一种基于石墨烯增强阻燃再生聚酯短纤维的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于再生聚酯纤维材料领域，特别涉及一种基于石墨烯增强阻燃再生聚酯 短纤维的制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，再生聚酯纤维以其环保、绿色、价格竞争优势（同原生聚酯纤维相比）明显 等特点，受到国家各部门的大力支持，并得到了快速发展。再生聚酯纤维是将聚酯瓶片去除 瓶盖、标签及添加剂后，使用物理或化学方法对瓶片进行处理加工而得到的。聚酯纤维属于 熔融可燃性纤维，对再生聚酯纤维进行阻燃化处理，降低其引发火灾的危害性显得十分必 要和迫切。
[0003] 聚酯阻燃改性的方法主要有共聚、共混、后整理等几种方法，其中共混法因工序简 单，耐久性好等优点，而被广泛应用。专利CN102877156A将磷系无卤阻燃剂络合物与聚酯 粉体高速混合后制备阻燃母粒，再将阻燃母粒熔体与再生聚酯熔体混合后纺丝制得永久再 生阻燃涤纶纤维；专利CN102747455A利用废旧聚酯PET瓶片料，通过磷系阻燃剂与废旧聚 酯PET瓶片料共混熔融改性反应制造出阻燃母粒，在常规纺丝条件的基础上，通过优化工 艺改变了磷系阻燃剂热稳定性差，而且由于磷化物的酸性，在纺丝过程中会降低粘度、可纺 性差、疵点多等技术难题。
[0004] 然而添加型磷系阻燃剂的加入会影响再生聚酯纤维力学性能，成为阻燃再生聚酯 纺丝中需要解决的重要问题。自从石墨烯2004年被发现以来，其作为一种新型碳材料立即 引起了科学界的极大关注。石墨烯的二维层状结构使其具有优异的阻燃效应，如片层阻隔 效应等，能够延缓热量的传递、热解产物的扩散、逸出。此外，石墨烯是已知的机械强度最高 的物质且具备化学性能稳定等优点，在聚合物中添加少量的石墨烯便可将聚合物的力学性 能提尚许多。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种基于石墨烯增强阻燃再生聚酯短纤维的制备方法，以解 决现有的再生聚酯纤维力学性能差的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] -种基于石墨烯增强阻燃再生聚酯短纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0008] (1)石墨烯母粒的制备
[0009] 石墨稀经过表面磺酸基团功能化处理，将石墨稀与表面活性剂按照1~5:1的质 量比混合，经搅拌、分散得到石墨烯粒子；将石墨烯粒子加入到聚酯粉料中，采用双螺杆造 粒工艺制得石墨稀母粒；
[0010] (2)磷系无卤阻燃母粒的制备
[0011] 将反应型的磷系无卤阻燃剂与聚酯粉体混合后经螺杆造粒工艺制得含磷颗粒，阻 燃母粒的含磷量为60000~lOOOOOppm ;
[0012] (3)称取石墨烯母粒和磷系无卤阻燃母粒与再生聚酯原料进行混合干燥；干燥在 真空转鼓干燥机中进行，借助真空系统将水分随空气一起抽除，干燥温度为90~140°C ;
[0013] (4)干燥后的原料在螺杆挤出机作用下熔融后的熔体经熔体泵送至均质除杂搅拌 器中进行均一化除杂处理，熔体在均质除杂搅拌器的停留时间为30min~90min ;
[0014] (5)均质除杂后的聚酯熔体经熔体泵送至二级过滤器，过滤后的熔体经设置在管 道上的混合熔体后进入纺丝箱体，纺丝箱温度控制在275~278°C ;
[0015] (6)将纺丝后的纤维进行牵伸加工，即得增强阻燃再生聚酯纤维；
[0016] (7)丝束切断，包装。
[0017] 优选的，步骤（1)中，石墨稀微粒尺寸为500nm~lOOOnm。
[0018] 优选的，步骤（1)中，石墨烯粒子的加入量为聚酯粉料质量的10~20%。
