均勻、穩定分散;當氧 化石墨烯含量較高(多1 % )時,針對其分散難度增大的問題,進一步添加比例適當、尺寸 匹配的其他納米填料,通過特定的干~濕兩步法混合,形成特定納米粒子組合,產生靜電排 斥和空間位阻效應,實現較高含量納米復合填充體系的均勻、穩定分散;紡絲過程中通過優 選噴絲板的種類、規格和截面形狀,不僅獲得特定的纖維復合結構,而且使熔體在通過噴絲 板時受到強度和時間均足夠高的拉伸流場作用,促進高分子的分子鏈取向;進一步通過牽 伸和松弛熱定型,使不含納米填料的結晶性高分子組分(B組分)充分結晶并保持較高的分 子取向度,賦予復合纖維良好的力學性能和尺寸穩定性;另一方面,使含有納米填料的非晶 高分子組分(A組分)發生分子鏈重排,驅動納米填料形成特殊的三維各向同性導電網絡, 優化復合纖維的導電功能;通過還原處理,提高部分還原石墨烯的碳/氧原子比,從而提升 其導電性。總之,本發明通過優選納米復合填料的配方和添加方式,并運用復合熔融紡絲優 化纖維和填料結構,在總填料含量較低時20 % )獲得良好的熔融可紡性和纖維性能與 導電性。
[0042] 本發明方法制得的含部分還原石墨烯的高分子復合功能纖維可在較高紡絲速度 (500~1500米/分)下生產,生產效率較高;具有較低的單絲纖度(3~7dtex)、較高的強 度(彡2.OcN/dtex)、降低的干熱收縮率(177°C下檢測,彡5 % )和較低的電阻率(彡109S/ cm),滿足抗靜電需求,因而具有良好的應用前景。
【具體實施方式】
[0043] 下面結合實施例對本發明的技術方案及效果作進一步的描述。
[0044] 實施例1 :
[0045] 取表1所示規格的氧化石墨烯粉末3千克與平均直徑為2納米的納米二氧化鈦 (Ti02) 1千克加入高速攪拌機中,以30000r/min的速度攪拌5s,重復此干態混合過程2次, 得到含氧化石墨烯和納米二氧化鈦(Ti02)的納米復合填料;取重均分子量為20萬、黏流溫 度如表1所示的無規聚苯乙烯(aPS)46千克溶于四氫呋喃中,形成高分子溶液;將上述得 到的納米復合填料加入該高分子溶液中,在常溫下先機械攪拌10分鐘,再經超聲波分散60 分鐘,形成均勻、穩定分散的混合溶液,再通過旋蒸除去溶劑,干燥后得到含質量百分比為8 %的納米復合填料的無規聚苯乙烯(aPS)作為A組分母料;取A組分母料與同樣規格的無 規聚苯乙烯(aPS)按1/1比例進行干態混合,然后通過熔融擠出、造粒得到含質量百分比為 4 %的納米復合填料的A組分紡絲原料;
[0046] 取上述得到的A組分紡絲原料和熔點如表1所示的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET) (B組分原料)進行干燥,然后分別喂入并聯的單螺桿擠出機中進行熔融復合紡絲,經熔體 管路、計量栗和入口孔徑為〇. 9_、出口孔徑為0. 3_、長徑比為2、縱截面為半雙曲線的五 點外露型復合噴絲板擠出,調節計量栗轉速使A組分和B組分的擠出質量比為25/75,然后 在1500米/分的紡絲速度下紡絲、卷繞得到每根纖維外表面積的20 %為A組分的高分子 復合原生纖維;進而在160°C進行牽伸和松弛熱定型,牽伸比為2. 5倍,松弛百分比為牽伸 比的20 % ;并在90°C、無氧條件下進行紫外光輻照90分鐘,紫外光波長為500nm,最終得到 單絲纖度為3. 5dtex、纖維外表面積的20 %為A組分的高分子復合功能纖維,其性能如表1 所示,具有良好的力學性能、尺寸穩定性和抗靜電效果,其中的部分還原石墨烯的碳/氧原 子比達到9/1。
[0047] 實施例2 :
[0048] 取表1所示規格的氧化石墨烯粉末5千克與平均直徑為10納米的納米二氧化鈦 (Ti02) 15千克加入高速攪拌機中,以20000r/min的速度攪拌25s,重復此干態混合過程4 次,得到含氧化石墨烯和納米二氧化鈦(Ti02)的納米復合填料;取重均分子量為12萬、黏 流溫度如表1所示的無規聚苯乙烯(aPS)30千克溶于氯仿中,形成高分子溶液;將上述得到 的納米復合填料加入該高分子溶液中,在常溫下先機械攪拌30分鐘,再經超聲波分散90分 鐘,形成均勻、穩定分散的混合溶液,再加入過量乙醇進行凝絮沉淀以除去溶劑,干燥后得 到含質量百分比為40 %的納米復合填料的無規聚苯乙烯(aPS)作為A組分母料;取A組分 母料與同樣規格的無規聚苯乙烯(aPS)按1/1比例進行干態混合,然后通過熔融擠出、造粒 得到含質量百分比為20 %的納米復合填料的A組分紡絲原料;
[0049] 取上述得到的A組分紡絲原料和熔點如表1所示的聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT) (B組分原料)進行干燥,然后分別喂入并聯的單螺桿擠出機中進行熔融復合紡絲,經熔體 管路、計量栗和入口孔徑為1. 5mm、出口孔徑為0. 5mm、長徑比為3、縱截面為錐形的并列型 復合噴絲板擠出,調節計量栗轉速使A組分和B組分的擠出質量比為15/85,然后在500米 /分的紡絲速度下紡絲、卷繞得到每根纖維外表面積的60 %為A組分的高分子復合原生纖 維;進而在80°C進行牽伸和松弛熱定型,牽伸比為1. 5倍,松弛百分比為牽伸比的10 % ;并 在20°C進行紫外光輻照60分鐘,紫外光波長為700nm,最終得到單絲纖度為4. 5dtex、纖維 外表面積的60 %為A組分的高分子復合功能纖維,其性能如表1所示,具有良好的力學性 能、尺寸穩定性和抗靜電效果,其中的部分還原石墨烯的碳/氧原子比達到15/1。
