一种石墨烯改性尼龙6纤维的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯改性尼龙6纤维的制备方法，属于功能性纤维材料技术领域。将石墨烯进行羧基化﹑酰氯化处理后，再经二元胺处理得到表面带有活性氨基的氧化石墨烯；利用氨基化的石墨烯与己内酰胺通过引发剂6-氨基己酸进行聚合反应，制备石墨烯改性的尼龙6熔体，采用熔融纺丝工艺，经纺丝、拉伸，得到石墨烯改性的尼龙6纤维。本发明专利技术技术方案利用氨基化的石墨烯增强尼龙6，提高其与基体树脂的界面粘结强度，有利于提高石墨烯改性尼龙6纤维的整体性能。本发明专利技术制备的纤维材料可以广泛应用于航空航天﹑汽车船舶﹑交通运输﹑机械电子等技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纤维材料
，具体涉及。
技术介绍
尼龙6以其优异的热塑性，作为工业产品它是轮胎帘子线和工程塑料的重要原料。碳材料是地球上最普遍也是最奇妙的一种材料，它可以形成世界上最硬的金刚石，也可以形成最软的石墨。目如，石墨稀已成为备受:瞩目的国际研究如沿和热点材料。制备得到性能优良的石墨烯/聚合物材料的关键是解决石墨烯在基体中分散均匀，并形成良好的界面问题，才能使石墨烯与基体间具有良好的粘结力，将应力传递到石墨烯上，起到增强的效果。中国专利技术专利“注塑级石墨填充高温尼龙及其制作工艺”(CN102898821A)中，运用机械方法将石墨烯分散到尼龙中，出现团聚的现象。中国专利技术专利“一种尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的制备方法”(CN101760011A)中，用氧化石墨与己内酰胺进行原位聚合 ，将尼龙6接枝到石墨烯上，从而将石墨烯分散在尼龙6当中，但其分散性并未得到有效的改善
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种分散性好、界面粘结性好的石墨烯改性尼龙6纤维的制备方法。实现本专利技术目的的技术方案是提供，反应物按重量计，包括如下步骤: 1、将5 20份无机酸加入到I份石墨粉中，超声处理24 48小时，在温度为40 60°C的条件反应I 5小时，得到纯化的石墨粉； 2、将I份纯化的石墨粉与5 20份强氧化性酸混合，在温度为40 110°C的条件下，搅拌、回流反应5 10小时，用微孔滤膜抽滤，反复洗涤至滤液为中性，再在30 70°C的温度下真空干燥，得到氧化石墨烯； 3、将I份氧化石墨与10 20份酰化试剂混合，超声处理I 10小时后，再在温度为50 90°C的条件下，搅拌、回流反应24 48小时，抽滤、洗涤，去除酰化试剂，得到酰化的石墨烯； 4、将I份酰化的石墨烯与I 100份二元胺混合，超声处理I 10小时后，在温度为O 70°C的条件下反应24 48小时，抽滤、洗涤，再在温度为30 70°C的条件下真空干燥处理24 48小时，得到表面带有活性氨基的氧化石墨烯； 5、将I份表面带有活性氨基的氧化石墨烯与I 100份己内酰胺混合，在温度为70 100°C的恒温条件下超声处理I 10小时；再加入I 10份6氨基己酸,在温度为250 280°C的搅拌、氮气气氛条件下，反应5 12小时，得到石墨烯改性的尼龙6纺丝熔体； 6、采用熔融纺丝工艺，经挤出纺丝、拉伸，得到一种石墨烯改性的尼龙6纤维。本专利技术技术方案所述的石墨粉为单层石墨粉、多层石墨粉，或其混合物。所述的无机酸为浓硝酸、浓硫酸、浓盐酸中的一种，或几种的混合。所述的强氧化性酸为浓硝酸、浓硫酸、高锰酸钾和硫酸的混合液，硝酸和硫酸的混合液，高锰酸钾和硝酸的混合液，过氧化氢和硫酸的混合液，过氧化氢和盐酸的混合液，或过氧化氢和硝酸的混合液中的任意一种。所述的酰化试剂为二氯亚砜、甲酰氯、三氯化磷、N-甲基-N-苯基甲酰胺、氯化苯甲酰胆碱中的一种，或其任意组合。所述的二元胺为乙二胺、丁二胺、己二胺、辛二胺、葵二胺、十二胺中的一种，或其任意组合。本专利技术提供的石墨烯改性尼龙6纤维的制备方法，将石墨烯进行羧基化、酰氯化处理后，再经二元胺处理得到表面带有活性氨基的氧化石墨烯；利用氨基化的石墨烯与己内酰胺通过引发剂6-氨基己酸进行聚合反应，制备石墨烯改性的尼龙6熔体，采用熔融纺丝工艺，经纺丝、拉伸，得到石墨烯改性的尼龙6纤维。利用氨基化的石墨烯增强尼龙6，提高其与基体树脂的界面粘结强度，有利于提高石墨烯改性尼龙6纤维的整体性能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于: 1、石墨烯经过羧基化、酰氯化处理后，再将其引入具体特征结构的二元胺，然后利用此氨基化的石墨烯与己内酰胺通过引发剂6-氨基己酸的引发进行聚合反应，生成石墨烯改性的尼龙6，并通过小型的熔融纺丝机进行纺丝并且拉伸，得到石墨烯改性的尼龙6纤维。