本發(fā)明屬于新紡織材料領域，涉及一種石墨烯天絲復合纖維及其制備方法。
背景技術：
石墨烯是一種新型碳納米輕質(zhì)材料，具有獨特的單原子層二維晶體結構。由于其超高的強度、優(yōu)異電導率、熱導率及透光性以及優(yōu)良的抗菌、防紫外、遠紅外等功能。
天絲纖維以木漿為原料經(jīng)溶劑紡絲方法生產(chǎn)一種新纖維。有棉舒適性、滌綸的強度、毛織物豪華美感和真絲的獨特觸感及柔軟垂墜，在干狀態(tài)下，均極具韌性。在濕狀態(tài)下，濕強力遠勝于棉的纖維素纖維。純天然材料，環(huán)保的制造流程，綠色環(huán)保。
到目前為止，同時具有超強、優(yōu)異電導率、熱導率、防紫外、遠紅外，優(yōu)良抗菌且適與皮膚直接接觸的舒適服用環(huán)保的功能性復合纖維的研究和制備方法尚未見報道，因此開發(fā)一種兼具石墨烯及天絲纖維優(yōu)點的環(huán)保服用纖維十分必要。
技術實現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯天絲復合纖維及其制備方法，將石墨烯引入到天絲纖維中，把石墨烯的功能特性在天絲纖維上體現(xiàn)出來，使功能性優(yōu)異的天絲纖維賦予良好的導電、導熱性、抗菌性、防紫外、遠紅外等功能，進一步提高天絲纖維力學性能。
技術方案：為解決上述問題，本發(fā)明的技術方案是：一種石墨烯天絲復合纖維石墨烯天絲復合纖維，所述石墨烯天絲復合纖維是利用氧化石墨烯溶液與纖維素漿粕加入NMMO(N—甲基嗎啉—N氧化物)和水經(jīng)混合、溶解、過濾、通過干噴濕法工藝紡絲，再通過絲線與氧化石墨烯整理液整理制備而成的。
一種根據(jù)所述的石墨烯天絲復合纖維的制備方法，包括以下步驟：
步驟一：制備氧化石墨烯NMMO·H2O溶液：將質(zhì)量分數(shù)10-30％氧化石墨烯溶液加入到質(zhì)量分數(shù)為70-80％的NMMO水溶液混合攪拌3-5h，超聲波中處理1-2h，通過減壓蒸餾得氧化石墨烯NMMO·H2O溶液；
步驟二：溶解、過濾紡絲混合溶液：在氧化石墨烯NMMO·H2O溶液中加入聚合度600-1000粉碎的木漿、抗菌劑、抗氧化劑，在100℃混合攪拌溶解3-5h，超聲波中處理1-2h，于70-80℃下抽真空15-20h，氧化石墨烯與木漿纖維素重量比為1:20-1:80；
步驟三：制備石墨烯天絲復合纖維：將溶解、過濾好的紡絲混合溶液，加入螺桿擠壓機，經(jīng)紡絲、水洗、上油、干燥等后處理工序得到纖維；其中，螺桿擠壓機溫度90-130℃，噴絲板孔徑為10-60μm，孔毛細管長度400-600μm，噴頭拉伸比2.60-3.00，氣隙長度50-200mm，凝固浴NMMO水溶液濃度為10-30％，凝固浴長度1.5-2.5m，凝固浴溫度10-16℃，紡絲速度50-80m/min。
作為優(yōu)化：所述步驟二中抗菌劑為：AEM5700-A納米銀無機抗菌劑、抗菌防霉劑BM-2、有機硅季銨鹽HM98-3、聚己二酰氨基甲酰亞胺鹽酸鹽、聚已亞甲基鹽酸PHMB。
作為優(yōu)化：所述步驟二中抗氧化劑為：棓酸丙酯、抗氧劑AO-60、抗氧劑2112、SANBO-103R石墨抗氧劑、抗氧劑T501。
一種根據(jù)所述的石墨烯天絲復合纖維的制備方法制備出的纖維的處理工藝，所述石墨烯天絲復合纖維是由復合絲線與氧化石墨烯整理液整理制備而成；具體操作如下：
步驟一：制備石墨烯聚氨酯溶液：將質(zhì)量分數(shù)10-30％氧化石墨烯溶液、3-12％偶聯(lián)劑加入到質(zhì)量分數(shù)為60-70％的樹脂溶液混合攪拌3-5h，超聲波中處理1-2h，通過減壓蒸餾得氧化石墨烯樹脂溶液；
步驟二：制備石墨烯天絲復合纖維：氧化石墨烯整理液整理紗線，將上述石墨烯樹脂溶液涂覆于上述制備得到石墨烯天絲長絲，所述石墨烯天絲浸潤在石墨烯樹脂溶液中，軋干80-120軋余率，80-90℃烘干，140-160℃焙烘，得整理好的石墨烯天絲纖維。
作為優(yōu)化：所述步驟一偶聯(lián)劑為：鋁酸酯偶聯(lián)劑DL-411、鈦酸酯偶聯(lián)劑SD-109、硼酸脂偶聯(lián)劑。