[0050] 實施例3 :
[0051] 取表1所示規格的氧化石墨烯粉末6千克與平均直徑為18納米的納米二氧化鈦 (Ti02) 6千克加入高速攪拌機中,以10000r/min的速度攪拌15s,重復此干態混合過程6次, 得到含氧化石墨烯和納米二氧化鈦(Ti02)的納米復合填料;取重均分子量為12萬、黏流溫 度如表1所示的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 38千克溶于乙酸乙酯中,形成高分子溶液;將上 述得到的納米復合填料加入該高分子溶液中,在常溫下先機械攪拌20分鐘,再經超聲波分 散30分鐘,形成均勻、穩定分散的混合溶液,再加入過量乙醇進行凝絮沉淀以除去溶劑,干 燥后得到含質量百分比為24 %的納米復合填料的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為A組分母 料;取A組分母料與同樣規格的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)按1/1比例進行干態混合,然后 通過熔融擠出、造粒得到含質量百分比為12 %的納米復合填料的A組分紡絲原料;
[0052] 取上述得到的A組分紡絲原料和熔點如表1所示的聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT) (B組分原料)進行干燥,然后分別喂入并聯的單螺桿擠出機中進行熔融復合紡絲,經熔體 管路、計量栗和入口孔徑為2. 8_、出口孔徑為0. 7_、長徑比為4、縱截面為錐形的皮芯型 復合噴絲板擠出,調節計量栗轉速使A組分和B組分的擠出質量比為5/95,然后在1000米 /分的紡絲速度下紡絲、卷繞得到每根纖維外表面積的100 %為A組分的高分子復合原生纖 維;進而在120°C進行牽伸和松弛熱定型,牽伸比為2. 0倍,松弛百分比為牽伸比的15 % ; 并在40°C、氫氣氣氛中等離子體處理90分鐘,工作氣壓為lOOPa,功率為50W,最終得到單絲 纖度為5. 5dtex、纖維外表面積的100 %為A組分的高分子復合功能纖維,其性能如表1所 示,具有良好的力學性能、尺寸穩定性和抗靜電效果,其中的部分還原石墨烯的碳/氧原子 比達到12/1。
[0053] 實施例4:
[0054] 取表1所示規格的氧化石墨烯粉末1千克與平均直徑為5納米的納米二氧化鈦 (Ti02) 1千克加入高速攪拌機中,以30000r/min的速度攪拌5s,重復此干態混合過程6次, 再加入平均直徑為2納米的單壁碳納米管2千克,以30000r/min的速度攪拌5s,重復此干 態混合過程6次,得到含氧化石墨烯、納米二氧化鈦(Ti02)和碳納米管的納米復合填料; 取重均分子量為6萬、黏流溫度如表1所示的聚碳酸酯(PC)21千克溶于二氯甲烷中,形成 高分子溶液;將上述得到的納米復合填料加入該高分子溶液中,在常溫下先機械攪拌10分 鐘,再經超聲波分散60分鐘,形成均勻、穩定分散的混合溶液,再通過旋蒸除去溶劑,干燥 后得到含質量百分比為16 %的納米復合填料的聚碳酸酯(PC)作為A組分母料;取A組分 母料與同樣規格的聚碳酸酯(PC)按1/3比例進行干態混合,然后通過熔融擠出、造粒得到 含質量百分比為4 %的納米復合填料的A組分紡絲原料;
[0055] 取上述得到的A組分紡絲原料和熔點如表1所示的聚對萘二甲酸乙二醇酯(PEN) (B組分原料)進行干燥,然后分別喂入并聯的單螺桿擠出機中進行熔融復合紡絲,經熔體 管路、計量栗和入口孔徑為1. 〇_、出口孔徑為〇. 3_、長徑比為3、縱截面為半雙曲線的三 點外露型復合噴絲板擠出,調節計量栗轉速使A組分和B組分的擠出質量比為25/75,然后 在1000米/分的紡絲速度下紡絲、卷繞得到每根纖維外表面積的60 %為A組分的高分子 復合原生纖維;進而在160°C進行牽伸和松弛熱定型,牽伸比為2. 5倍,松弛百分比為牽伸 比的20 % ;并在160°C、無氧條件下進行紫外光輻照30分鐘,紫外光波長為900nm,最終得 到單絲纖度為6. 5dtex、纖維外表面積的60 %為A組分的高分子復合功能纖維,其性能如表 1所示,具有良好的力學性能、尺寸穩定性和抗靜電效果,其中的部分還原石墨烯的碳/氧 原子比達到12/1。
[0056] 實施例5 :
[0057] 取表1所示規格的氧化石墨烯粉末3千克與平均直徑為10納米的納米二氧化鈦 (Ti02) 3千克加入高速攪拌機中,以20000r/min的速度攪拌15s,重復此干態混合過程4次, 再加入平均直徑為10納米的多壁碳納米管3千克和平均直徑為10納米的納米炭黑3千克, 以20000r/min的速度攪拌15s,重復此干態混合過程4次,得到含氧化石墨稀、納米二氧化 鈦(Ti02)、碳納米管和納