一種帶有石墨烯棉纖維的製備方法與流程

2023-07-09 20:25:06 1

本發明涉及一種棉纖維的製備工藝，特別涉及一種帶有石墨烯棉纖維的製備工藝，屬於化工產品製造技術領域。

背景技術：

石墨烯是一種新型碳納米輕質材料，是一種平面單層緊密打包成一個二維蜂窩晶格的碳原子，並且是所有其他維度的石墨材料的基本構建模塊，其具有最薄、最大比表面積、最硬、最抗拉等諸多史上最強性質和高性能傳感器功能、類似催化劑功能等獨特性質。目前主要有4種製備石墨烯的方法：微機械剝離法、氣相沉積法、外延生長法、氧化石墨還原法。石墨烯的出現，有望在構造材料、電子器件功能性材料等諸多領域引發材料革命。由於其具有許多特殊性質，有日本的研究人員驚呼石墨烯是「神仙創造」的材料。許多學者稱石墨烯為「改變21世紀的材料」，並預測「21世紀將是碳(c)的時代」。相比於現有材料，石墨烯擁有眾多「史上最強」性能。最薄的材料：單層石墨烯只有一個碳原子的厚度，厚度大約為0.335nm，相當於一個頭髮絲的20萬分之一，1毫米厚的石墨中有將近150萬層左右的石墨烯。

最硬的材料：石墨是礦物質中最軟的材料，其莫氏硬度只有1-2級。但是，如果石墨被分離成一個碳原子厚度的石墨烯時，其性能則發生突變，硬度將比莫氏硬度10級的金剛石還高。

超大比表面積：理想的單層石墨烯的比表面積能夠達到2630m2/g，普通的活性炭的比表面積僅為1500m2/g。超大的比表面積使得石墨烯成為潛力巨大的儲能材料。強導電性：石墨烯中的電子沒有質量，電子的運動速度超過了在其他金屬單體或是半導體中的運動速度，能夠達到光速的1/300，所以石墨烯擁有超強導電性。

由於其獨特的物理化學性質，石墨烯有望在半導體、光伏、鋰電池、航天、軍工、顯示器等傳統行業和新興行業帶來革命性進步，石墨烯應用於紡織纖維領域製備抗靜電、抗菌、吸附等多功能材料是近年來的發展方向，通常的方法是將石墨烯添加到紡絲液中製得含石墨烯的功能纖維，或者採用後整理的方法使石墨烯與紗線或織物發生交聯製得功能織物。前種方法僅局限於製備合成纖維，後種方法需要加入交聯劑或粘合劑，影響織物的醫用、服用性能。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是現有技術將石墨烯直接添加到紡絲液中製得含有石墨烯功能的纖維，或者採用後整理的方法使石墨烯與紗線或織物發生交聯製得功能織物。前種方法僅局限於製備合成纖維，後種方法需要加入交聯劑或粘合劑等其它原料，影響織物的醫用和使用性能，針對現有技術生產出的含有石墨烯織物存在製備方法比較複雜，纖維結構粗糙，織物容易斷裂，伸長率較低，服用性能較差，並且產量較低的缺陷，從而提供一種新的技術方案。

為了解決上述問題，本發明採用以下技術方案實現：

一種帶有石墨烯棉纖維的製備方法，其帶有石墨烯棉纖維是利用石墨烯溶液與棉纖維進行混合，經過漿粕、浸漬、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾、脫泡、紡絲、牽伸、切斷、精練、烘乾工藝製備而成，再通過紡絲工藝製備成布匹；

石墨烯溶液的製備方法和步驟是：先將濃度為6g/l的石墨烯溶液2.0l在溫度為60℃時，利用超聲波進行震蕩分散30分鐘，然後加入多巴胺5g溶解後，再加入茶多酚15g進行攪拌混合，攪拌時間為30分鐘，靜置2分鐘，得石墨烯溶液，將石墨烯溶液加入2kg棉纖維素，攪拌20分鐘後，再過濾後得到混合均勻的石墨烯棉纖維。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：生產工藝簡單，易於操作，且產量較高。開發出的石墨烯棉纖維可廣泛應用於服裝及產業用紡織品等領域。製取的石墨烯棉纖維為基體，具有良好的吸溼透氣、柔軟手感及染色性能，而且具有石墨烯超高的強度、熱導率、電導率和抗菌等特性，纖維的導電及熱學性能與常規再生纖維素纖維相比均有提高，並增加了纖維的耐高溫阻燃、遠紅外線、抗菌防臭、保溫蓄熱、抗靜電、防紫外線、高吸溼吸水作用。克服了現有技術製備方法過程較複雜，纖維結構粗糙，容易斷裂，伸長率較低，服用性能較差，產量較低的缺陷。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，

