一种石墨烯功能纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯功能纤维，由包括如下质量百分数的原料制备得到：石墨烯粉体4‑18％、活性炭粉体4‑15％、载体树脂35‑76％、偶联剂4‑10％和分散剂12‑22％。其中，载体树脂作为纤维基材；联剂对粉体进行活化，增加粉体与树脂切片的界面相容性；分散剂增强粉体在树脂切片中的均匀分散。本发明专利技术所述的制备方法制备的墨烯功能纤维的性能更全面、更优越，且保证了制作成本问题，利于大规模生产。

A Graphene Functional Fiber and Its Preparation Method

The present invention provides a graphene functional fiber, which is prepared from raw materials including 4 18% graphene powder, 4 15% activated carbon powder, 35 76% carrier resin, 4 10% coupling agent and 12 22% dispersant. Among them, the carrier resin is used as the fiber matrix; the coupling agent activates the powder to increase the interfacial compatibility between the powder and the resin chip; and the dispersant enhances the uniform dispersion of the powder in the resin chip. The melene functional fiber prepared by the preparation method of the invention has more comprehensive and superior properties, ensures the production cost and is beneficial to large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯功能纤维及其制备方法
本专利技术属于石墨烯纤维生产
，尤其是涉及一种石墨烯功能纤维及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，其具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向，具有广阔的应用前景。目前石墨烯复合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料上。目前市场上的石墨烯纤维有以植物秸秆为原材料，研发出生物质石墨烯，再将生物质石墨烯与各类纤维复合，制备高性能复合纤维材料。现有的石墨烯纤维制成的纤维材料功能性不够完备。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种通过熔融纺丝，采用适量矿物质石墨烯的添加并配以合理的制造工艺，即可在纤维及纺织品中实现功能性更全面、更优越的多种功能特性，同时提高产品的性价比的石墨烯功能纤维及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种石墨烯功能纤维，由包括如下质量百分数的原料制备得到：石墨烯粉体4-18％、活性炭粉体4-15％、载体树脂35-76％、偶联剂4-10％和分散剂12-22％。其中，载体树脂作为纤维基材；联剂对粉体进行活化，增加粉体与树脂切片的界面相容性；分散剂增强粉体在树脂切片中的均匀分散。进一步，所述石墨烯粉体的纯度大于99.5wt％，厚度为2-6nm，层数包括95％的5-8层和5％的8-10层，直径为1-2μm，密度为0.6g/cm3，电导率为0.5×106s/m。进一步，所述活性炭粉体的粒径为0.1-2μm。进一步，所述的活性炭粉体为椰壳炭、木质炭、煤质炭中的一种或两种以上的混合物。进一步，所述偶联剂为硅烷、钛酸酯、铝酸酯或钛铝复合偶联剂中的一种。进一步，所述分散剂为PE分子蜡、PP分子蜡或EVA中的一种。进一步，所述载体树脂为聚酰胺、改性聚酰胺、PET或PP树脂中的一种。本专利技术还提供了上述石墨烯功能纤维的制备方法，该方法包括如下步骤：A、功能母粒是制备：1)将石墨烯粉体和活性炭粉体分别进行烘干，保持粉体材料含水量在40-50ppm；2)将所述步骤1)烘干后的石墨烯粉体和活性炭粉体中加入偶联剂并搅拌，对粉体进行活化；然后加入载体树脂并搅拌，再加入分散剂并搅拌；3)将所述步骤2)中混合均匀的粉体经双螺杆造粒机熔融、挤出、冷却、切粒，制成功能母粒；B、功能纤维的纺丝：1)将步骤A制成的功能母粒进行干燥，使其含水量小于30ppm；2)向所述步骤1)得到的功能母粒中加入纤维级载体树脂切片，经过计量泵控制功能母粒在纤维中的含量为2-8％；3)将所述步骤2)得到原料通过熔融挤压纺丝制成功能纤维。进一步，所述步骤A中烘干温度为110-120℃，烘干时间为10-12小时。进一步，所述步骤B中干燥温度为95-110℃，干燥时间为4-6小时。相对于现有技术，本专利技术所述的石墨烯功能纤维具有以下优势：(1)本专利技术所述的石墨烯功能纤维添加了石墨烯矿物粉体，在此基础上再添加其他成分对石墨烯纤维进行改良，得到了性能更优良的石墨烯功能纤维，且保证了制作成本问题。其中，石墨烯是目前电阻率最小的材料之一，少量的石墨烯就具有优良的防静电效果，可制备优异的抗静电、电磁屏蔽或者导电织物；而且石墨烯本身还具有抗菌抑菌的性能，活性炭的添加更好的提升纤维的吸附抗菌性能。