一种石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝及其制备方法

摘要

本发明提供了一种石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝及其制备方法，包括以下步骤：将石墨烯原位聚合改性聚酰胺6切片进行熔融纺丝，冷却后先得到预取向丝；其中，纺丝的卷绕速度为3500～4500m/min。本申请所提供的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法，针对该材料采用特定的纺丝参数，具有方便、简单、易于操作等优点。本申请所提供的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝，该预取向丝可进一步后处理，现在常见的处理工艺是拉伸变形，成为拉伸变形丝，该预取向丝的拉伸强度为4.30～4.45dN/dTex，伸长率为35％～45％，具有广泛的应用前景。

权利要求

1.一种石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将石墨烯原位聚合改性聚酰胺6切片进行熔融纺丝，冷却后先得到预取向丝；

其中，纺丝的卷绕速度为3700～4300m/min；

在所述纺丝的过程中，螺杆温度为270～276℃，纺丝箱温度为270～280℃，纺丝箱压力为130～200bar；

所述冷却的温度为30～60℃，湿度为85％～95％，风速0.18～0.25m/s；

所述石墨烯原位聚合改性聚酰胺6切片的相对粘度为2.45～2.75，含水量＜0.04％wt，石墨烯含量在0.05～0.7％wt之间；

所述冷却采用侧吹风或环吹风操作；

所述侧吹风的装置，包括喷丝板、加热板和吹风板，所述喷丝板水平放置，所述加热板和所述吹风板平行设置在所述喷丝板的一侧，与所述喷丝板垂直；

在所述喷丝板下方600mm～800mm处设置上油位，上油量控制在0.5％～2％；

所述加热板的高度为侧吹风装置总高的25～60％，余下部分为镂空。

2.根据权利要求1所述的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法，其特征在于，所述拉伸采用张力辊与卷绕头配合的高速拉伸。

3.根据权利要求1或2所述的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法所制备的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝。

说明书

一种石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及材料制备技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝及其制备方法。

背景技术

[0002] 聚酰胺纤维是以分子主链含有酰胺基团(-CONH)的聚合物纺制而成的一类合成纤维。聚酰胺6(聚己内酰胺，PA6)工业上一般是由己内酰胺开环缩聚制得。

[0003] 聚酰胺纤维性能优良，耐磨性好，断裂强度较高，回弹性和耐疲劳性优良，吸湿性低于天然纤维和再生纤维，染色性能好。缺点是耐光性较差，在长时间的日光和紫外灯光照射下，强度下降。由于聚酰胺纤维具有诸多优良性能，在民用和产业等领域应用广泛，如在服用方面主要用于制袜子、内衣、衬衣、运动衫等，还可以和棉、毛、黏胶等纤维混纺，混纺织物具有很好的耐磨损性能，还可制作寝具、室外饰物及家具用布；在产业方面主要用于制作轮胎帘子布、传送带、运输带、渔网、绳缆等，涉及交通运输、渔业、军工等诸多领域。

[0004] 石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，兼具强和韧的特点。单层石墨烯理论抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa，杨氏模量约为42N/m2，因此石墨烯对高分子材料的增强和增韧效果明显。同时，石墨烯最重要的性质之一就是它独特的载流子特性和无质量的狄拉克费米子属性。其电子迁移率可达到2×105cm2/V·s，约为硅中电子迁移率的140倍，砷化镓的20倍，温度稳定性高，电导率可达108Ω/m,面电阻约为31Ω/sq(310Ω/m2)，比铜或银更低，是室温下导电最好的材料。石墨烯比表面积大(2630m2/g)，热导率(室温下是5000W·m-1·K-1)是硅的36倍，砷化镓的20倍，铜(室温下401W·m-1·K-1)的十倍多。因此，石墨烯高分子复合材料，抗静电和导热性能优越。

[0005] 中国专利“一种石墨烯复合材料的间歇式生产设备以及制备方法”(CN 2017102227140)和“一种石墨烯复合材料的连续式生产设备以及制备方法”
(CN2017102227155)分别报道了石墨烯原位聚合改性PA6的不同的生产设备和制备方法。功能性石墨烯原位聚合改性PA6具有良好的增强增韧、抗菌抑菌和抗紫外特性，为功能性PA6纤维的制造，提供了原料基础。

[0006] 常规的PA6，结晶温度大约为160℃；功能性石墨烯原位聚合改性PA6，其结晶温度则转变为大约190℃。常规的PA6，材料导热系数为0.25W·m-1·K-1，石墨烯原位聚合改性PA6(石墨烯含量0.1％wt)的导热系数转变为0.48W·m-1·K-1。材料热性能的变化，对纺丝工艺影响巨大。

[0007] 有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

[0008] 本发明的第一目的在于提供一种石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法，所述的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法，针对该材料采用特定的纺丝参数，具有方便、简单、易于操作等优点。