作為優(yōu)化：所述步驟二中樹脂溶液為：丙烯酸樹脂HK-1029、環(huán)氧樹脂E-44、聚氨酯HKR-329。
有益效果：本發(fā)明的優(yōu)勢如下：
1、本發(fā)明中得到的紗線能夠充分柔和天絲與石墨烯的優(yōu)良特性，具有天絲的吸濕性、染色性、舒適性、高強度等優(yōu)異物理性能，還增添石墨烯柔韌性、導電性及抗菌性，是理想服用纖維。制備過程生產(chǎn)過程中對環(huán)境無污染，纖維產(chǎn)品廢棄物可自然降解，不會對環(huán)境造成破壞，易于形成可循環(huán)再生資源。
2、本發(fā)明中生產(chǎn)出的所述石墨烯天絲復合纖維：干斷裂強度為2.19cN/dtex，濕斷裂強度為1.13cN/dtex，初始模量為22.6，斷裂伸長率為10.7％，體積電導率為3.9×10-6S/cm，纖維熱分解溫度為350℃。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細闡述。
具體實施例一：
一種石墨烯天絲復合纖維石墨烯天絲復合纖維，所述石墨烯天絲復合纖維是利用氧化石墨烯溶液與纖維素漿粕加入NMMO(N—甲基嗎啉—N氧化物)和水經(jīng)混合、溶解、過濾、通過干噴濕法工藝紡絲，再通過絲線與氧化石墨烯整理液整理制備而成的。
一種根據(jù)所述的石墨烯天絲復合纖維的制備方法，包括以下步驟：
步驟一：制備氧化石墨烯NMMO·H2O溶液：將質(zhì)量分數(shù)10％氧化石墨烯溶液加入到質(zhì)量分數(shù)為70％的NMMO水溶液混合攪拌3h，超聲波中處理1h，通過減壓蒸餾得氧化石墨烯NMMO·H2O溶液。
步驟二：溶解、過濾紡絲混合溶液：在氧化石墨烯NMMO·H2O溶液中加入聚合度600粉碎的木漿、抗菌劑、抗氧化劑，在100℃混合攪拌溶解3h，超聲波中處理1h，于70℃下抽真空15h，氧化石墨烯與木漿纖維素重量比為1:20。
抗菌劑為：AEM5700-A納米銀無機抗菌劑、抗菌防霉劑BM-2。
抗氧化劑為：棓酸丙酯、抗氧劑AO-60。
步驟三：制備石墨烯天絲復合纖維：將溶解、過濾好的紡絲混合溶液，加入螺桿擠壓機，經(jīng)紡絲、水洗、上油、干燥等后處理工序得到纖維；其中，螺桿擠壓機溫度90℃，噴絲板孔徑為10μm，孔毛細管長度400μm，噴頭拉伸比2.60，氣隙長度50mm，凝固浴NMMO水溶液濃度為10％，凝固浴長度1.5m，凝固浴溫度10℃，紡絲速度50m/min。
一種根據(jù)所述的石墨烯天絲復合纖維的制備方法制備出的纖維的處理工藝，所述石墨烯天絲復合纖維是由復合絲線與氧化石墨烯整理液整理制備而成；具體操作如下：
步驟一：制備石墨烯聚氨酯溶液：將質(zhì)量分數(shù)10％氧化石墨烯溶液、3％偶聯(lián)劑加入到質(zhì)量分數(shù)為60％的樹脂溶液混合攪拌3h，超聲波中處理1h，通過減壓蒸餾得氧化石墨烯樹脂溶液；偶聯(lián)劑為：鋁酸酯偶聯(lián)劑DL-411。
步驟二：制備石墨烯天絲復合纖維：氧化石墨烯整理液整理紗線，將上述石墨烯樹脂溶液涂覆于上述制備得到石墨烯天絲長絲，所述石墨烯天絲浸潤在石墨烯樹脂溶液中，軋干80軋余率，80℃烘干，140℃焙烘，得整理好的石墨烯天絲纖維。樹脂溶液為：丙烯酸樹脂HK-1029。
具體實施例二：
一種石墨烯天絲復合纖維石墨烯天絲復合纖維，所述石墨烯天絲復合纖維是利用氧化石墨烯溶液與纖維素漿粕加入NMMO(N—甲基嗎啉—N氧化物)和水經(jīng)混合、溶解、過濾、通過干噴濕法工藝紡絲，再通過絲線與氧化石墨烯整理液整理制備而成的。
一種根據(jù)所述的石墨烯天絲復合纖維的制備方法，包括以下步驟：
步驟一：制備氧化石墨烯NMMO·H2O溶液：將質(zhì)量分數(shù)30％氧化石墨烯溶液加入到質(zhì)量分數(shù)為80％的NMMO水溶液混合攪拌5h，超聲波中處理2h，通過減壓蒸餾得氧化石墨烯NMMO·H2O溶液。
