一种石墨烯增强维纶及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种石墨烯维纶复合纤维及其制备方法，具体地，涉及一种石墨烯增强维纶及其制备方法。


背景技术：

2.维纶是聚乙烯醇缩醛纤维的商品名称，也叫维尼纶。其性能接近棉花，有“合成棉花”之称，是现有合成纤维中吸湿性最大的品种。
3.维纶的柔软及保暖性好，它的相对密度比棉花要小，因此与棉花相同重量的维纶能织出更多的衣料。它的热传导率低，因而保暖性好。维纶的耐磨性和强度也比棉花要好，因此维纶在很多方面可以与棉混纺以节省棉花。维纶主要用于制作外衣、棉毛衫裤、运动衫等针织物，还可用于帆布、渔网、外科手术缝线、自行车轮胎帘子线、过滤材料等。
4.维纶学名聚乙烯醇缩甲醛纤维，不易点燃，近焰熔融收缩，燃烧时顶端有一点火焰，待纤维都融成胶状火焰变大，有浓黑烟，散发苦香气味，燃烧后剩下黑色小珠状颗粒，可用手指压碎。
5.维纶水泥管又名维纶管、维纶水泥电缆保护管、维纶水泥电缆管。维纶水泥管消化吸收国内先进水平，采用电扩孔等先进工艺，用高品质的维纶纤维为基础材料，融入植物纤维、高强高摩维尼纶等原料，选高号水泥作为主原料，通过抄取卷制而成的高新增强维纶水泥管。
6.维纶的分类主要有水溶性维纶和高强维纶，不耐热水的高强高模维纶应用于水泥增强；水溶性维纶应用于拌纺或生产无捻/低捻织物；与蛋白质混纺生产大豆蛋白纤维等。
7.石墨烯是一种新型二维纳米碳材料，因其特殊的结构和材质，具有广泛的应用场景，石墨烯断裂强度比最好的钢材还要高200倍，同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种石墨烯维纶复合纤维及其制备方法，在纤维制备过程中加入石墨烯等添加剂，并进行充分复合，从而进一步提升维纶纤维的抗拉伸强度，延长其使用寿命，并提高抗断裂能力等。
9.为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯增强维纶的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1、聚乙烯醇水洗：将聚乙烯醇进行浸渍、搅拌、水洗；步骤2、聚乙烯醇溶液制备：将水洗后的聚乙烯醇和石墨烯、第一添加剂、第二添加剂均匀混合，溶解并进行加热，将聚乙烯醇制成纺丝原液；步骤3、初过滤：将纺丝原液进行过滤；步骤4、脱泡：将纺丝原液在初过滤的输送过程中产生的气泡去除；步骤5、再次过滤：将脱泡后的纺丝原液再次进行过滤；步骤6、纺丝：将所得的纺丝原液充分混合，通过纺丝计量泵注入凝固浴，进进行脱水凝固，形成初生纤维；步骤7、湿热拉伸：将初生纤维在湿牵伸浴中进行拉伸；步骤8、干热拉伸：将初生纤维进行干燥，并在干燥过程中进行干热拉伸；步骤9、冷却：将干热拉伸后的初生纤
维进行常温冷却；步骤10、切断：将冷却后的初生纤维按所需长度要求切断，得到石墨烯增强维纶；步骤11、保存：将制备得到的石墨烯增强维纶上油后，进行保存。
10.上述的石墨烯增强维纶的制备方法，其中，所述的步骤1中，将聚乙烯醇投入水洗机进行浸渍、搅拌、水洗，时间为1
‑
5小时。
11.上述的石墨烯增强维纶的制备方法，其中，所述的步骤2中，将水洗后的聚乙烯醇和石墨烯、第一添加剂、第二添加剂投入溶解机中均匀混合，通过蒸汽加热的方式溶解，将聚乙烯醇制成纺丝原液。
12.上述的石墨烯增强维纶的制备方法，其中，所述的步骤3中，将纺丝原液通过溶解机的齿轮泵进行过滤，过滤过程中保持温度为90
‑
