2019-01-10
这篇文章一次分享三种石墨烯纤维，包括抗紫外线纤维素纤维及导电涤纶 (PET)、锦纶 (PA)、芳纶 (Kevlar) 都有人尝试过，而且效果都有所提升。功能性纤维在防护、卫生保健、物质分离、生物医学及智能调节方面发挥着重要的作用。
工艺一
CNS106149083A 一种熔融法制备的功能性石墨烯纤维素纤维及其制备方法一文提到，提供该纤维的主要成分包含括： 0.5-10％ 的石墨烯、 90.0-99.5％ 的纤维素。所述功能性石墨烯纤维素纤维的干断裂强度 ≧2.81cN/dtex、湿断裂强度 ≧1.62cN/dtex。远红外法向发射率达 0.98，紫外线防护系数达到 560.32，且长波紫外线透过率为 0.31％ ，与常规黏胶纤维相比，热分解温度提高 42℃ 。所述功能性石墨烯纤维素纤维的制备方法如下：
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将石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮 ( PVP ) 分散剂加入去离子水中，利用高速搅拌、球磨分散或超声波分散等分散方式，配制成质量重量比 20％ 的石墨烯分散液；
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将 30％ 聚合度 562 的纤维素浆粕，70％ 的烷基咪唑型离子液体使用高速粉碎机进行预混合，使纤维素充分溶胀，所述离子液体阳离子为烯丙基，阴离子为 Cl-；
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将上述制备的石墨烯分散液和纤维素/离子液体混合物按1：10比例进行充分混合；
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将混合料通过加料口加入到双螺杆挤出机，双螺杆挤出机喂料段、熔融段、计量段及机头段温度分别是 81℃、91℃、105℃ 及 112℃。螺杆转速为 63 转/分，真空度为 -0.1Mpa。通过连续式的高温、高剪切作用及抽真空方式，实现混合料的脱水、脱泡以及加热预熔融；
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将预熔融的共混料置于单螺杆挤出机中，单螺杆挤出机喂料段、熔融段、计量段及机头段温度分别是 110℃、118℃、127℃ 及 139℃。螺杆转速为 80rpm，真空度为 -0.1Mpa。使混合液进一步脱水、脱泡以及混合熔融，制备得到含有石墨烯的纺丝原液；
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上述制备的纺丝原液在螺杆挤出压力 0.2Mpa 下经过计量泵、喷丝板，在凝固浴中纺丝成型，经牵伸、水洗和上油工序，制得成品功能性石墨烯纤维素纤维。其中所述凝固浴阳离子为烯丙基，阴离子为 Cl- 的烷基咪唑型离子液体制成的温度为 29℃、浓度为 31.8％ 的水溶液。
工艺二
CNS107523025A 具有电磁屏蔽功能的导电母粒及其制备方法、应用一文提到，一种聚脂纤维用石墨烯导电电磁屏蔽母粒，主要由以下组份组成：55 公斤 PET 聚合物、4 公斤氧化单层石墨烯、9 公斤导电炭黑和 15 公斤磁铁矿粉，及 3 公斤硅烷偶联剂 KH550、1 公斤聚乙二醇、2 公斤油酸酰胺。其制备方法如下：
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将铁磁矿粉、导电炭黑和硅烷偶联剂 KH550 混合 15-20 分钟后，再将聚乙二醇 200、油酸酰胺以及 PET 切片少量多次按比例加入密炼机，经密炼机混练 20-40 分钟后，得到初步混合的导电混合物；
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由密炼机出料，经喂料机喂入双螺杆挤出机，经熔融挤出、拉条、水冷、风干、切料、烘干、筛分得到母粒。熔融挤出造粒工艺条件在各加热区温度为 266℃、282℃、282℃、282℃、282℃、282℃、282℃、282℃、282℃、285℃、285℃、285℃；主机转速 523rpm；切粒机转速 633rpm；颗粒尺寸长 ≦4mm、直径 ≦4mm。
通过以上工艺得到电磁屏蔽效能 48dB ，及体積电阻 1,240Ω・cm 的石墨烯导电涤纶母粒。
工艺三
CNS107523025A 具有电磁屏蔽功能的导电母粒及其制备方法、应用一文提到，一种 PA6 纤维用石墨烯导电电磁屏蔽母粒，主要由以下组份组成：60 公斤 PA6 聚合物、3 公斤多层石墨烯、3 公斤导电炭黑 (粒径在 50nm，吸碘值为 260g/kg，吸油值为 210ml/100g，pH 值为 6.5，着色力为 901TRB) 和 10 公斤四氧化三铁粉末，及 2 公斤硅烷偶联剂 A172、4公斤聚乙烯蜡、4公斤油酸酰胺。其制备方法如下：
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先将四氧化三铁粉末和导电炭黑在 150℃ 条件下烘干 20-30 分钟，冷却到常温后，将其和 1wt% 改性剂 KH550 一起放入高速混合机中，高速混合机温度设定在 95℃，轉速為 700rpm，改性時間為 20-30min ；
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将上述步骤得到的改性混合物和硅烷偶联剂 A172 混合 15-25 分钟后，再将油酸酰胺、聚乙烯蜡以及聚丙烯纤维切片少量多次按比例加入密炼机，经密炼机混练 20-40 分钟后，得到初步混合的导电混合物；
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由密炼机出料，经喂料机喂入双螺杆挤出机，经熔融挤出、拉条、水冷、风干、切料、烘干、筛分得到母粒。熔融挤出造粒工艺条件在各加热区温度为 210℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、245℃、245℃；主机转速 507pm；切粒机转速 605rpm；颗粒尺寸长 ≦4mm、直径 ≦4mm。
通过以上工艺得到电磁屏蔽效能 46dB ，及体積电阻 1,390Ω・cm 的石墨烯导电锦纶母粒。
石墨烯抗菌/抗静电/保温多功能涤纶纱
随着纳米技术的不断发展，通过将石墨烯纳米粒子引入到聚合物纤维基体中，可以开发石墨烯/聚合物基复合纤维。石墨烯的引入，有利于改善聚合物纤维的强度、耐热性、耐候性、抗静电等诸多性能，增强纤维材料整体性能和应用领域。以石墨烯为载体复合的纤维有纯棉、粘胶等纤维素纤维，涤纶、锦纶、腈纶、氨纶、芳纶、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚丙烯酸等合成纤维。复合方法则有直接浸轧法、喷涂法、复配液法、整理法、交联改性法等。石墨烯复合纤维可以充分发挥其优异的特性，而且因含量不高，成本较低，同时质量稳定、耐洗耐用。这类石墨烯产品制备工艺已经相对成熟，只要成本再下降些，很快可以取代现有的纺织产品的！