步驟二：溶解、過濾紡絲混合溶液：在氧化石墨烯NMMO·H2O溶液中加入聚合度600-1000粉碎的木漿、抗菌劑、抗氧化劑，在100℃混合攪拌溶解5h，超聲波中處理2h，于80℃下抽真空20h，氧化石墨烯與木漿纖維素重量比為1:80。
抗菌劑為：有機硅季銨鹽HM98-3、聚己二酰氨基甲酰亞胺鹽酸鹽。
抗氧化劑為：抗氧劑2112、SANBO-103R石墨抗氧劑。
步驟三：制備石墨烯天絲復合纖維：將溶解、過濾好的紡絲混合溶液，加入螺桿擠壓機，經(jīng)紡絲、水洗、上油、干燥等后處理工序得到纖維；其中，螺桿擠壓機溫度130℃，噴絲板孔徑為60μm，孔毛細管長度600μm，噴頭拉伸比3.00，氣隙長度200mm，凝固浴NMMO水溶液濃度為30％，凝固浴長度2.5m，凝固浴溫度16℃，紡絲速度80m/min。
一種根據(jù)所述的石墨烯天絲復合纖維的制備方法制備出的纖維的處理工藝，所述石墨烯天絲復合纖維是由復合絲線與氧化石墨烯整理液整理制備而成；具體操作如下：
步驟一：制備石墨烯聚氨酯溶液：將質(zhì)量分數(shù)30％氧化石墨烯溶液、12％偶聯(lián)劑加入到質(zhì)量分數(shù)為70％的樹脂溶液混合攪拌5h，超聲波中處理2h，通過減壓蒸餾得氧化石墨烯樹脂溶液；偶聯(lián)劑為：鈦酸酯偶聯(lián)劑SD-109。
步驟二：制備石墨烯天絲復合纖維：氧化石墨烯整理液整理紗線，將上述石墨烯樹脂溶液涂覆于上述制備得到石墨烯天絲長絲，所述石墨烯天絲浸潤在石墨烯樹脂溶液中，軋干120軋余率，90℃烘干，160℃焙烘，得整理好的石墨烯天絲纖維。樹脂溶液為：環(huán)氧樹脂E-44。
具體實施例三：
一種石墨烯天絲復合纖維石墨烯天絲復合纖維，所述石墨烯天絲復合纖維是利用氧化石墨烯溶液與纖維素漿粕加入NMMO(N—甲基嗎啉—N氧化物)和水經(jīng)混合、溶解、過濾、通過干噴濕法工藝紡絲，再通過絲線與氧化石墨烯整理液整理制備而成的。
一種根據(jù)所述的石墨烯天絲復合纖維的制備方法，包括以下步驟：
步驟一：制備氧化石墨烯NMMO·H2O溶液：將質(zhì)量分數(shù)20％氧化石墨烯溶液加入到質(zhì)量分數(shù)為70-80％的NMMO水溶液混合攪拌4h，超聲波中處理1.4h，通過減壓蒸餾得氧化石墨烯NMMO·H2O溶液。
步驟二：溶解、過濾紡絲混合溶液：在氧化石墨烯NMMO·H2O溶液中加入聚合度800粉碎的木漿、抗菌劑、抗氧化劑，在100℃混合攪拌溶解4h，超聲波中處理1.6h，于76℃下抽真空17h，氧化石墨烯與木漿纖維素重量比為1:50。
抗菌劑為：聚己二酰氨基甲酰亞胺鹽酸鹽、聚已亞甲基鹽酸PHMB。
抗氧化劑為：SANBO-103R石墨抗氧劑、抗氧劑T501。
步驟三：制備石墨烯天絲復合纖維：將溶解、過濾好的紡絲混合溶液，加入螺桿擠壓機，經(jīng)紡絲、水洗、上油、干燥等后處理工序得到纖維；其中，螺桿擠壓機溫度110℃，噴絲板孔徑為40μm，孔毛細管長度500μm，噴頭拉伸比2.80，氣隙長度130mm，凝固浴NMMO水溶液濃度為20％，凝固浴長度1.7m，凝固浴溫度14℃，紡絲速度70m/min。
一種根據(jù)所述的石墨烯天絲復合纖維的制備方法制備出的纖維的處理工藝，所述石墨烯天絲復合纖維是由復合絲線與氧化石墨烯整理液整理制備而成；具體操作如下：
步驟一：制備石墨烯聚氨酯溶液：將質(zhì)量分數(shù)20％氧化石墨烯溶液、8％偶聯(lián)劑加入到質(zhì)量分數(shù)為66％的樹脂溶液混合攪拌4h，超聲波中處理1.6h，通過減壓蒸餾得氧化石墨烯樹脂溶液；偶聯(lián)劑為：硼酸脂偶聯(lián)劑。
步驟二：制備石墨烯天絲復合纖維：氧化石墨烯整理液整理紗線，將上述石墨烯樹脂溶液涂覆于上述制備得到石墨烯天絲長絲，所述石墨烯天絲浸潤在石墨烯樹脂溶液中，軋干110軋余率，87℃烘干，150℃焙烘，得整理好的石墨烯天絲纖維。樹脂溶液為：聚氨酯HKR-329。
本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可得出其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。