120℃、流速为280
‑
350l/min。
13.上述的石墨烯增强维纶的制备方法，其中，所述的步骤4中，在保温80
‑
100℃、常压0.01
‑
0.3mpa的条件下，将纺丝原液进行脱泡。
14.上述的石墨烯增强维纶的制备方法，其中，所述的步骤5中，将脱泡后的纺丝原液在压力0.01
‑
0.3mpa、流速25ml/min
‑
175ml/min的的条件下再次进行过滤。
15.上述的石墨烯增强维纶的制备方法，其中，所述的步骤7中，将初生纤维在80℃
‑
98℃的温度的湿牵伸浴中进行拉伸。
16.上述的石墨烯增强维纶的制备方法，其中，所述的步骤8中，在干燥过程中的初生纤维，当其表面温度达到210℃
‑
230℃时，进行干热拉伸。
17.本发明还提供了通过上述的方法制备的石墨烯增强维纶。
18.上述的石墨烯增强维纶，其中，所述的石墨烯增强维纶的原料按质量百分比计包含：聚乙烯醇70％
‑
80％，石墨烯1％
‑
5％，第一添加剂5％
‑
12％，第二添加剂10％
‑
15％；所述的第一添加剂包含硫酸钠和/或硫酸镁；第二添加剂包含乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜中的任意一种或多种。
19.本发明提供的石墨烯增强维纶及其制备方法具有以下优点：
20.本发明将石墨烯加入到维纶纤维中，石墨烯具有良好的延展性和强度，可以增强纤维的抗拉伸性能。
21.本发明制备的石墨烯增强维纶纤维具有抗菌性能提高，防腐蚀效果好，产品保存时间长等特点。
22.本方法制备的石墨烯增强维纶，工艺简单易操作，成本低廉，经济效益高，适合大规模工业化生产。
具体实施方式
23.以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
24.本发明提供的石墨烯增强维纶的制备方法，其包含：步骤1、聚乙烯醇水洗：将聚乙烯醇(pva)原料进行浸渍、搅拌、水洗；步骤2、聚乙烯醇溶液制备：将水洗后的聚乙烯醇原料和石墨烯、第一添加剂、第二添加剂均匀混合，溶解并进行加热，将聚乙烯醇原料制成纺丝原液；步骤3、初过滤：将纺丝原液进行过滤；步骤4、脱泡：将纺丝原液在初过滤的输送过程中产生的气泡去除；步骤5、再次过滤：将脱泡后的纺丝原液再次进行过滤；步骤6、纺丝：将所得的纺丝原液全部进行搅拌，使其充分混合，通过纺丝计量泵注入凝固浴，进进行脱水凝固，形成初生纤维；步骤7、湿热拉伸：将初生纤维在湿牵伸浴中进行拉伸；步骤8、干热拉伸：
将初生纤维进行干燥，并在干燥过程中进行干热拉伸；步骤9、冷却：将干热拉伸后的初生纤维进行常温冷却；步骤10、切断：将冷却后的初生纤维按所需长度要求切断，得到石墨烯增强维纶；步骤11、保存：将制备得到的石墨烯增强维纶上油后，在一定温度下进行保存。
25.该方法中涉及的设备均为本领域中现有设备。
26.优选地，步骤1中，将聚乙烯醇原料投入水洗机进行浸渍、搅拌、水洗，时间为1
‑
5小时。
27.步骤2中，将水洗后的聚乙烯醇原料和石墨烯、第一添加剂、第二添加剂投入溶解机中均匀混合，通过蒸汽加热的方式溶解，将聚乙烯醇原料制成纺丝原液。
28.步骤3中，将纺丝原液通过溶解机的齿轮泵进行过滤，过滤过程中保持温度为90
‑
120℃、流速为280
‑
350l/min。
29.步骤4中，在保温80
‑
100℃、常压0.01
‑
0.3mpa的条件下，将纺丝原液进行脱泡。
30.步骤5中，将脱泡后的纺丝原液在压力0.01
‑
0.3mpa、流速25ml/min
‑
