[發明專利]高性能的石墨烯復合對位芳綸纖維及其制備方法、應用

有效

• 申請號: 201610825066.3
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106835332B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 唐一林;張金柱;王雙成;劉頂
• 申請（專利權）人: 濟南圣泉集團股份有限公司
• 主分類號: D01F6/90
• 分類號: D01F6/90;D01F1/09;D01D1/02;D01D5/06;D01D5/04
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 李進

本發明提供了一種高性能的石墨烯復合對位芳綸纖維，主要由石墨烯類物質與聚對苯二甲酰對苯二胺組成；所述石墨烯復合對位芳綸纖維中，石墨烯類物質的含量在5wt％以下。本發明制備的石墨烯復合對位芳綸纖維石墨烯類物質可以保持較高的含量，石墨烯顆粒依然分散比較均勻，顆粒大小也比較均一，纖維本身的拉伸強度等指標也均有了質的提高，并且還額外賦予了對位芳綸纖維材料優異的抗菌性能。

技術領域

本發明涉及芳綸纖維加工制備領域，具體而言，涉及一種高性能的石墨烯復合對位芳綸纖維及其制備方法、應用。

背景技術

對位芳綸作為芳綸纖維中最主要的品種,在高性能纖維領域占據重要地位，得到了大規模生產和應用。對位芳綸在宇宙探索、航空航天、國防軍工、水陸交通、繩索光纜、體育休閑等領域有重要應用，此外，隨著低碳經濟的發展，芳綸在新能源及節能減排方面的應用將受到重視。

對位芳綸是對位芳香族聚酰胺纖維的簡稱，是指“酰胺鍵連接的由對位芳香基組成的線型大分子構成的”合成纖維，其中有85％以上的酰胺鍵直接與兩個芳基連接。主要種類有：(1)芳綸14，即聚對苯甲酰胺纖維,國內也稱芳綸Ⅰ；(2)芳綸1414，即聚對苯二甲酰對苯二胺纖維(PPTA)，國內也稱芳綸Ⅱ，代表產品有美國杜邦的Kevlar和日本帝人的Tw-aron；(3)多元共聚芳綸，代表產品有日本帝人生產的Technora；(4)雜環芳綸，這類芳綸的高分子主鏈中都含有芳雜環單元，代表產品有俄羅斯生產的APMOC、SVM、Rusar以及我國生產的芳綸Ⅲ等。

一般合成對位芳綸的基本原料采用的是對苯二胺(PPDA)和對苯二甲酰氯(TPC)。世界各國采用的技術路線均為低溫溶液縮聚-干濕法紡絲，生產過程和主要技術關鍵如下：低溫溶液縮聚：先將PPDA溶于含5％CaCl2的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，并冷卻至-10℃以下，然后，通過精密計量裝置將等摩爾的PPDA-NMP溶液和TPC送入雙螺桿反應器進行低溫溶液縮聚，反應生成物經沉析、水洗、干燥后，即為PPTA樹脂。干濕法紡絲：PPTA-H₂SO₄紡絲液具有溶致性向列型液晶的特征，向列型液晶的分子在外力作用下，會沿著作用力的方向取向，這和纖維的取向是一致的。液晶紡絲正是利用了這一特性發展起來的，當紡絲液通過紡絲孔時，大分子會在高剪切應力作用下取向，這種具有一維取向結構的液流經空氣層，在低溫凝固浴中凝固成形，即得高結晶、高取向的高強度纖維。

現有技術中，在改性對位芳綸纖維方面作了諸多研究，比如專利CN100543074C制備了包含PPTA和納米管的復合材料，該專利使用單壁碳納米管為原料，由于單壁碳納米管價格昂貴，給產品商業化帶來巨大負擔，同時本專利中納米管溶解于濃硫酸后降溫至濃硫酸凝固點，使混合物凝固，添加PPTA后，需加熱至凝固點以上使混合物混合，該溶解過程使生產流程變得復雜，增加了生產成本。

另外，專利CN102839444A公開了一種黑色對位芳綸纖維的制備方法，包括以下步驟：1)將多壁碳納米管在濃硫酸中分散，得到碳納米管分散液，其中：多壁碳納米管與濃硫酸的重量比為1：(100～500)，多壁碳納米管的平均壁數為2～6，平均直徑為1～20nm，平均長度為0.5～20μm；2)將聚對苯二甲酰對苯二胺溶解于碳納米管分散液中，制得紡絲原液，聚對苯二甲酰對苯二胺與碳納米管分散液的重量比為1：(3.9-4.1)，其中：聚對苯二甲酰對苯二胺的特性粘度為6～8dL/g；3)將紡絲原液過濾、脫泡后通過干噴濕紡法進行紡絲、堿洗、水洗、烘干、熱處理后得到黑色對位芳綸纖維。該專利雖然解決了常規紡后染色制得纖維色牢度低、強力低的問題，并且與未染色的芳綸纖維相比，所得到的黑色對位芳綸纖維的強度也有提高。但是這種對位芳綸纖維本身功能性比較單一，與未改性的對位芳綸纖維相比并沒有賦予更多的優良性能，而且雖然強度略有提高但是還是不能滿足當今市場的需求。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容