一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维及其制备方法技术

一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维及其制备方法，本发明专利技术利用石墨烯量子点的分子模板效应和与PA6织态结构间形成的位错效应提升PA6纤维的力学性能，通过传统成熟的PA6熔体纺丝工艺制备了拉伸强度为0.72～1.05GPa，初始模量为8～11GPa的高强度高模量的PA6-GQD复合纤维。与传统的高强高模PA6纤维相比，其力学性能更加优异，且工艺流程简单、环境污染小、成本低且适合大规模化生产，并无需对现有PA6熔体纺丝工艺设备进行改动，所制得的PA6-GQD纤维具有优异的力学性能，可用于轮胎帘子线、工业用布、服装、渔网及国防军工等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合纤维
，涉及一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维及其制备方法。
技术介绍
聚酰胺纤维俗称尼龙，英文名称Polyamide(简称PA)，是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称。聚酰胺纤维是世界上最早工业化的合成纤维品种，它的出现使纺织品的面貌焕然一新，它的合成是合成纤维工业的重大突破，同时也是高分子化学的一个非常重要里程碑。其中聚酰胺6是应用最为广泛的品种之一，其主要用于纺制合成纤维，链节结构为[NH(CH2)5CO]。聚酰胺6纤维具有强度高、回弹性好、耐疲劳、可染性和耐腐蚀、耐虫蛀等优良性能,密度低于大多数纤维品种，耐磨性能则优于合成纤维其他品种，常用来制成衣袜、医用缝线、轮胎帘子线、工业用布、缆绳、传送带、帐篷、渔网等。在国防上主要用作降落伞及其他军用织物。随着汽车的小型化、电子电气设备的高性能化、机械设备轻量化的进程加快，对聚酰胺6纤维的需求将更高更大，其某些性能已不能满足相关行业发展的要求。因此，必须针对某一应用领域，通过改性，提高其某些性能，来扩大其应用领域。早期的聚酰胺6复合材料主要采用纳米蒙脱土、玻璃纤维等材料来增强。新型碳材料的发展为聚酰胺6复合材料向功能化方向发展拓宽了道路,目前碳纳米管、石墨烯等碳纳米材料增强聚酰胺6纤维已经取得了一定的研究进展，其力学、导热和导电性能有了很大提高。碳纳米管增强聚酰胺6纤维主要采用熔融共混或原位聚合后再进行熔体纺丝，其强度和模量大大提高，但是只有碳纳米管加入量较低时效果较好。石墨烯增强聚酰胺6纤维主要应用溶液共混、熔融共混或原位聚合后再纺丝，但是由于采用的石墨烯微片径向尺寸较大，大都存在石墨烯在聚酰胺6中的分散性不够好，易发生团聚或褶皱等问题而影响界面结合效果，大大影响了纤维性能的进一步提高。石墨烯量子点(Graphenequantumdot,缩写为GQD)是准零维的纳米材料(二维平面尺寸<100nm)，其内部电子在各方向上的运动均十分活跃，表现出更加显著的纳米尺度效应，对高分子的结晶和取向行为影响较其他碳纳米材料更为强烈。经我们小组研究发现石墨烯量子点表面化学官能团密度高，易与聚酰胺6分子主链结构上的酰胺基团形成共价键或氢键作用，增加聚酰胺6分子主链间的相互作用，提高分子链间的次价键力；另外石墨烯量子点的平面结构旋转半径小，十分有利于自身的取向并诱导聚酰胺6大分子链的取向和有序排列，提高了聚酰胺6纤维的结晶度和晶区的规整性；上述两方面石墨烯量子点所特有的作用行为均对聚酰胺6纤维有十分显著的力学增强效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维及其制备方法，解决了石墨烯在复合纤维中分散性不够好的问题，该方法制备的聚酰胺纤维具有重量轻、强度好、模量高等优点。对于本专利技术的一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维的制备方法来说，采用的技术方案是这样的，该方法包括以下步骤：第一步聚酰胺6-石墨烯量子点(PA6-GQD)母粒的制备1)取石墨烯量子点0.1～1重量份、分散剂0.1～1重量份，溶于98～99.8重量份的去离子水中，所述石墨烯量子点的石墨片层为1～3层、尺寸为10～100nm；经超声分散，得到均匀分散的石墨烯量子点水溶液；所述超声分散操作为超声波分散或高压均质处理，采用超声波细胞破碎仪，其功率1000～4000W；或采用超高压均质机，其功率为2500W；2)将上述石墨烯量子点水溶液经真空抽滤、真空干燥后得到含有分散剂的石墨烯量子点；所述真空抽滤时间为0.5-2h，真空干燥温度为60-100℃，干燥时间为0.5-2h；3)取己内酰胺84～99重量份、上述石墨烯量子点0.5-15重量份，加入引发剂0.5～1重量份，搅拌、超声分散，配制成PA6-GQD混合物；所述引发剂为6-氨基己酸、丁酸、磷酸中的一种；所述分散剂为以下a)～c)中表述的任意一种情况：a)聚氧乙烯醚类或酯类非离子活性剂，b)磺酸盐类、硫酸盐类、磷酸盐或亚磷酸盐类阴离子活性剂，c)氨基酸类、咪唑类、氧化胺类两性活性剂中的一种或两种以上任意比例的混合物；4)将上述混合液经预聚合、聚合、造粒、洗涤、真空干燥等步骤，制得PA6-GQD母粒；所述预聚合温度为150-200℃，时间为1-3h；聚合温度为250-270℃，时间为10-30h；真空干燥温度为60-100℃，干燥时间为2-5h；第二步熔体纺丝1)将上述PA6-GQD母粒1～10重量份、纯聚酰胺6约10～20重量份加入螺杆挤出机中熔融共混后挤出，制成切片；2)采用普通熔体纺丝机进行熔体纺丝，制备PA6-GQD复合纤维；所述熔体纺丝过程中纺丝温度为220～280℃，根据用途不同，对PA6-GQD复合纤维进行上油、卷曲和/或切断。