[发明专利]一种石墨烯共混再生纤维素纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯共混再生纤维素纤维及其制备方法，属于纺织技术领域。

背景技术

功能性纤维可以有效地提高其纺织产品的附加值，提升纺织产品的功能和档次，满足多元化的服用需求，所以开发和设计新型的功能性纤维已成为纺织行业研究热点，其中包括耐高温阻燃、抗菌防臭、保温蓄热、抗静电、防紫外线、高吸湿吸水及绿色环保等功能性纤维。

再生纤维素纤维具有与棉纤维相似的服用性能，而且可通过其大分子上羟基的化学反应进行接枝和功能性整理，所以通常作为功能性纤维的基体。石墨烯是一种新型碳纳米轻质材料，具有独特的单原子层二维晶体结构，由于其超高的强度、电导率、热导率及透光性等特性而得到广泛研究，包括石墨烯及石墨烯薄膜的结构、制备方法及性能研究。

专利文件CN201110441254涉及一种高强度宏观石墨烯导电纤维的制备方法，虽然该纤维具有高强度和优良的导电性，但存在生产过程较复杂，纤维断裂伸长率差，且生产成本较高。专利文件CN201210001524发明的一种高强度石墨烯有序多孔纤维及其制备方法中纤维生产工艺复杂，产量较低，不能大规模生产，且只能用在某些特定领域。专利文件CN201210001536一种离子增强石墨烯纤维及其制备方法，所涉及到的纤维生产工艺耗时长，纤维结构粗糙，断裂强度低等缺点，限制了纤维的应用和规模化生产。专利文件CN201210017773涉及一种石墨烯纤维的制备方法，其制备的石墨烯纤维产量较低，难以实现产业化生产，且服用性能不理想。以上专利文件主要介绍了利用石墨烯溶液或溶胶制备纯石墨烯纤维及其差别化纤维的方法。同时，上述专利文件中所涉及的纤维都是纯石墨烯纤维，限制其应用领域。

到目前为止，以具有优质特性的石墨烯和再生纤维素为原料，通过高效共混、湿法纺丝工艺以及后处理还原技术制备的具有优良导电性能、导热性能、抗菌性能、高强度且具有良好服用性能的功能性纤维的研究和制备方法尚未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种石墨烯共混再生纤维素纤维及其制备方法，克服了现有技术制备方法过程较复杂，纤维结构粗糙、断裂伸长率较低，服用性能较差，并且产量较低的缺陷，采用本发明的技术方案后，所得纤维不仅体现再生纤维素纤维优良的服用性能，更能体现石墨烯超高的强度、热导率、电导率及抗菌等特性，并且产量较高。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种石墨烯共混再生纤维素纤维，其特征在于：所述石墨烯共混再生纤维素纤维是利用氧化石墨烯溶液与再生纤维素溶液混合、通过粘胶湿法纺丝工艺成型后，再经还原制备而成；

所述石墨烯共混再生纤维素纤维：干断裂强度≥1.8cN/dtex，湿断裂强度≥0.9cN/dtex，干断裂伸长率≥16%，纤维质量比电阻为1-9×10⁶Ω·g/cm²，纤维热分解温度为≥400^°C。

一种优化方案，所述制备方法包括以下步骤：

混合步骤：先将氧化石墨烯溶液利用超声波进行震荡分散，然后加入到再生纤维素溶液中进行搅拌混合，再过滤后得到混合均匀的纺丝液，其中氧化石墨烯与再生纤维素中甲种纤维素的重量百分比为1：100-1：10； 

纺丝步骤：将上述制备的纺丝液通过湿法纺丝设备进行纺丝，得到中间产物氧化石墨烯共混再生纤维素纤维；

 还原步骤：选取质量百分比浓度为1-50%的还原剂溶液，按浴比为1:5-1:100的比例称取氧化石墨烯再生纤维素纤维，在20-90℃条件下，将氧化石墨烯共混再生纤维素纤维放置在还原剂溶液中还原10-120min，水洗烘干后获得石墨烯共混再生纤维素纤维。

另一种优化方案，所述混合步骤的搅拌混合过程中，将氧化石墨烯溶液缓慢均匀加入。

再一种优化方案，所述氧化石墨烯与再生纤维素溶液的混合在溶解、混合工序进行或以纺前注射的方式实现。

进一步的优化方案，所述纺丝液中固含物含量：6.0-9.0%；含碱：4.5-6.5%；粘度：30-70s；熟成度：8-24ml(10%NH₄Cl)。

一种优化方案，所述纺丝步骤中，纺丝酸浴成型指标为：

硫酸：80-130g/L；硫酸钠：260-340g/L；硫酸锌：10-25g/L；温度：35-50℃；二浴:温度>90℃，硫酸浓度 10-20g/L。

另一种优化方案，所述还原步骤中，所用的还原剂溶液优选水合肼溶液、硼氢化钠溶液以及对苯二胺溶液中的一种。