随着高分子合成工业的发展，合成纤维渐渐开始出现并得到广泛应用，合成纤维是将人工合成的、具有适宜分子量的线性聚合物，经纺丝成型和后处理而制得的化学纤维。合成纤维相较天然纤维具有强度高、弹性好、不怕霉蛀等优点，但同时也存在着透气性差、保暖性差等缺点。

石墨烯是目前世界上已知的强度最高，电学性能最好的二维碳材料，将石墨烯添加到树脂基体中可以显著提高纤维的力学强度、耐磨性能和抗静电效果。此外，有研究结果表明石墨烯具有良好的抗菌性能和远红外吸收功能，因此将石墨烯添加到树脂中制备成纤维还有望赋予合成纤维较好的抗菌性能和自保暖特性。但是，石墨烯具有较大的比表面积(一般为2630m²/g左右)，且二维片层间由于范德华力的存在造成其在树脂中很容易团聚，从而破坏分散效果，造成复合材料纤维性能严重下降。

针对这一问题，研究者们采用了很多不同的方法来进行改进。申请号为201710952633.6的专利申请将石墨烯分散到己内酰胺水溶液中，之后进行聚合反应得到高分散性的石墨烯/尼龙6，之后再通过熔融纺丝得到石墨烯尼龙6复合纤维。专利申请号为201711007680.X的专利申请用表面活性剂和偶联剂对石墨烯进行表面分散处理，将处理后的石墨烯与尼龙和热稳定剂在双螺杆挤出机中造粒得到复合材料。专利申请号为201810903390.1的专利申请将石墨烯含量为0.4-0.8％的石墨烯纤维和棉纤维进行混纺，得到两种纤维混纺的复合纤维。

以上这些方法在一定程度上改善了石墨烯的分散性，但同时要么改变了纤维合成工业的工艺路线(在聚合过程加入石墨烯)，要么引入了更多的化学物质(热稳定剂、偶联剂等)，要么增加了纺丝工序(混纺)，均存在不同的缺点。

发明内容

本发明的目的在于开发一种石墨烯与纳米纤维素改性的复合纤维的配方和制备方法，可以显著提高石墨烯和纳米纤维素在树脂基体的分散性。而且，功能性纳米填料石墨烯和纳米纤维素的添加可以显著提高复合纤维的强度、耐磨性、抗静电性、抗菌性以及保暖性。并且，整个纺丝过程不需要额外添加工艺和设备，节能环保。

本发明的具体技术方案如下：

本发明的石墨烯与纳米纤维素改性的复合纤维，按重量百分比包括：99.0％～99.9％的树脂和二者总量为0.1％～1.0％的石墨烯与纳米纤维素，其中，石墨烯和纳米纤维素添加的重量比例在1：9～9：1。

进一步优选地，本发明的石墨烯与纳米纤维素改性的复合纤维，按重量百分比包括：99.4％～99.8％的树脂和二者总量为0.2％～0.6％的石墨烯与纳米纤维素，其中，石墨烯和纳米纤维素添加的重量比例在3:1～1:3。

根据本发明所述的石墨烯与纳米纤维素改性的复合纤维，其中，所述尼龙6(PA6)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚丙烯腈(PAN)中的一种或几种。

根据本发明所述的石墨烯与纳米纤维素改性的复合纤维，其中，所述石墨烯包括但不限于单层石墨烯和/或寡层石墨烯。