CN104894680B - 一种pps/石墨烯杂化复合纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PPS/石墨烯杂化复合纤维及其制备方法，按重量百分比，杂化复合纤维组分为聚苯硫醚PPS树脂95‑99.9％，石墨烯0.1‑5％。将热还原氧化石墨烯与聚苯硫醚PPS烘干后，挤出造粒，得到PPS/石墨烯杂化复合切片，干燥，然后进行纺丝卷绕拉伸，得到初生丝，牵伸，即得。本发明的PPS/石墨烯杂化复合纤维具有较强的断裂强度；其在氙灯老化处理480h后，仍具有较高的力学性能保持率，达到59.8‑90.6％。
Description
技术领域
本发明属于杂化复合纤维及其制备领域，特别涉及一种PPS/石墨烯杂化复合纤维及其制备方法。
背景技术
PPS纤维是近年来开发的一种耐高温纤维，具有优异的耐热性、耐化学腐蚀性和阻燃性，广泛应用于军工、高温过滤、化学防护领域中。其主要用于工业上燃煤锅炉袋滤室的过滤织物，可在高温、高湿和高腐蚀性气体等极其恶劣的环境条件下长期使用，作为高温工况条件下袋式除尘器的滤料，已经成功应用于铁合金行业、火电厂燃煤工业锅炉、垃圾焚烧炉等的除尘设备等，其性价比高,除尘效果良好。该纤维制成针刺毡带用于造纸工业的烘干带中，是较为理想的耐热和耐腐蚀材料，同时也可用于制作电子工业的特种用纸，这种纤维的针刺非织造布或机织物可用于热的腐蚀性试剂过滤。
PPS具有较强的紫外光吸收性能。紫外辐照后，PPS大分子链吸收光电子，分子链容易被空气中氧气氧化；Ar-S弱键发生断裂，光生自由基与大分子链进一步发生交联，不断发生氧化交联降解反应；宏观上导致PPS制品黄变，导致PPS制品的力学强度急剧下降，脆性大。这导致PPS纤维仅能在避光环境的领域应用。
目前，国内外关于提高PPS纤维光稳定性的研究不多，且提高其光稳定性的效果有限。专利CN102268751A、CN102839446A、CN102477594A采用苯并***衍生物、三嗪类紫外光稳定剂、受阻胺自由基猝灭剂及其复配体系对PPS纤维进行改性，但PPS纤维制备过程中，降解生成含硫自由基，容易影响其有机紫外光稳定剂的光稳定效果；而且作为有机紫外光吸收剂，其热稳定性和耐溶剂抽提性差，难以达到高效长久的紫外光稳定效果。CN101126182A、CN102677218A填充纳米二氧化钛和苯并***衍生物，对PPS纤维进行改性研究。但是，低含量的纳米二氧化钛改性效果有限，且纳米二氧化钛潜在的光催化性能，无法保持PPS纤维的长期高效光稳定性。四川大学叶光斗教授填充纳米炭黑进行改性，力学性能和紫外光稳定性仍有待提高。因此，亟需开发新的改性填料，赋予PPS纤维更高的断裂强度和紫外光稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种PPS/石墨烯杂化复合纤维及其制备方法，本发明制备得到的PPS/石墨烯杂化复合纤维，断裂强度为3.04-3.89cN/dtex，断裂伸长率为15.3-19.2％。在氙灯老化处理后保持PPS纤维的力学强度，处理192h后，断裂强度保持率为86.65-100％，处理480h后，断裂强度保持率为59.8-90.6％。
本发明的一种PPS/石墨烯杂化复合纤维，按重量百分比，杂化复合纤维组分为聚苯硫醚PPS树脂95-99.9％，石墨烯0.1-5％。
所述聚苯硫醚树脂的相对分子质量为3-5万。
所述石墨烯为热还原氧化石墨烯，片层厚度为1-10nm，片层直径为0.5-1.5μm。
所述热还原氧化石墨烯为多缺陷结构，曼光谱中的D峰和G峰强度比ID：IG＝0.8-1.1。
本发明的一种PPS/石墨烯杂化复合纤维的制备方法，包括：
(1)将Hummers法制备的氧化石墨烯进行热还原，然后球磨，得到热还原氧化石墨烯；
(2)将热还原氧化石墨烯与聚苯硫醚PPS烘干后，挤出造粒，得到PPS/石墨烯杂化复合切片，干燥，然后进行纺丝卷绕拉伸，得到初生丝，牵伸，得到PPS/石墨烯杂化复合纤维。
所述步骤(1)中Hummers法制备氧化石墨烯的前驱体微粉石墨(青岛恒利得石墨有限公司)，粒度<2μm。
所述步骤(1)中氧化石墨烯进行热还原具体为：氧化石墨烯加入氧化铝坩埚，置于管式炉中，在N2气氛下，以10℃/min速度升温至300-1000℃，热还原5-60min。
所述步骤(2)中挤出造粒为：双螺杆挤出造粒，造粒温度为285-305℃。
所述步骤(2)中纺丝卷绕拉伸为：熔融纺丝设备中，采用600-1000m/min的纺丝速度进行纺丝卷绕拉伸，纺丝温度为315-325℃。
所述牵伸倍率为3.6-4.2倍。
有益效果
本发明的PPS/石墨烯杂化复合纤维，断裂强度为3.04-3.89cN/dtex，断裂伸长率为15.3-19.2％。在氙灯老化处理后保持PPS纤维的力学强度，处理192h后，断裂强度保持率为86.65-100％，处理480h后，断裂强度保持率为59.8-90.6％。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将Hummers法制备的氧化石墨烯加入氧化铝坩埚，置于高温管式炉中，在N2气氛下，以2℃/min速度升温至1000℃，热还原10min，在球磨机中磨细，得到石墨烯。
