[发明专利]一种高弹性防静电防紫外多功能纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高弹性防静电防紫外多功能纤维及其制备方法。该多功能纤维是由氧化石墨烯和高弹性聚合物组成的混合纺丝液，采用湿法纺丝工艺制备得到复合纤维，所得的复合纤维再经过热处理还原后得到高弹性防静电防紫外多功能纤维。所述的纤维结构由石墨烯片与弹性体聚合物分子链通过氢键作用相互堆叠而成，且石墨烯片沿所述复合纤维轴向排列最终形成稳定的导电网络。本发明提供的复合纤维兼具优异的防静电功能、良好的紫外防护功能和稳定的回弹性。此外，该复合纤维可单轴拉伸至200％且无明显电性能和紫外防护系数变化，可应用于防静电洁净服，户外防静电防紫外电工衣以及化工厂或加油站工作服等。

技术领域

本发明涉及石墨烯基多功能纤维，尤其涉及一种高弹性防静电防紫外多功能纤维及其制备方法。

技术背景

石墨烯是由单层碳原子以sp2杂化相连接而形成的新型二维晶体材料。从2004年被英国的A.K.Geim(K.S.Novoselov,et al.Science,2004,306,666-669)发现至今已引起科学和工业界广泛的关注。这种材料除了具有超高的机械性能和导热性能，还具有超大比表面积，优异的电学性能和良好的紫外吸收性能。以天然石墨为原料，石墨烯的批量生产可以通过化学氧化-还原法来实现(Tung,V.C.,et al.Nature Nanotechnol.,2009,4,25-29)。这种方法生产出来的为石墨烯的前驱体—氧化石墨烯，其片层表面富含-C＝O、-C-OH、-COOH等含氧官能团，易溶于普通溶剂，可加工性好，经过化学或热还原可以得到石墨烯。此法得到的氧化石墨烯已经被广泛地结合到其他材料进行复合，通过还原得到石墨烯基复合材料，从而只需添加石墨烯一种材料就能赋予传统材料多功能性。

在人们的日常生活中，由于穿着、环境、摩擦等原因常常导致身体外部产生很强的静电，而静电对某些特殊的行业，如：石化、油田、煤炭、电子元器件、制药、精密仪器等，可能会带来极其严重的安全问题和产品品质问题。此外，长期户外工作会使工作人员的皮肤长期爆露在太阳光中的紫外线下，长久照射会使皮肤出现红斑、炎症、皮肤老化，甚至严重者引起皮肤癌。因此，在这些场所的工作人员必须要穿用具有优异防静电功能或防紫外的服装，而目前具有这些功能的服装的舒适性仍需要改善，如：常见的防静电连体服不具有可拉伸性，给工作人员的操作和行动带来极大的不便。因此开发一种可拉伸性且具有优异的导电防静电和抗紫外性能的纤维具有极大地市场潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高弹性防静电防紫外多功能纤维及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高弹性防静电防紫外多功能纤维，由石墨烯片与弹性体聚合物分子链通过氢键作用相互堆叠而成，且石墨烯片沿所述复合纤维轴向排列最终形成导电网络。

一种高弹性防静电防紫外多功能纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将1重量份的氧化石墨烯原料分散于10～50重量份的溶剂中，超声10～30min，得到氧化石墨烯分散液；

(2)将1重量份的弹性体聚合物溶解于100～800重量份的溶剂中，在温度为50～80℃下，搅拌6～12小时，得到弹性体聚合物溶液；

(3)将步骤(1)得到的1重量份氧化石墨烯分散液加入到步骤(2)配制的10～30重量份的弹性体聚合物溶液中，边搅拌边加入，待完全加入后继续搅拌6～12小时，转入纺丝装置中，从喷丝头中连续挤出，进入凝固浴中成型后收集到滚轴上，得到连续的氧化石墨烯/弹性聚合物复合纤维；

(4)将步骤(3)得到的纤维在80～250℃下热还原12～48小时，得到高弹性防静电防紫外多功能纤维。

进一步地，所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、乙醇、正丁醇、异丙醇的一种或多种混合组成。

进一步地，所述的弹性聚合物为纺丝用热塑性弹性聚合物切片，选自聚氨酯、聚乙烯和聚酰胺，一种或者多种混合组成。