对于本专利技术的一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维来说，该增强纤维是通过上述方法制备而成。本专利技术利用石墨烯量子点的分子模板效应和与PA6织态结构间形成的位错效应提升PA6纤维的力学性能，通过传统成熟的PA6熔体纺丝工艺制备了拉伸强度为0.72～1.05GPa，初始模量为8～11GPa的高强度高模量的PA6-GQD复合纤维。与传统的高强高模PA6纤维相比，其力学性能更加优异，且工艺流程简单、环境污染小、成本低且适合大规模化生产，并无需对现有PA6熔体纺丝工艺设备进行改动，所制得的PA6-GQD纤维具有优异的力学性能，可用于轮胎帘子线、工业用布、服装、渔网及国防军工等领域。附图说明图1为一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维制备方法流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。实施例1：一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维及其制备方法，其制备方法如图1所示包括以下步骤：1.聚酰胺6-石墨烯量子点(PA6-GQD)母粒的制备1)取石墨烯量子点6g、十二烷基硫酸钠6g，溶于588g的水中，机械搅拌3h，并配合超声分散(使用超声波细胞破碎仪，其功率4000W)，配制成均匀分散的石墨烯量子点水溶液；本步骤中所采用的石墨烯量子点的石墨片层为1～3层、尺寸为10～100nm；2)将上述石墨烯量子点水溶液经真空抽滤1h抽干水分后放入真空干燥箱中100℃下真空干燥1h后得到含有分散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维制备方法，其特征是该方法包括以下步骤：第一步 聚酰胺6‑石墨烯量子点(PA6‑GQD)母粒的制备1)取石墨烯量子点0.1～1重量份、分散剂0.1～1重量份，溶于98～99.8重量份的去离子水中，所述石墨烯量子点的石墨片层为1～3层、尺寸为10～100nm；经超声分散，得到均匀分散的石墨烯量子点水溶液；所述超声分散操作为超声波分散或高压均质处理，采用超声波细胞破碎仪，其功率1000～4000W；或采用超高压均质机，其功率为2500W；2)将上述石墨烯量子点水溶液经真空抽滤、真空干燥后得到含有分散剂的石墨烯量子点；所述真空抽滤时间为0.5‑2h，真空干燥温度为60‑100℃，干燥时间为0.5‑2h；3)取己内酰胺84～99重量份、上述石墨烯量子点0.5‑15重量份，加入引发剂0.5～1重量份，搅拌、超声分散，配制成PA6‑GQD混合物；所述引发剂为6‑氨基己酸、丁酸、磷酸中的一种；所述分散剂为以下a)～c)中表述的任意一种情况：a)聚氧乙烯醚类或酯类非离子活性剂，b)磺酸盐类、硫酸盐类、磷酸盐或亚磷酸盐类阴离子活性剂，c)氨基酸类、咪唑类、氧化胺类两性活性剂中的一种或两种以上任意比例的混合物；4)将上述混合液经预聚合、聚合、造粒、洗涤、真空干燥等步骤，制得PA6‑GQD母粒；所述预聚合温度为150‑200℃，时间为1‑3h；聚合温度为250‑270℃，时间为10‑30h；真空干燥温度为60‑100℃，干燥时间为2‑5h；第二步 熔体纺丝1)将上述PA6‑GQD母粒1～10重量份、纯聚酰胺6约10～20重量份加入螺杆挤出机中熔融共混后挤出，制成切片；2)采用普通熔体纺丝机进行熔体纺丝，制备PA6‑GQD复合纤维；所述熔体纺丝过程中纺丝温度为220～280℃，根据用途不同，对PA6‑GQD复合纤维进行上油、卷曲和/或切断。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯量子点增强聚酰胺纤维制备方法，其特征是该方法包括以下步骤：
第一步聚酰胺6-石墨烯量子点(PA6-GQD)母粒的制备
1)取石墨烯量子点0.1～1重量份、分散剂0.1～1重量份，溶于98～99.8
重量份的去离子水中，所述石墨烯量子点的石墨片层为1～3层、尺寸为10～
100nm；经超声分散，得到均匀分散的石墨烯量子点水溶液；所述超声分散操作
为超声波分散或高压均质处理，采用超声波细胞破碎仪，其功率1000～4000W；
或采用超高压均质机，其功率为2500W；
2)将上述石墨烯量子点水溶液经真空抽滤、真空干燥后得到含有分散剂的
石墨烯量子点；所述真空抽滤时间为0.5-2h，真空干燥温度为60-100℃，干燥时
间为0.5-2h；
3)取己内酰胺84～99重量份、上述石墨烯量子点0.5-15重量份，加入引发
剂0.5～1重量份，搅拌、超声分散，配制成PA6-GQD混合物；所述引发剂为6-
氨基己酸、丁酸、磷酸中的一种；所述分散剂为以下a)～c)中表...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚金，李朝龙，张恒，池铫，史浩飞，杜春雷，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;85