[0009] 本发明的第二目的在于提供一种所述的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法所制备的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝，该预取向丝可进一步后处理，现在常见的处理工艺是拉伸变形，成为拉伸变形丝，该预取向丝的拉伸强度为4.30～4.45dN/dTex，伸长率为35％～45％，具有广泛的应用前景。

[0010] 为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

[0011] 一种石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法，包括以下步骤：

[0012] 将石墨烯原位聚合改性聚酰胺6切片进行熔融纺丝，冷却后先得到预取向丝；

[0013] 其中，纺丝的卷绕速度为3500～4500m/min；优选的，所述卷绕速度为3700～4300m/min。

[0014] 优选的，在所述纺丝的过程中，螺杆温度为270～276℃，纺丝箱温度为270～280℃，纺丝箱压力为130～200bar。

[0015] 优选的，所述冷却的温度为30～60℃，湿度为85％～95％，风速0.18～0.25m/s。

[0016] 优选的，所述冷却采用侧吹风或环吹风操作。

[0017] 优选的，所述侧吹风的装置，包括喷丝板、加热板和吹风板，所述喷丝板水平放置，所述加热板和所述吹风板平行设置在所述喷丝板的一侧，与所述喷丝板垂直。

[0018] 优选的，在所述喷丝板下方600mm～800mm处设置上油位，上油量控制在0.5％～2％。

[0019] 优选的，所述加热板的高度为侧吹风装置总高的25～60％，余下部分为镂空。

[0020] 优选的，所述石墨烯原位聚合改性聚酰胺6切片的相对粘度为2.45～2.75，含水量＜0.04％wt，石墨烯含量在0.05～0.7％wt之间。

[0021] 优选的，所述拉伸采用张力辊与卷绕头配合的高速拉伸。

[0022] 所述的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法所制备的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝。

[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0024] (1)本申请所提供的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法，针对该材料采用特定的纺丝参数，具有方便、简单、易于操作等优点。

[0025] (2)本申请所提供的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝，该预取向丝可进一步后处理，现在常见的处理工艺是拉伸变形，成为拉伸变形丝，该预取向丝的拉伸强度为4.30～4.45dN/dTex，伸长率为35％～45％，具有广泛的应用前景。

附图说明

[0026] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0027] 图1为本发明实施例提供的侧吹风装置三视图装置的主视图；

[0028] 图2为本发明实施例提供的侧吹风装置三视图装置的左视图；

[0029] 图3为本发明实施例提供的侧吹风装置三视图装置的俯视图。

[0030] 附图标记：

[0031] 1-吹风板；        2-加热板；        3-喷丝板。

具体实施方式

[0032] 下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

[0033] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0034] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0035] 一种石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法，包括以下步骤：

[0036] 将石墨烯原位聚合改性聚酰胺6切片进行熔融纺丝，冷却后先得到预取向丝；

[0037] 其中，纺丝的卷绕速度为3500～4500m/min；优选的，所述卷绕速度为3700～4300m/min。

[0038] PA6熔体纺丝过程主要是：聚酰胺高分子的熔融；熔体经特定设备加压，从喷丝板3挤出形成熔体细流，冷却固化形成初生纤维；再将纤维卷绕在受丝机构上。为达到成品纤维的性能要求，初生纤维还需要进一步的后处理步骤，拉伸、定型、变形等。实际生产过程中，这一系列的后处理可能发生在初生纤维卷绕前(即：一步法)，也可发生在初生纤维卷绕后(即：二步法)。

[0039] 聚酰胺熔融纺丝时，温度控制、纺丝速度、拉伸倍数均对纤维成型有显著影响。当纺丝速度大于4000m/min时，纤维的取向度和结晶度提高，纤维的各向异性膨胀显著减小，从而获得较好的筒子成型，此时获得预取向丝(POY)。POY纤维可进一步后处理，现在常见的处理工艺是拉伸变形，成为拉伸变形丝(DTY)。

[0040] 本申请所提供的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法，针对该材料采用特定的纺丝参数，具有方便、简单、易于操作等优点。因为石墨烯原位聚合改性PA6良好的抗静电特性，本发明所述POY纤维纺制过程中，不需要添加抗静电性能的纺织助剂。其他纺织用化纤油剂，则按普通PA6纺丝工艺要求使用。

[0041] 优选的，在所述纺丝的过程中，螺杆温度为270～276℃，纺丝箱温度为270～280℃，纺丝箱压力为130～200bar。

[0042] 优选的，所述冷却的温度为30～60℃，湿度为85％～95％，风速0.18～0.25m/s。

[0043] 优选的，所述冷却采用侧吹风或环吹风操作。

[0044] 为延缓石墨烯原位聚合改性PA6结晶速度，纤维冷却装置需要调整为侧吹风或环吹风温度调整为30～60℃、湿度85％～95％、风速0.18～0.25m/s。