然后将干燥的粉体与树脂放入双螺杆挤出机中造粒，制得PPS/石墨烯杂化复合切片；石墨烯的质量分数为0.1％，PPS树脂的质量分数为99.9％。
再将干燥后的PPS/石墨烯杂化复合切片加入熔融纺丝设备中，采用600m/min的纺丝速度进行纺丝卷绕拉伸制得初生丝，经过后牵伸制备PPS的UDY-DT纤维。
熔融纺丝的纺丝工艺如下：
螺杆挤出温度：315-325℃；
箱体温度：315-325℃；
螺杆压力：70-80kgf/cm2；
组件压力：60-80kgf/cm2；
卷绕速度：600m/min；
牵伸倍数：4.2倍。
通过表征，本发明的PPS/石墨烯杂化复合纤维，断裂强度为3.89cN/dtex，断裂伸长率为19.2％，经过氙灯老化处理196h后，纤维断裂强度保持率为86.65％，处理480h后，断裂强度保持率为59.8％。
实施例2
将Hummers法制备的氧化石墨烯加入氧化铝坩埚，置于高温管式炉中，在N2气氛下，以2℃/min速度升温至，300℃，热还原60min，在球磨机中磨细，得到石墨烯。
然后将烘干的粉体与树脂放入双螺杆挤出机中造粒，制得PPS/石墨烯杂化复合切片；石墨烯的质量分数为1.0％，PPS树脂的质量分数为99.0％。
再将干燥后的抗紫外PPS切片加入熔融纺丝设备中，以1000m/min的纺丝速度进行纺丝卷绕拉伸制得初生丝，经过后牵伸制备PPS的UDY-DT纤维。
熔融纺丝的纺丝工艺如下：
螺杆挤出温度：315-325℃；
箱体温度：315-325℃；
螺杆压力：70-80kgf/cm2；
组件压力：60-80kgf/cm2；
卷绕速度：1000m/min；
牵伸倍数：3.8倍。
通过表征，本发明的PPS/石墨烯纤维，断裂强度为3.56cN/dtex，断裂伸长率为18.3％，经过氙灯老化处理196h后，纤维断裂强度保持率为99.5％，处理480h后，断裂强度保持率为89.8％。
实施例3
将Hummers法制备的氧化石墨烯加入氧化铝坩埚，置于高温管式炉中，在N2气氛下，以2℃/min速度升温至300℃，热还原60min，在球磨机中磨细，得到石墨烯。
然后将干燥的粉体与切片放入双螺杆挤出机中造粒，制得PPS/石墨烯杂化复合切片；石墨烯的质量分数为5.0％，PPS树脂的质量分数为95.0％。
再将干燥后的PPS/石墨烯杂化复合切片加入熔融纺丝设备中，以1000m/min的纺丝速度进行纺丝卷绕拉伸制得初生丝，经过后牵伸制备PPS的UDY-DT纤维。
熔融纺丝的纺丝工艺如下：
螺杆挤出温度：315-325℃；
箱体温度：315-325℃；
螺杆压力：70-80kgf/cm2；
组件压力：60-80kgf/cm2；
卷绕速度：1000m/min；
牵伸倍数：3.6倍。
通过表征，本发明的PPS/石墨烯纤维，断裂强度为3.03cN/dtex，断裂伸长率为15.3％，经过氙灯老化处理196h后，纤维断裂强度保持率为100％，处理480h后，断裂强度保持率为90.6％。
Claims (6)
1.一种PPS/石墨烯杂化复合纤维，其特征在于：按重量百分比，杂化复合纤维组分为聚苯硫醚PPS树脂95-99.9％，石墨烯0.1-5％；其中石墨烯为热还原氧化石墨烯，片层厚度为1-10nm，片层直径为0.5-1.5μm；热还原氧化石墨烯为多缺陷结构，拉曼光谱中的D峰和G峰强度比ID：IG＝0.8-1.1。
2.根据权利要求1所述的一种PPS/石墨烯杂化复合纤维，其特征在于：所述聚苯硫醚PPS树脂的相对分子质量为3-5万。
3.一种如权利要求1-2任一所述的PPS/石墨烯杂化复合纤维的制备方法，包括：
(1)将Hummers法制备的氧化石墨烯进行热还原，然后球磨，得到热还原氧化石墨烯；其中氧化石墨烯进行热还原具体为：氧化石墨烯加入氧化铝坩埚，置于管式炉中，在N2气氛下，以10℃/min速度升温至300-1000℃，热还原5-60min；
(2)将热还原氧化石墨烯与聚苯硫醚PPS烘干后，挤出造粒，得到PPS/石墨烯杂化复合切片，干燥，然后进行纺丝卷绕拉伸，得到初生丝，牵伸，得到PPS/石墨烯杂化复合纤维。
4.根据权利要求3所述的一种PPS/石墨烯杂化复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中挤出造粒为：双螺杆挤出造粒，造粒温度为285-305℃。
5.根据权利要求3所述的一种PPS/石墨烯杂化复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中纺丝卷绕拉伸为：熔融纺丝设备中，采用600-1000m/min的纺丝速度进行纺丝卷绕拉伸，纺丝温度为315-325℃。
6.根据权利要求3所述的一种PPS/石墨烯杂化复合纤维的制备方法，其特征在于：所述牵伸倍率为3.6-4.2倍。
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