175ml/min的的条件下再次进行过滤。
31.步骤7中，将初生纤维在80℃
‑
98℃的温度的湿牵伸浴中进行拉伸。
32.步骤8中，在干燥过程中的初生纤维，当其表面温度达到210℃
‑
230℃时，进行干热拉伸。
33.本发明还提供了通过该方法制备的石墨烯增强维纶。
34.优选地，该石墨烯增强维纶的原料按质量百分比计包含：聚乙烯醇70％
‑
80％，石墨烯1％
‑
5％，第一添加剂5％
‑
12％，第二添加剂10％
‑
15％。
35.第一添加剂包含硫酸钠和/或硫酸镁；第二添加剂包含乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜中的任意一种或多种。
36.下面结合实施例对本发明提供的石墨烯增强维纶及其制备方法做更进一步描述。
37.实施例1
38.一种石墨烯增强维纶的制备方法，其包含：
39.步骤1、聚乙烯醇水洗：将聚乙烯醇原料投入水洗机进行浸渍、搅拌、水洗，时间为1
‑
5小时。
40.步骤2、聚乙烯醇溶液制备：将水洗后的聚乙烯醇原料和石墨烯、第一添加剂、第二添加剂投入溶解机中均匀混合，通过蒸汽加热的方式溶解，将聚乙烯醇原料制成纺丝原液。
41.步骤3、初过滤：将纺丝原液通过溶解机的齿轮泵进行过滤，过滤过程中保持温度为90
‑
120℃、流速为280
‑
350l/min。
42.步骤4、脱泡：在保温80
‑
100℃、常压0.01
‑
0.3mpa的条件下，将纺丝原液在初过滤的输送过程中产生的气泡去除。
43.步骤5、再次过滤：将脱泡后的纺丝原液在压力0.01
‑
0.3mpa、流速25ml/min～175ml/min的的条件下再次进行过滤。
44.步骤6、纺丝：将所得的纺丝原液充分混合，通过纺丝计量泵注入凝固浴，进进行脱水凝固，形成初生纤维。
45.步骤7、湿热拉伸：将初生纤维在80℃～98℃的温度的湿牵伸浴中进行拉伸。
46.步骤8、干热拉伸：将初生纤维进行干燥，并在初生纤维的干燥过程中，当其表面温度达到210℃～230℃时，进行干热拉伸。
47.步骤9、冷却：将干热拉伸后的初生纤维进行常温冷却。
48.步骤10、切断：将冷却后的初生纤维按所需长度要求切断，得到石墨烯增强维纶。
49.步骤11、保存：将制备得到的石墨烯增强维纶上油后，进行保存。
50.本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯增强维纶。
51.优选地，该石墨烯增强维纶的原料按质量百分比计包含：聚乙烯醇80％，石墨烯1％，第一添加剂5％，第二添加剂14％。
52.第一添加剂为硫酸钠；第二添加剂包含乙二醇。
53.实施例2
54.一种石墨烯增强维纶的制备方法，其包含：
55.步骤1、聚乙烯醇水洗：将聚乙烯醇原料投入水洗机进行浸渍、搅拌、水洗，时间为1
‑
5小时。
56.步骤2、聚乙烯醇溶液制备：将水洗后的聚乙烯醇原料和石墨烯、第一添加剂、第二添加剂投入溶解机中均匀混合，通过蒸汽加热的方式溶解，将聚乙烯醇原料制成纺丝原液。
57.步骤3、初过滤：将纺丝原液通过溶解机的齿轮泵进行过滤，过滤过程中保持温度为90
‑
120℃、流速为280
‑
350l/min。
58.步骤4、脱泡：在保温80
‑
100℃、常压0.01
‑
0.3mpa的条件下，将纺丝原液在初过滤的输送过程中产生的气泡去除。
59.步骤5、再次过滤：将脱泡后的纺丝原液在压力0.01
‑
0.3mpa、流速25ml/min～175ml/min的的条件下再次进行过滤。