该石墨烯功能纤维还具有优异的保暖性能，石墨烯的高导热性，可以将全身的热能送达全身，改善身体微循环。(2)本专利技术所述的石墨烯功能纤维中添加的石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的。石墨烯具有很多独特的性质，如高电子迁移率、高导热系数、良好的弹性和刚度。因此，采用石墨烯材料改性纤维除具有一般纤维的常规特性外，还有以下特殊功能：防护紫外线、改善微循环、抗菌抑菌、抗静电、增温保温等特性。所以新型石墨烯纤维是化纤、纺织和服装行业重要的，最具发展前景的未来材料。(3)本专利技术所述的石墨烯功能纤维中添加的活性炭是一种黑色多孔的固体炭质，由煤通过粉碎、成型或用均匀的煤粒经炭化、活化生产。主要成分为碳，并含少量氧、氢、硫、氮、氯等元素。普通活性炭的比表面积在500～1700m2/g间，具有很强的吸附性能，具有比表面积大、强度高、粒度均匀、孔隙节构发达、吸附性能强等特点，防毒除臭效果显著。(4)本专利技术所述的石墨烯功能纤维中添加的偶联剂的亲无机端与亲有机端能分别与粉体表面和有机树脂发生化学反应或形成缠结结构，增强了粉体与有机树脂的界面相容性，用偶联剂改性，可以改善填充粉体的加工性能，使粉体分散匀均，提高产品质量，降低生产成本。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。实施例1一种石墨烯功能纤维，由包括如下质量百分数的原料制备得到：石墨烯粉体4％、活性炭粉体15％、载体树脂65％、偶联剂4％和分散剂12％。其中，所述石墨烯粉体的纯度大于99.5wt％，厚度为2-6nm，层数包括95％的5-8层和5％的8-10层，直径为1-2μm，密度为0.6g/cm3，电导率为0.5×106s/m。所述活性炭粉体的粒径为0.1-2μm，活性炭粉体为椰壳炭。所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述分散剂为PE分子蜡。所述载体树脂为聚酰胺树脂。实施例2一种石墨烯功能纤维，由包括如下质量百分数的原料制备得到：石墨烯粉体18％、活性炭粉体4％、载体树脂46％、偶联剂10％和分散剂22％。其中，所述石墨烯粉体的纯度大于99.5wt％，厚度为2-6nm，层数包括95％的5-8层和5％的8-10层，直径为1-2μm，密度为0.6g/cm3，电导率为0.5×106s/m。所述活性炭粉体的粒径为0.1-2μm，活性炭粉体为椰壳炭和木质炭的混合物，二者的质量比为1:1。所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。所述分散剂为PP分子蜡。所述载体树脂为改性聚酰胺树脂。实施例3一种石墨烯功能纤维，由包括如下质量百分数的原料制备得到：石墨烯粉体10％、活性炭粉体8％、载体树脂60％、偶联剂5％和分散剂17％。其中，所述石墨烯粉体的纯度大于99.5wt％，厚度为2-6nm，层数包括95％的5-8层和5％的8-10层，直径为1-2μm，密度为0.6g/cm3，电导率为0.5×106s/m。对石墨烯粉体的层数要求是为了控制粉体粒，粉体中粒径在2um以下的需要占比达到80％以上，层数多，粉体粒径就会变大，不能满足纺丝要求。所述活性炭粉体的粒径为0.1-2μm，活性炭粉体为煤质炭。所述偶联剂为铝酸酯偶联剂。所述分散剂为EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)。所述载体树脂为PP树脂。实施例1-3所述石墨烯功能纤维的制备方法，该方法包括如下步骤：A、功能母粒是制备：1)将石墨烯粉体和活性炭粉体分别进行烘干，烘干温度为110-120℃，烘干时间为10-12小时，保持粉体材料含水量在40-50ppm；2)将所述步骤1)烘干后的石墨烯粉体和活性炭粉体中加入偶联剂并搅拌，对粉体进行活化，经偶联剂活化改性处理的粉体，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯功能纤维，其特征在于：由包括如下质量百分数的原料制备得到：石墨烯粉体4‑18％、活性炭粉体4‑15％、载体树脂35‑76％、偶联剂4‑10％和分散剂12‑22％。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯功能纤维，其特征在于：由包括如下质量百分数的原料制备得到：石墨烯粉体4-18％、活性炭粉体4-15％、载体树脂35-76％、偶联剂4-10％和分散剂12-22％。2.根据权利要求1所述的石墨烯功能纤维，其特征在于：所述石墨烯粉体的纯度大于99.5wt％，厚度为2-6nm，层数包括95％的5-8层和5％的8-10层，直径为1-2μm，密度为0.6g/cm3，电导率为0.5×106s/m。3.根据权利要求1述的石墨烯功能纤维，其特征在于：所述活性炭粉体的粒径为0.1-2μm。4.根据权利要求1或3所述的石墨烯功能纤维，其特征在于：所述的活性炭粉体为椰壳炭、木质炭、煤质炭中的一种或两种以上的混合物。5.根据权利要求1所述的石墨烯功能纤维，其特征在于：所述偶联剂为硅烷、钛酸酯、铝酸酯或钛铝复合偶联剂中的一种。6.根据权利要求1所述的石墨烯功能纤维，其特征在于：所述分散剂为PE分子蜡、PP分子蜡或EVA中的一种。7.根据权利要求1所述的石墨烯功能纤维，其特征在于：所述载体树脂为聚酰胺、改性聚酰胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宏，赵建民，周明霞，王建中，
申请(专利权)人：天津市赛远科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12