並不用於限定本發明。

實施例一：一種帶有石墨烯棉纖維的製備方法，包括以下步驟：

帶有石墨烯棉纖維是利用石墨烯溶液與棉纖維混合，經過漿粕、浸漬、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾、脫泡、紡絲、牽伸、切斷、精練、烘乾工藝製備而成，再通過紡絲工藝製備成布匹。

石墨烯溶液的製備方法和步驟：先將濃度為6g/l的石墨烯溶液2.0l利用超聲波進行震蕩分散，然後加入多巴胺5g溶解後，再加入茶多酚15g的進行攪拌混合，靜置2分鐘，得石墨烯溶液。石墨烯棉纖維的製備方法：將石墨烯溶液加入2kg棉纖維素中，攪拌20分鐘後，再過濾後得到混合均勻的石墨烯棉纖維。石墨烯棉纖維；其溼法紡絲設備是傳統的粘膠纖維紡絲設備；

石墨烯棉纖維的製造流程為：漿粕、浸漬、壓榨、粉碎、老成、黃化、溶解、混合、過濾、脫泡、紡絲、牽伸、切斷、精練、烘乾。

實驗測試：本發明所生產的石墨烯共混再生棉纖維素纖維成品指標是：纖度4.55dtex，幹斷裂強度1.82cn/dtex，溼斷裂強度0.96cn/dtex，幹斷裂伸長率18.2％，質量比電阻8.1×10ω·g/cm，纖維熱分解溫度312℃。

實施例二：一種帶有石墨烯棉纖維的製備方法，包括以下步驟：

石墨烯溶液的製備方法和步驟：先將濃度為7g/l的石墨烯溶液3.0l利用超聲波進行震蕩分散，然後加入多巴胺56g溶解後，再加入茶多酚15g的進行攪拌混合，靜置2分鐘，得石墨烯溶液。石墨烯棉纖維的製備方法：將石墨烯溶液加入2kg棉纖維素，攪拌20分鐘後，再過濾後得到混合均勻的石墨烯棉纖維。實驗也證明了紡織材料中含有石墨烯成分。

石墨烯棉纖維製成紡織材料的流程同實施例一。

實驗測試：本發明所生產的石墨烯共混再生纖維素纖維成品指標是：纖度4.64dtex，幹斷裂強度1.91cn/dtex，溼斷裂強度0.96cn/dtex，幹斷裂伸長率19.2％，質量比電阻8.3×10ω·g/cm，纖維熱分解溫度323℃。

實施例三，一種帶有石墨烯棉纖維的製備方法，包括以下步驟：

石墨烯溶液的製備方法和步驟：先將濃度為7g/l的石墨烯溶液2.0l利用超聲波進行震蕩分散，然後加入多巴胺8g溶解後，再加入茶多酚20g的進行攪拌混合，靜置2分鐘，得石墨烯溶液。石墨烯棉纖維的製備方法：將石墨烯溶液加入2kg棉纖維素，攪拌20分鐘後，再過濾後得到混合均勻的石墨烯棉纖維。

石墨烯棉纖維製成紡織材料的流程同實施例一。

實驗測試：本發明所生產的石墨烯共混再生纖維素纖維成品指標是：纖度4.84dtex，幹斷裂強度1.88cn/dtex，溼斷裂強度0.97cn/dtex，幹斷裂伸長率19.7％，質量比電阻8.3×10ω·g/cm，纖維熱分解溫度331℃。

實施例四：一種帶有石墨烯棉纖維的製備方法，包括以下步驟：

石墨烯溶液的製備方法和步驟：先將濃度為6g/l的石墨烯溶液2.0l利用超聲波進行震蕩分散，然後加入多巴胺7g溶解後，再加入茶多酚20g的進行攪拌混合，靜置2分鐘，得石墨烯溶液。石墨烯棉纖維的製備方法：將石墨烯溶液加入2kg棉纖維素，攪拌20分鐘後，再過濾後得到混合均勻的石墨烯棉纖維。