60.步骤6、纺丝：将所得的纺丝原液充分混合，通过纺丝计量泵注入凝固浴，进进行脱水凝固，形成初生纤维。
61.步骤7、湿热拉伸：将初生纤维在80℃～98℃的温度的湿牵伸浴中进行拉伸。
62.步骤8、干热拉伸：将初生纤维进行干燥，并在初生纤维的干燥过程中，当其表面温度达到210℃～230℃时，进行干热拉伸。
63.步骤9、冷却：将干热拉伸后的初生纤维进行常温冷却。
64.步骤10、切断：将冷却后的初生纤维按所需长度要求切断，得到石墨烯增强维纶。
65.步骤11、保存：将制备得到的石墨烯增强维纶上油后，进行保存。
66.本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯增强维纶。
67.优选地，该石墨烯增强维纶的原料按质量百分比计包含：聚乙烯醇76％，石墨烯2％，第一添加剂12％，第二添加剂10％。
68.第一添加剂包含硫酸镁；第二添加剂包含丙三醇。
69.实施例3
70.一种石墨烯增强维纶的制备方法，其包含：
71.步骤1、聚乙烯醇水洗：将聚乙烯醇原料投入水洗机进行浸渍、搅拌、水洗，时间为1
‑
5小时。
72.步骤2、聚乙烯醇溶液制备：将水洗后的聚乙烯醇原料和石墨烯、第一添加剂、第二添加剂投入溶解机中均匀混合，通过蒸汽加热的方式溶解，将聚乙烯醇原料制成纺丝原液。
73.步骤3、初过滤：将纺丝原液通过溶解机的齿轮泵进行过滤，过滤过程中保持温度为90
‑
120℃、流速为280
‑
350l/min。
74.步骤4、脱泡：在保温80
‑
100℃、常压0.01
‑
0.3mpa的条件下，将纺丝原液在初过滤的输送过程中产生的气泡去除。
75.步骤5、再次过滤：将脱泡后的纺丝原液在压力0.01
‑
0.3mpa、流速25ml/min～175ml/min的的条件下再次进行过滤。
76.步骤6、纺丝：将所得的纺丝原液充分混合，通过纺丝计量泵注入凝固浴，进进行脱水凝固，形成初生纤维。
77.步骤7、湿热拉伸：将初生纤维在80℃～98℃的温度的湿牵伸浴中进行拉伸。
78.步骤8、干热拉伸：将初生纤维进行干燥，并在初生纤维的干燥过程中，当其表面温度达到210℃～230℃时，进行干热拉伸。
79.步骤9、冷却：将干热拉伸后的初生纤维进行常温冷却。
80.步骤10、切断：将冷却后的初生纤维按所需长度要求切断，得到石墨烯增强维纶。
81.步骤11、保存：将制备得到的石墨烯增强维纶上油后，进行保存。
82.本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯增强维纶。
83.优选地，该石墨烯增强维纶的原料按质量百分比计包含：聚乙烯醇74％，石墨烯3％，第一添加剂11％，第二添加剂12％。
84.第一添加剂包含硫酸钠和硫酸镁；第二添加剂包含二甲基亚砜。
85.实施例4
86.一种石墨烯增强维纶的制备方法，其包含：
87.步骤1、聚乙烯醇水洗：将聚乙烯醇原料投入水洗机进行浸渍、搅拌、水洗，时间为1
‑
5小时。
88.步骤2、聚乙烯醇溶液制备：将水洗后的聚乙烯醇原料和石墨烯、第一添加剂、第二添加剂投入溶解机中均匀混合，通过蒸汽加热的方式溶解，将聚乙烯醇原料制成纺丝原液。
89.步骤3、初过滤：将纺丝原液通过溶解机的齿轮泵进行过滤，过滤过程中保持温度为90
‑
120℃、流速为280
‑
350l/min。
90.步骤4、脱泡：在保温80
‑
100℃、常压0.01
‑
0.3mpa的条件下，将纺丝原液在初过滤的输送过程中产生的气泡去除。
91.步骤5、再次过滤：将脱泡后的纺丝原液在压力0.01