利用氣基化的石墨稀增强尼龙6,提闻其与基体树脂的界面粘结强度，有利于提闻石墨烯改性尼龙6纤维的整体性能，便于石墨烯的工业化应用； 2、本专利技术提供的制备方法简单易行，所得石墨烯改性的尼龙6纤维中，由于石墨烯表面带有大量的氨基基团，使得接枝到石墨烯上的尼龙6总量增多，在熔融的己内酰胺中表现出良好的分散性，最 后可以均匀的将石墨烯分散在树脂基体中，很好的解决了石墨烯在基体树脂中分散性差的缺点，增加了基体树脂与石墨烯之间的界面强度，为碳纳米材料改性尼龙6纤维的工业化进程提供了新的途径。附图说明图1是本专利技术实施例提供的石墨烯改性尼龙6的红外谱 图2是本专利技术实施例提供的石墨烯改性尼龙6纤维的扫描电镜图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案作进一步说明: 实施例1: 本实施例将石墨粉经过纯化、酸化、酰化、氨基化后再与己内酰胺进行反应，得到氨基化石墨烯改性的尼龙6，通过纺丝制得纤维。具体步骤如下: 1、在300ml三口瓶中，加入Ig经干燥的石墨粉原料和IOOml浓硝酸溶液，超声处理36小时，搅拌并加热至60°C，反应6小时，用孔径为0.22um聚四氟乙烯微孔滤膜抽滤，并用去离子水洗涤至中性，80°C真空干燥24小时后，得到纯化的石墨烯； 2、在300ml三口瓶中，加入步骤I得到的纯化的石墨烯0.5g，高锰酸钾5g和IOOml浓硝酸，超声处理2小时后搅拌并加热到120°C，回流下反应24小时，用孔径为0.22um的微孔滤膜抽滤，并用去离子水洗涤至中性，80°C真空干燥24小时后，得到羧酸化的石墨烯；3、在300ml三口瓶中，加入步骤2中得到的羧酸化的石墨烯0.4g和二氯亚砜10g，超声处理4小时后加热到70°C，搅拌并回流下反应24小时用孔径为0.22um的微孔滤膜抽滤，得到酰化的石墨烯； 4、在300ml三口瓶中，加入步骤3得到的酰化的石墨烯0.3g和乙二胺15g，超声处理2小时后加热到100°C，搅拌并回流下反应24小时，用孔径为0.22um的微孔滤膜抽滤，并用去离子水洗涤3次后，80°C真空干燥24小时后，得到表面带有氨基的石墨烯； 5、在已装有搅拌器的50ml三口瓶中，加入步骤4中得到的氨基化的石墨烯0.1g和己内酰胺IOg, 80°C下超声处理2小时后,加入Ig 6-氨基己酸,搅拌并加热至260°C下反应6h，得到石墨烯改性的尼龙6。参见附图1，它是本实施例提供的石墨烯改性的尼龙6的红外谱图，图中可以看到，在石墨烯中有了尼龙6的特征峰，说明尼龙6已经成功接枝到石墨烯上。以石墨烯改性尼龙6为纺丝原料，在温度为260°C的条件下形成熔融流体，用小型纺丝机进行熔融纺丝，并经卷绕形成初生纤维，卷绕速度为100m/min。再经热拉伸处理，纤维于130°C温度下拉伸4倍，获得到强度为1.4Gpa的成品。参见附图2，它是本实施例提供的石墨烯改性尼龙6纤维的扫描电镜图，可以看到，石墨烯的分散性良好，在纤维上无明显的缺陷。实施例2: 1、在300ml三口瓶中，加入Ig经干燥的石墨粉原料和IOOml浓硝酸溶液，超声处理36小时，然后加热至60°C，反应24小时，用孔径为0.22um聚四氟乙烯微孔滤膜抽滤，并用去离子水洗涤至中性，80°C真空干燥24小时后，得到纯化的石墨烯。2、在300ml三口瓶中，加入步骤I得到的纯化的石墨烯0.5g和I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯改性尼龙6纤维的制备方法，其特征在于，反应物按重量计，包括如下步骤：（1）将5～20份无机酸加入到1份石墨粉中，超声处理24～48小时，在温度为40～60℃的条件反应1～5小时，得到纯化的石墨粉；（2）将1份纯化的石墨粉与5～20份强氧化性酸混合，在温度为?40～110℃的条件下，搅拌、回流反应5～10小时，用微孔滤膜抽滤，反复洗涤至滤液为中性，再在30～70℃的温度下真空干燥，得到氧化石墨烯；（3）将1份氧化石墨与10～20份酰化试剂混合，超声处理1～10小时后，再在温度为50～90℃的条件下，搅拌、回流反应24～48小时，抽滤、洗涤，去除酰化试剂，得到酰化的石墨烯；（4）将1份酰化的石墨烯与1～100份二元胺混合，超声处理1～10小时后，在温度为0～70℃的条件下反应24～48小时，抽滤、洗涤，再在温度为30～70℃的条件下真空干燥处理24～48小时，得到表面带有活性氨基的氧化石墨烯；（5）将1份表面带有活性氨基的氧化石墨烯与1～100份己内酰胺混合，在温度为70～100℃的恒温条件下超声处理1～10小时；再加入1～10份6氨基己酸，在温度为250～280℃的搅拌、氮气气氛条件下，反应5～12小时，得到石墨烯改性的尼龙6纺丝熔体；（6）采用熔融纺丝工艺，经挤出纺丝、拉伸，得到一种石墨烯改性的尼龙6纤维。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴礼兴，侯文俊，唐柏青，陆玲玲，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：