一种高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维的制备方法及纺丝方法技术

本发明专利技术涉及一种高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维，其特征在于：采用微机械剥离法，在己内酰胺水溶液中将石墨剥离成石墨烯，形成均匀稳定分散的石墨烯/己内酰胺水溶液，随后以石墨烯/己内酰胺水溶液原料，聚合得到高分散性石墨烯/尼龙6，最后通过熔融纺丝得到石墨烯/尼龙6复合纤维。该方案合成工艺简单，成本低，解决了目前石墨烯在尼龙6熔体中分散不均的问题，赋予尼龙6纤维抗菌、抗静电、远红外、抗紫外等特性，且不影响尼龙6聚合，从而保证尼龙6具有良好的成纤性及纤维优异的品质。

【技术实现步骤摘要】
一种高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维的制备方法及纺丝方法
本专利技术专利涉及一种高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维的制备方法及纺丝方法，属于化学纤维的制造

技术介绍
锦纶纤维是世界上最早实现工业化的合成纤维，也是合成纤维中性能优异、用途广泛的品种之一，它具有许多优良的性能，除了具备合成纤维共有的耐腐蚀、耐霉烂、湿强度高、不怕虫蛀、吸湿率低等性能外，还具有强度高、耐磨性优异、弹性好、纤维伸长回复率高等优点。随着民生活水平的提高，人们对纺织品的舒适、保健功能日益关注，对纤维的多功能化要求越来越强烈，各种功能化差别化锦纶纤维的研究、开发与生产越发重视。石墨烯是以SP2杂化的碳原子构成的二维碳原子片，其中碳原子呈六方蜂窝状。由于石墨烯是单片的碳原子层，有很大的比表面积，通过理论计算得出单片层石墨烯的比表面积为2630m2/g，这是活性炭的两倍多。研究发现，石墨烯还具有优异的电学性能，主要取决于石墨烯的形状和层数，石墨烯还具有优异的导热性能，其导热系数达到3000W/(m·K)，是除金属以外导热性能最好的材料。由于石墨烯具有独特的纳米结构和优异的各项性能，石墨烯可作为优异的多功能填料加入到聚合物基体中，赋予基体优异的性能。同时与昂贵的碳纳米管相比，石墨烯原料易得，价格便宜，制备方法也简单方便，所以其有望代替碳纳米管成为聚合物基复合材料的优质填料。目前，制备石墨烯/尼龙6复合物的方法主要有物理共混法和原位共聚法。共混法是指在机械力作用下将纳米粒子直接加入到聚合物基体中进行混合，包括熔融共混法和溶液共混法等，共混法操作简单，易于实现工业化，但是纳米粒子极易团聚，在聚合物基体中难以分散均匀。原位共聚法是在尼龙聚合前，将石墨烯分散到单体中，再进行聚合的一种方法，也是目前的发展趋势。制备得到性能优良的石墨烯/尼龙纳米复合材料的难点主要是实现功能粉体在尼龙熔体中的均匀分散、延长纺丝组件的更换周期、提高功能纤维的可加工性等。中国专利技术专利“注塑级石墨填充高温尼龙及其制作工艺”(CN102898821A)中，运用机械方法将石墨烯分散到尼龙中，出现团聚的现象。中国专利技术专利“一种尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的制备方法”(CN101760011A)中，用氧化石墨与己内酰胺进行原位聚合，将尼龙6接枝到石墨烯上，从而将石墨烯分散在尼龙6当中，但其分散性并未得到有效的改善。中国专利技术专利“一种石墨烯改性尼龙6纤维的制备方法”(CN103215689A)中，通过对氧化石墨烯表面胺化，提高石墨烯与尼龙之间的相互作用，提高石墨烯的分散性，以达到提高石墨烯改性尼龙纤维性能的作用，但其需要对石墨烯进行酰化，然后再胺化，使产品整个制备流程加长，成本也增加，不利于工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是克服上述不足，提供一种高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维的制备方法。该方案合成工艺简单，成本低，解决了目前石墨烯在尼龙6熔体中分散不均的问题，赋予尼龙6纤维抗菌、抗静电、远红外、抗紫外等特性，且不影响尼龙6聚合，从而保证尼龙6具有良好的成纤性及纤维优异的品质。本专利技术的目的之二是提供一种高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维的纺丝方法。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维的制备方法，采用微机械剥离法，在己内酰胺水溶液中将石墨剥离成石墨烯，形成均匀稳定分散的石墨烯/己内酰胺水溶液，随后以石墨烯/己内酰胺水溶液原料，聚合得到高分散性石墨烯/尼龙6，最后通过熔融纺丝得到石墨烯/尼龙6复合纤维。一种高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维的制备方法，所述制备方法的步骤为：（1）将石墨置于己内酰胺水溶液中，通过微机械剥离方法将石墨烯剥离，形成稳定的石墨烯/己内酰胺水溶液。所述己内酰胺水溶液中含己内酰胺为10-80wt%，所形成的石墨烯/己内酰胺水溶液石墨烯含量占己内酰胺含量的0.1-10wt%，所述剥离温度为10-60℃，所述石墨烯的平面尺寸为0.1-10μm之间，层数为1-10层。（2）将（1）所获浆液与添加剂置于压力为0.3-5MPa压力下进行开环反应，在这个过程中，反应温度为220-300℃，反应时间为1-6h，主要反应为己内酰胺的水解开环，加成反应，同时将体系中多余的水去除；所述添加剂为己二酸、醋酸、对苯二甲酸中的一种以上，添加量为相对于己内酰胺质量的0.01-1wt%。（3）将（2）所获熔体置于常压下继续反应。反应温度为220-280℃，反应时间为3-8h。此过程主要反应为尼龙6低聚物之间的缩聚反应。（4）根据最终产品的要求，将（3）所获熔体置于真空环境下进行反应，压力为0-200pa，反应温度为220-280℃，反应时间为0-3h，此反应主要为尼龙6分子链的酰胺交换反应及脱除小分子的过程。（5）将（4）中所获熔体经冷却、切粒、萃取、干燥后，再送至纺丝线进行熔融纺丝，获得石墨烯/尼龙纤维。主要化学反应方程式为：（1）开环反应（2）接枝反应（3）加成反应（4）缩聚反应（5）酰胺交换反应一种石墨烯/尼龙纤维的纺丝方法，所述熔融纺丝的工艺具体为：所述FDY工艺具体为：纺丝温度为240-280℃，第一导丝盘速度为4000-4500m/min，第二导丝盘速度为5000-6000m/min，拉伸倍数为1.1-1.5倍，冷却风温为15-25℃，风速0.5-1m/s，相对湿度为60%-90%，得到全拉伸丝。所述UDY工艺具体为：纺丝温度为240-280℃，纺丝速度为700-1500m/min，冷却风温为20-30℃，风速0.3-1m/s，相对湿度为60%-80%，得到未取向丝。所述POY工艺具体为：纺丝温度为240-280℃，纺丝速度为4000-4500m/min，冷却风温为15-25℃，风速0.3-0.6m/s，相对湿度为60%-80%，得到预取向丝。所述HOY工艺具体为：纺丝温度为240-280℃，纺丝速度为4500-6000m/min，冷却风温为15-20℃，风速0.3-0.5m/s，相对湿度为80%-90%，得到高取向丝。所述BCF工艺具体为：纺丝温度为240-280℃，冷却风温为20-30℃，风速0.3-1m/s，相对湿度为60%-80%，喂入辊温度为60-120℃，拉伸辊温度为100-190℃，喂入速度为300-1000m/min，拉伸速度为1000-3500m/min，拉伸倍数为3.5-5倍，变形热空气温度为190-230℃，空气喷射压力为196kPa-490kPa，卷绕速度为600-3000m/min，冷却空气温度为25℃。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术采用微机械剥离法，在己内酰胺水溶液中将石墨剥离成石墨烯，形成均匀稳定分散的石墨烯/己内酰胺水溶液，随后以石墨烯/己内酰胺水溶液原料，聚合得到高分散性石墨烯/尼龙6，最后通过熔融纺丝得到石墨烯/尼龙6复合纤维。将石墨在己内酰胺水溶液中实现剥离，可极大程度地提高石墨烯在己内酰胺的分散性。通过调配水与己内酰胺的比例，剥离温度，石墨烯浓度等工艺，可实现石墨烯在己内酰胺含量的大范围变化。本专利技术解决了目前石墨烯在尼龙基体中分散困难的问题，工艺简单，与石墨烯剥离、常规聚合工艺基本一致，并极大保留了各组分的性能，赋予了尼龙6纤维优异的功能化性能。1）采用微机械剥离法，在己内酰胺水溶液中将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维的制备方法，其特征在于：采用微机械剥离法，在己内酰胺水溶液中将石墨剥离成石墨烯，形成均匀稳定分散的石墨烯/己内酰胺水溶液，随后以石墨烯/己内酰胺水溶液原料，聚合得到高分散性石墨烯/尼龙6，最后通过熔融纺丝得到石墨烯/尼龙6复合纤维。