‑
0.3mpa、流速25ml/min～175ml/min的的条件下再次进行过滤。
92.步骤6、纺丝：将所得的纺丝原液充分混合，通过纺丝计量泵注入凝固浴，进进行脱水凝固，形成初生纤维。
93.步骤7、湿热拉伸：将初生纤维在80℃～98℃的温度的湿牵伸浴中进行拉伸。
94.步骤8、干热拉伸：将初生纤维进行干燥，并在初生纤维的干燥过程中，当其表面温度达到210℃～230℃时，进行干热拉伸。
95.步骤9、冷却：将干热拉伸后的初生纤维进行常温冷却。
96.步骤10、切断：将冷却后的初生纤维按所需长度要求切断，得到石墨烯增强维纶。
97.步骤11、保存：将制备得到的石墨烯增强维纶上油后，进行保存。
98.本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯增强维纶。
99.优选地，该石墨烯增强维纶的原料按质量百分比计包含：聚乙烯醇73％，石墨烯4％，第一添加剂10.5％，第二添加剂12.5％。
100.第一添加剂包含硫酸钠；第二添加剂包含乙二醇、丙三醇。
101.实施例5
102.一种石墨烯增强维纶的制备方法，其包含：
103.步骤1、聚乙烯醇水洗：将聚乙烯醇原料投入水洗机进行浸渍、搅拌、水洗，时间为1
‑
5小时。
104.步骤2、聚乙烯醇溶液制备：将水洗后的聚乙烯醇原料和石墨烯、第一添加剂、第二添加剂投入溶解机中均匀混合，通过蒸汽加热的方式溶解，将聚乙烯醇原料制成纺丝原液。
105.步骤3、初过滤：将纺丝原液通过溶解机的齿轮泵进行过滤，过滤过程中保持温度为90
‑
120℃、流速为280
‑
350l/min。
106.步骤4、脱泡：在保温80
‑
100℃、常压0.01
‑
0.3mpa的条件下，将纺丝原液在初过滤的输送过程中产生的气泡去除。
107.步骤5、再次过滤：将脱泡后的纺丝原液在压力0.01
‑
0.3mpa、流速25ml/min～175ml/min的的条件下再次进行过滤。
108.步骤6、纺丝：将所得的纺丝原液充分混合，通过纺丝计量泵注入凝固浴，进进行脱水凝固，形成初生纤维。
109.步骤7、湿热拉伸：将初生纤维在80℃～98℃的温度的湿牵伸浴中进行拉伸。
110.步骤8、干热拉伸：将初生纤维进行干燥，并在初生纤维的干燥过程中，当其表面温度达到210℃～230℃时，进行干热拉伸。
111.步骤9、冷却：将干热拉伸后的初生纤维进行常温冷却。
112.步骤10、切断：将冷却后的初生纤维按所需长度要求切断，得到石墨烯增强维纶。
113.步骤11、保存：将制备得到的石墨烯增强维纶上油后，进行保存。
114.本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯增强维纶。
115.优选地，该石墨烯增强维纶的原料按质量百分比计包含：聚乙烯醇70％，石墨烯5％，第一添加剂10％，第二添加剂15％。
116.第一添加剂包含硫酸镁；第二添加剂包含乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜中的任意多种。
117.本发明提供的石墨烯增强维纶及其制备方法，主要特点是在纤维制备过程中加入石墨烯等添加剂，并进行充分复合，从而进一步提升维纶纤维的抗拉伸强度，延长其使用寿命，并提高抗断裂能力等。制备的石墨烯增强维纶纤维还具有抗菌性能提高，防腐蚀效果好，产品保存时间长等特点。
118.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。