石墨烯棉纖維製成紡織材料的流程同實施例一。

實驗測試：本發明所生產的石墨烯共混再生纖維素纖維成品指標是：纖度4.79dtex，幹斷裂強度1.85cn/dtex，溼斷裂強度0.94cn/dtex，幹斷裂伸長率18.9％，質量比電阻8.3×10ω·g/cm，纖維熱分解溫度334℃。

實施例五：一種帶有石墨烯棉纖維的製備方法，包括以下步驟：

石墨烯溶液的製備方法和步驟：先將濃度為6g/l的石墨烯溶液2.5l利用超聲波進行震蕩分散，然後加入多巴胺9g溶解後，再加入茶多酚21g的進行攪拌混合，靜置2分鐘，得石墨烯溶液。石墨烯棉纖維的製備方法：將石墨烯溶液加入2kg棉纖維素，攪拌20分鐘後，再過濾後得到混合均勻的石墨烯棉纖維。

石墨烯棉纖維；溼法紡絲設備可用傳統的粘膠纖維紡絲設備；

石墨烯棉纖維製成紡織材料的流程同實施例一。

實驗測試：本發明所生產的石墨烯共混再生纖維素纖維成品指標：纖度4.85dtex，幹斷裂強度1.90cn/dtex，溼斷裂強度0.96cn/dtex，幹斷裂伸長率18.9％，質量比電阻8.4×10ω·g/cm，纖維熱分解溫度338℃。

實施例六：一種帶有石墨烯棉纖維的製備方法，包括以下步驟：

石墨烯溶液的製備方法和步驟：先將濃度為6g/l的石墨烯溶液2.0l利用超聲波進行震蕩分散，然後加入多巴胺8g溶解後，再加入茶多酚17g的進行攪拌混合，靜置2分鐘，得石墨烯溶液。石墨烯棉纖維的製備方法：將石墨烯溶液加入2kg棉纖維素，攪拌20分鐘後，再過濾後得到混合均勻的石墨烯棉纖維。

石墨烯棉纖維；溼法紡絲設備可用傳統的粘膠纖維紡絲設備；

石石墨烯棉纖維製成紡織材料的流程同實施例一。

實驗測試：本發明所生產的石墨烯共混再生纖維素纖維成品指標：纖度4.90dtex，幹斷裂強度1.90cn/dtex，溼斷裂強度0.97cn/dtex，幹斷裂伸長率19.2％，質量比電阻8.1×10ω·g/cm，纖維熱分解溫度339℃。

實驗測試

將實施例製備得到的石墨烯棉纖維進行如下測試：

(1)斷裂強度和斷裂伸長率：測試方法為gb/t3923.1-1997織物斷裂強力和斷裂伸長率的測定；

(2)透氣率：測試方法為gbt5453-1997紡織物透氣性檢測；

(3)遠紅外法向發射率：按照fz/t64010-2000檢驗方法進行檢驗；

(4)抑菌檢性：按照gb/t20944.3-2008檢驗方法，以金黃色葡萄球菌為例；

實施例1～6的性能測試結果：

實施例1：斷裂強度(n/tex)57；斷裂伸長率(％)66；透氣率(mm/s)235.4遠紅外法向發射率(％)0.91；抑菌檢性(％)95。

實施例2：斷裂強度(n/tex)57；斷裂伸長率(％)67；透氣率(mm/s)237.1遠紅外法向發射率(％)0.91；抑菌檢性(％)95。

實施例3：斷裂強度(n/tex)57；斷裂伸長率(％)66；透氣率(mm/s)236.8遠紅外法向發射率(％)0.90；抑菌檢性(％)95。

實施例4：斷裂強度(n/tex)58；斷裂伸長率(％)67；透氣率(mm/s)232.2遠紅外法向發射率(％)0.91；抑菌檢性(％)96。

實施例5：斷裂強度(n/tex)58；斷裂伸長率(％)67；透氣率(mm/s)231.8遠紅外法向發射率(％)0.91；抑菌檢性(％)96。

實施例6：斷裂強度(n/tex)58；斷裂伸長率(％)67；透氣率(mm/s)234.7遠紅外法向發射率(％)0.91；抑菌檢性(％)97。