[发明专利]一种石墨烯高强抗冲击芳纶纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯高强抗冲击芳纶纤维及其制备方法，该方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备石墨烯芳纶纺丝液；步骤3，将纺丝液离心除盐后装入反应罐进行脱泡，得到纺丝原液，然后进行干湿法纺丝；步骤4，将石墨烯芳纶纤维置于等离子体反应室内，抽真空，填充氮气，调整气压，进行等离子体处理后取出；步骤5，配制涂覆浆料，充分搅拌，保持浆料温度，并将改性石墨烯芳纶纤维置入浆槽中，上浆处理，干燥卷绕。本发明还提供了通过该方法制备的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维。本发明制备的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维，具有高强抗冲击、抗菌、抗紫外等功能，提升了芳纶纤维附加值，扩展了芳纶纤维的使用范围。

技术领域

本发明涉及一种新型功能高分子材料技术领域的高强抗冲击的石墨烯芳纶复合纤维及其制备方法，具体地，涉及一种石墨烯高强抗冲击芳纶纤维及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种有碳原子按六边形排列而成的二维材料，氧化石墨烯在石墨烯的表层具有羧基，环氧基，羟基等含有基团修饰。由于氧化石墨烯制备工艺较简单，原材料成本低廉，同时在实际操作时氧化石墨烯与石墨烯相比更不易团聚，因此可广泛应用于大规模工业生产中。

芳纶纤维是芳香族聚酰胺纤维的简称，是一种新型高科技合成纤维，由芳香基团和酰胺基团连接组成线性聚合物。由于芳香基取代了脂肪基，分子链的柔性减小而刚性增强，反映在纤维性能方面，其耐热性和初始模量都显著增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强抗冲击的石墨烯芳纶复合纤维及其制备方法，制备的纤维具有高强抗冲击、抗菌、抗紫外等功能，能够提升芳纶纤维附加值，扩展芳纶纤维的使用范围。

为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯高强抗冲击芳纶纤维的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；原料包含芳纶纺丝材料、石墨烯材料、改性剂、水性浆料；步骤2，制备石墨烯芳纶纺丝液；步骤3，将步骤2所得的石墨烯芳纶纺丝液，离心除盐后装入反应罐进行脱泡，得到纺丝原液，然后进行干湿法纺丝，经过喷丝、拉伸、水洗、干燥、干热拉伸、定型、上油、收卷的工序后得到石墨烯芳纶复合纤维；步骤4，将步骤3所得的石墨烯芳纶纤维置于等离子体反应室内，抽真空，填充氮气，调整气压，进行等离子体处理后取出，得到表面改性处理的石墨烯芳纶纤维；步骤5，配制涂覆浆料，充分搅拌，保持浆料温度，并将步骤4所得的改性石墨烯芳纶纤维置入浆槽中，上浆处理，然后干燥卷绕，得到高强抗冲击石墨烯芳纶纤维。

上述的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维的制备方法，其中，所述的步骤1中，各原料按质量百分比计包含：芳纶纺丝材料80％～99％，石墨烯材料0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，水性浆料0.1％～15％；石墨烯材料为机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法中任意一种制备的石墨烯或氧化石墨烯；改性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡络烷酮、硅烷偶联剂中的任意一种或多种；水性浆料为水性PU树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂、水性环氧树脂、水性醇酸树脂浆料中的任意一种或多种。

上述的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维的制备方法，其中，所述的步骤2中，采用的芳纶纺丝材料以间苯二甲酰氯和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑为主要原料，以N,N-二甲基乙酰胺为溶剂，首先在氮气保护下，将N,N-二甲基乙酰胺和氯化锂加入到反应釜中，开启搅拌，再加入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑，待完全溶解后降温至0～-10℃，然后分批加入间苯二甲酰氯，保持反应体系温度不超过15-30℃，加料完毕后继续反应40min，最后加入氢氧化锂进行中和，得到固含量按质量百分比为15％～30％的芳纶树脂溶液，再加入石墨烯材料混合均匀，作为石墨烯芳纶纺丝液。

上述的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维的制备方法，其中，所述的步骤2中，采用的芳纶纺丝材料按质量百分比计包含：N,N-二甲基乙酰胺50％-80％，氯化锂0.1％-5％，2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑1％-25％，间苯二甲酰氯1％-20％，氢氧化锂0.1％-5％。