[0045] 优选的，所述侧吹风的装置，包括喷丝板3、加热板2和吹风板1，所述喷丝板3水平放置，所述加热板2和所述吹风板1平行设置在所述喷丝板3的一侧，与所述喷丝板3垂直。

[0046] 优选的，所述金属挡板的高度为侧吹风冷却装置总高的25～60％，余下部分为镂空。

[0047] 为进一步调整纤维冷却速度，金属挡板的高度为侧吹风冷却装置总高的25～60％，余下部分仍为镂空。

[0048] 优选的，所述石墨烯原位聚合改性聚酰胺6切片的相对粘度为2.45～2.75，含水量＜0.04％wt，石墨烯含量在0.05～0.7％wt之间。

[0049] 优选的，所述拉伸采用张力辊与卷绕头配合的高速拉伸。

[0050] 优选的，在喷丝板3向下600mm～800mm处为上油位，上油量控制在0.5％～2％。

[0051] 所述的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法所制备的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝。

[0052] 实施例1

[0053] 纺丝用原位聚合石墨烯改性PA6切片相对粘度2.72，切片含水量0.02％wt，石墨烯含量0.05％wt。

[0054] 喷丝板3选择70D24F。纺丝工艺具体为：螺杆温度273℃，纺丝箱温度为276℃，纺丝箱压力为150bar，纺丝卷绕速度3900m/min。采用环吹风设备冷却丝室，环吹风出风温度为38℃、湿度85％、风速0.18m/s。

[0055] 在喷丝板3向下600mm处为上油位，上油量控制在2％。

[0056] 实施例2

[0057] 纺丝用原位聚合石墨烯改性PA6切片相对粘度2.65，切片含水量0.03％wt，石墨烯含量0.1％wt。

[0058] 喷丝板3选择80D24F。纺丝工艺具体为：螺杆温度270℃，纺丝箱温度为275℃，纺丝箱压力为180bar，纺丝卷绕速度4100m/min。采用侧吹风设备冷却丝室，丝室需自喷丝板3位置下挂挡板高度为侧吹风冷却装置总高的25％的金属挡板，侧吹风出风温度为60℃、湿度90％、风速0.25m/s。

[0059] 在喷丝板3向下650mm处为上油位，上油量控制在1.2％。

[0060] 实施例3

[0061] 纺丝用原位聚合石墨烯改性PA6切片相对粘度2.65，切片含水量0.03％wt，石墨烯含量0.3％wt。

[0062] 喷丝板3选择80D24F。纺丝工艺具体为：螺杆温度276℃，纺丝箱温度为280℃，纺丝箱压力为180bar，纺丝卷绕速度3700m/min。采用侧吹风设备冷却丝室，丝室需自喷丝板3位置下挂挡板高度为侧吹风冷却装置总高的40％的金属挡板，侧吹风出风温度为30℃、湿度95％、风速0.2m/s。

[0063] 在喷丝板3向下700mm处为上油位，上油量控制在0.8％。

[0064] 实施例4

[0065] 纺丝用原位聚合石墨烯改性PA6切片相对粘度2.45，切片含水量0.02％wt，石墨烯含量0.7％wt。

[0066] 喷丝板3选择80D24F。纺丝工艺具体为：螺杆温度276℃，纺丝箱温度为280℃，纺丝箱压力为185bar，纺丝卷绕速度4300m/min。采用环吹风设备冷却丝室，环吹风出风温度为40℃、湿度85％、风速0.18m/s。

[0067] 在喷丝板3向下800mm处为上油位，上油量控制在0.5％。

[0068] 对比例 与实施例1基本相同，只是纺丝速度为4000m/min。

[0069] 实验例 拉伸强度和伸长率测试

[0070] 对本申请实施例1-4以及对比例所提供的石墨烯原位聚合改性PA6预取向丝进行拉伸强度和伸长率的测试，实验结果如表1所示。

[0071] 表1拉伸强度和伸长率测试结果

[0072]序号 拉伸强度(dN/dTex) 伸长率(％)
实施例1 4.31 43
实施例2 4.38 40
实施例3 4.30 45
实施例4 4.45 35
对比例 4.33 42

[0073] 实验结果表明，本申请所提供的石墨烯原位聚合改性PA6预取向丝性能良好，拉伸强度为4.30～4.45dN/dTex，伸长率为35％～45％，该预取向丝可以进一步后处理，现在常见的处理工艺是拉伸变形，成为拉伸变形丝。对比例说明，纺丝速度对预取向丝的性质有着显著影响。

[0074] 综上所述，本申请所提供的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝的制备方法，针对该材料采用特定的纺丝参数，具有方便、简单、易于操作等优点。本申请所提供的石墨烯原位聚合改性聚酰胺6预取向丝，该预取向丝可进一步后处理，现在常见的处理工艺是拉伸变形，成为拉伸变形丝，该预取向丝的拉伸强度为4.30～4.45dN/dTex，伸长率为35％～45％，具有广泛的应用前景。

[0075] 尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。