【技术特征摘要】
1.一种高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维的制备方法，其特征在于：采用微机械剥离法，在己内酰胺水溶液中将石墨剥离成石墨烯，形成均匀稳定分散的石墨烯/己内酰胺水溶液，随后以石墨烯/己内酰胺水溶液原料，聚合得到高分散性石墨烯/尼龙6，最后通过熔融纺丝得到石墨烯/尼龙6复合纤维。2.根据权利要求1所述的高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：（1）将石墨置于己内酰胺水溶液中，通过微机械剥离方法将石墨烯剥离，形成稳定的石墨烯/己内酰胺水溶液；所述己内酰胺水溶液中含己内酰胺为10-80wt%，所形成的石墨烯/己内酰胺水溶液石墨烯含量占己内酰胺含量的0.1-10wt%；（2）将（1）所获浆液与添加剂置于压力为0.3-5MPa压力下进行开环反应，在这个过程中，反应温度为220-300℃，反应时间为1-6h；所述添加剂为己二酸、醋酸、对苯二甲酸中的一种以上，添加量为相对于己内酰胺质量的0.01-1wt%；（3）将（2）所获熔体置于常压下继续反应，反应温度为220-280℃，反应时间为3-8h；（4）根据最终产品的要求，将（3）所获熔体置于真空环境下进行反应，压力为0-200pa，反应温度为220-280℃，反应时间为0-3h；（5）将（4）中所获熔体经冷却、切粒、萃取、干燥后，再送至纺丝线进行熔融纺丝，获得石墨烯/尼龙纤维。3.根据权利要求2所述的高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中剥离温度为10-60℃，所述石墨烯的平面尺寸为0.1-10μm之间，层数为1-10层。4.一种高分散性石墨烯/尼龙6复合纤维纺丝方法，其特征在于：FDY工艺具体为：纺丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：章国明，徐尧，陈烨，汤廉，吴刚，
申请(专利权)人：江苏双良低碳产业技术研究院有限公司，无锡泰科纳米新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32