一种基于工业化染色工艺的石墨烯负载聚四氟乙烯纤维的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于工业化染色工艺的石墨烯负载聚四氟乙烯纤维的方法，其特征在于该负载方法首先在Co

【技术实现步骤摘要】
一种基于工业化染色工艺的石墨烯负载聚四氟乙烯纤维的方法
本专利技术涉及纤维复合材料制备技术，具体为一种基于工业化染色工艺的石墨烯负载聚四氟乙烯纤维的方法。
技术介绍
聚四氟乙烯纤维是一种全氟化直链高分子化合物。其分子中的氟原子比氢原子具有更大的原子半径，故对其主链碳原子表现出极为有效的屏蔽保护作用。独特的结构决定了聚四氟乙烯纤维具有极好的热稳定性以及化学稳定性。研究证明，几乎所有的强酸、强碱、强氧化剂等对聚四氟乙烯纤维皆无影响，即使在高温的条件下对沸腾的王水也很稳定。对于有机化合物，除了卤化胺类和芳烃对其有轻微溶胀外，其他所有有机溶剂对聚四氟乙烯纤维都无作用，这为其表面负载石墨烯制造了极大的困难。这使得国内外关于聚四氟乙烯纤维表面负载石墨烯几乎没有报道。在所述情况下，需要一种石墨烯负载聚四氟乙烯纤维的方法。因此本专利技术的目的就是提供一种基于工业化染色工艺的石墨烯负载聚四氟乙烯纤维的方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是：提供一种基于工业化染色工艺的石墨烯负载聚四氟乙烯纤维的方法如下：1.纤维的预处理将聚四氟乙烯纤维长丝放入浓度为2.0克/升的非离子表面活性剂水溶液中，在室温和搅拌条件下洗涤处理10分钟后取出后水洗烘干。然后再将其置于丙酮中在室温和搅拌条件下处理20分钟后取出，最后在70℃真空烘干24小时；2.聚四氟乙烯纤维的表面丙烯酸接枝改性首先将8克经预处理的聚四氟乙烯纤维置于20-120毫升丙烯酸和250毫升蒸馏水中，并添加10克硫酸亚铁铵后搅拌均匀。然后向上述混合体系中通入氮气25分钟以去除空气并使用硅橡胶密封之，在室温和1.0kGy.h-1的Co60γ射线辐射条件下使其中的丙烯酸在聚四氟乙烯纤维表面发生接枝聚合反应60小时。反应后将纤维取出并使用热水和丙酮进行反复洗涤以去除残留在其表面的单体和均聚物，最后在50℃真空烘干24小时得到丙烯酸改性聚四氟乙烯纤维，并使用增重法计算其接枝率为9.5％；3.氧化石墨烯水分散液的配制：将0.50克氧化石墨烯粉体和199.5克蒸馏水置于烧杯中，在室温条件下使用磁力搅拌器搅拌处理5分钟，然后使用超声波细胞破碎机超声处理15分钟使氧化石墨烯粉体均匀地分散在水中，即制得棕黄色的氧化石墨烯水分散液；4.聚四氟乙烯纤维表面负载氧化石墨烯将1.0克聚四氟乙烯纤维和50毫升的氧化石墨烯水分散液置于红外线染色机中浸渍20分钟，取出后使用轧车对浸渍后的样品进行处理以去除多余水分并在60℃烘干。这个过程重复8次以提高氧化石墨烯的负载量；5.氧化石墨烯的还原：首先将1.0克氧化石墨烯负载聚四氟乙烯纤维和50毫升保险粉水溶液置于红外线染色机中，然后在100℃搅拌处理15分钟。将还原处理后的氧化石墨烯整理的聚四氟乙烯纤维放入70℃热水中水洗30分钟，然后使用蒸馏水中水洗3次即得到的石墨烯负载聚四氟乙烯纤维，并分别使用白度计和电阻仪测定其亨特白度和表面电阻。该方法的技术特征在于该负载方法首先在Co60γ射线辐射条件下使用丙烯酸对聚四氟乙烯纤维进行表面接枝改性处理。丙烯酸的接枝聚合使得聚四氟乙烯纤维趋于亲水化和活性化。然后再通过基于工业化染色机和轧车将氧化石墨烯施加于聚四氟乙烯纤维表面，最后通过特定的还原反应使石墨烯牢固地负载于聚四氟乙烯纤维表面。使用本专利技术所述工艺制备的石墨烯负载聚四氟乙烯纤维表面呈浅黑至深黑色，其颜色色相和深度可通过负载工艺进行有效调控，且负载牢度优良，负载工艺相对简单，易于操作，成本适中，显示出光明的工业化前景。附图说明图1为本专利技术实施例1-4中负载于聚四氟乙烯纤维表面石墨烯的SEM图。图2为本专利技术实施例1-4中不同接枝率的聚四氟乙烯纤维负载石墨烯的亨特白度。图3为本专利技术实施例1-4中不同接枝率的聚四氟乙烯纤维负载石墨烯的表面电阻。具体实施方式下面结合实施例及其附图进一步详细叙述本专利技术：本专利技术设计的一种基于工业化染色工艺的石墨烯负载聚四氟乙烯纤维的方法由纤维的预处理、聚四氟乙烯纤维的表面丙烯酸接枝改性、氧化石墨烯水分散液的配制、聚四氟乙烯纤维表面负载氧化石墨烯和氧化石墨烯的还原等五个步骤构成。其中氧化石墨烯为棕黑色粉末，聚四氟乙烯纤维可以是长丝、纱线、机织物、针织物或无纺布等形式，也可以是涤纶与其它纤维如棉、麻、丙纶和腈纶等的混纺纱或织物等材料。下面介绍本专利技术的具体实施例，但本专利技术权利要求不受这些具体实施例的限制。实施例11.纤维的预处理将聚四氟乙烯纤维长丝放入浓度为2.0克/升的非离子表面活性剂水溶液中，在室温和搅拌条件下洗涤处理10分钟后取出后水洗烘干。然后再将其置于丙酮中在室温和搅拌条件下处理20分钟后取出，最后在70℃真空烘干24小时；2.聚四氟乙烯纤维的表面丙烯酸接枝改性首先将8克经预处理的聚四氟乙烯纤维置于20毫升丙烯酸和250毫升蒸馏水中，并添加10克硫酸亚铁铵后搅拌均匀。然后向上述混合体系中通入氮气25分钟以去除空气并使用硅橡胶密封之，在室温和1.0kGy.h-1的Co60γ射线辐射条件下使其中的丙烯酸在聚四氟乙烯纤维表面发生接枝聚合反应60小时。反应后将纤维取出并使用热水和丙酮进行反复洗涤以去除残留在其表面的单体和均聚物，最后在50℃真空烘干24小时得到丙烯酸改性聚四氟乙烯纤维，并使用增重法计算其接枝率为9.5％；3.氧化石墨烯水分散液的配制：将0.50克氧化石墨烯粉体和199.5克蒸馏水置于烧杯中，在室温条件下使用磁力搅拌器搅拌处理5分钟，然后使用超声波细胞破碎机超声处理15分钟使氧化石墨烯粉体均匀地分散在水中，即制得棕黄色的氧化石墨烯水分散液；4.聚四氟乙烯纤维表面负载氧化石墨烯将1.0克聚四氟乙烯纤维和50毫升的氧化石墨烯水分散液置于红外线染色机中浸渍20分钟，取出后使用轧车对浸渍后的样品进行处理以去除多余水分并在60℃烘干。这个过程重复8次以提高氧化石墨烯的负载量；5.氧化石墨烯的还原：首先将1.0克氧化石墨烯负载聚四氟乙烯纤维和50毫升保险粉水溶液置于红外线染色机中，然后在100℃搅拌处理15分钟。将还原处理后的氧化石墨烯整理的聚四氟乙烯纤维放入70℃热水中水洗30分钟，然后使用蒸馏水中水洗3次即得到的石墨烯负载聚四氟乙烯纤维，并分别使用白度计和电阻仪测定其亨特白度和表面电阻。实施例21.与实施例1的步骤1相同；2.与实施例1的步骤2相同，只是丙烯酸的加入量为50毫升，丙烯酸改性聚四氟乙烯纤维的接枝率为45.1％；3.与实施例1的步骤3相同；4.与实施例1的步骤4相同；5.与实施例1的步骤5相同。实施例31.与实施例1的步骤1相同；2.与实施例1的步骤2相同，只是丙烯酸的加入量为85毫升，丙烯酸改性聚四氟乙烯纤维的接枝率为62.3％；3.与实施例1的步骤3相同；4.与实施例1的步骤4相同；5.与实施例1的步骤5相同。实施例41.与实施例1的步骤1相同；2.与实施例1的步骤2相同，只是丙烯酸的加入量为120毫升，丙烯酸改性聚四氟乙烯纤维的接枝率为82.8％；3.与实施例1的步骤3相同；4.与实施例1的步骤4相同；5.与实施例1的步骤5相同。以上实施例仅用于说明本专利技术的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，但是对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于工业化染色工艺的石墨烯负载聚四氟乙烯纤维的方法，采用如下工艺：1)纤维的预处理将聚四氟乙烯纤维长丝放入浓度为2.0克/升的非离子表面活性剂水溶液中，在室温和搅拌条件下洗涤处理10分钟后取出后水洗烘干。然后再将其置于丙酮中在室温和搅拌条件下处理20分钟后取出，最后在70℃真空烘干24小时；2)聚四氟乙烯纤维的表面丙烯酸接枝改性首先将8克经预处理的聚四氟乙烯纤维置于20‑120毫升丙烯酸和250毫升蒸馏水中，并添加10克硫酸亚铁铵后搅拌均匀。然后向上述混合体系中通入氮气25分钟以去除空气并使用硅橡胶密封之，在室温和1.0kGy.h

【技术特征摘要】
1.一种基于工业化染色工艺的石墨烯负载聚四氟乙烯纤维的方法，采用如下工艺：1)纤维的预处理将聚四氟乙烯纤维长丝放入浓度为2.0克/升的非离子表面活性剂水溶液中，在室温和搅拌条件下洗涤处理10分钟后取出后水洗烘干。然后再将其置于丙酮中在室温和搅拌条件下处理20分钟后取出，最后在70℃真空烘干24小时；2)聚四氟乙烯纤维的表面丙烯酸接枝改性首先将8克经预处理的聚四氟乙烯纤维置于20-120毫升丙烯酸和250毫升蒸馏水中，并添加10克硫酸亚铁铵后搅拌均匀。然后向上述混合体系中通入氮气25分钟以去除空气并使用硅橡胶密封之，在室温和1.0kGy.h-1的Co60γ射线辐射条件下使其中的丙烯酸在聚四氟乙烯纤维表面发生接枝聚合反应60小时。反应后将纤维取出并使用热水和丙酮进行反复洗涤以去除残留在其表面的单体和均聚物，最后在50℃真空烘干24小时得到丙烯酸改性聚四氟乙烯纤维，并使用增重法计算其接枝率为9.5％；3)氧化石墨烯水分散液的配制：将0...

【专利技术属性】
技术研发人员：董永春，孙璇，闫其童，刘春燕，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12