[0019] 优选的，步骤（2)中，磷系无卤阻燃母粒的含磷量在60000~lOOOOOppm。
[0020] 优选的，步骤（3)中，石墨烯母粒和磷系无卤阻燃母粒与再生聚酯原料的质量分 数配比为：2~6%的石墨烯母粒、4~8%的磷系无卤阻燃母粒、86~94%的再生聚酯。
[0021] 优选的，所述再生聚酯原料为以废聚酯纺织品为原料加工的布泡料和再生聚酯瓶 片中的一种或几种。
[0022] 优选的，所述表面活性剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、四氰代二甲基苯醌中的一 种。
[0023] 优选的，所述磷系无卤阻燃剂为N-羟甲基丙酰胺类甲基膦酸酯、羟乙基苯基次膦 酸、甲基膦酸二甲酯、羟丙基苯基次膦酸的一种或几种，粒径为〇. 1~8um。
[0024] 优选的，步骤（4)中的熔体在均质除杂搅拌器中进行均一化除杂处理，最终聚酯 的特性粘度在〇. 64dL/g~0. 68 dL/g，均质除杂搅拌器的真空度为IOPa~70Pa。
[0025] 本发明的另一个目的是提供一种基于石墨烯增强阻燃再生聚酯短纤维。
[0026] 一种基于石墨烯增强阻燃再生聚酯短纤维，由上述制备方法制备得到。
[0027] 本发明的有益效果：
[0028] 本发明的增强阻燃再生聚酯切片纺丝成型好，纤维品质优良；采用的石墨烯能与 磷系阻燃剂产生协同作用，可有效减少阻燃剂的用量，从而降低成本，另外可起到增强作 用，能有效提高纤维力学性能。
[0029] (1)本发明创新性的将石墨烯与磷系无卤阻燃剂结合使用，所提供的基于石墨烯 增强阻燃再生聚酯纺丝成型性好，纤维品质优良；
[0030] (2)本发明中采用的石墨烯不仅对于聚酯纤维具有增强作用，能有效提高纤维的 力学性能（纤维强度提高〇. 5~I. 2cN/dtex);而且能够提高聚酯纤维的热稳定性，阻燃效 率高，能与磷系无卤阻燃剂发生协同阻燃作用，有效减少阻燃剂的添加量，降低成本；
[0031] (3)本发明所采用的石墨烯和磷系无卤阻燃剂均无卤、无毒，符合环境友好型特 征。
[0032] (4)本发明所采用的方法生产工艺流程简单，能耗低，操作方便，适合大批量生产， 可有效通过改变石墨烯母粒的添加量改变聚酯纤维的力学性能和阻燃性能。
[0033] (5)石墨烯电子传输速率高、导电性能优越，将其添加到聚酯材料中，有很好的抗 静电效果。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0035] 实施例1
[0036] (1)石墨稀母粒的制备
[0037] 石墨稀经过表面磺酸基团功能化处理，石墨稀微粒尺寸为500nm~lOOOnm，按照 2:1的质量比将石墨烯与聚乙烯吡咯烷酮搅拌、混合、分散得到石墨烯粒子；将石墨烯粒子 加入到聚酯粉料中，石墨烯粒子的加入量为聚酯粉料质量的10%，采用双螺杆造粒工艺制 得石墨稀母粒；
[0038] (2)磷系无卤阻燃母粒的制备
[0039] 将粒径为0. 1~Sum的N-羟甲基丙酰胺类甲基膦酸酯和甲基膦酸二甲酯的混合 物与聚酯粉体高速混合后经螺杆造粒工艺制得含磷颗粒，阻燃母粒的含磷量在60000ppm ;
[0040] (3)按照质量百分比，称取6%的石墨烯母粒、4%的磷系无卤阻燃母粒、90%的再 生聚酯，进行混合干燥；干燥在真空转鼓干燥机中进行，借助真空系统将水分随空气一起抽 除，干燥温度在90°C ;
[0041] (4)干燥后的原料在螺杆挤出机作用下熔融后经熔体泵送至均质除杂搅拌器，熔 体在均质除杂搅拌器的停留时间在30min，最终聚酯的特性粘度为0. 64dL/g，均质除杂搅 拌器的真空度为IOPa ;
[0042] (5)均质除杂后的聚酯熔体经熔体泵送至二级过滤器，过滤后的熔体经设置在管 道上的混合熔体后进入纺丝箱体，纺丝箱温度控制在275°C ;
[0043] (6)将纺丝后的纤维进行牵伸加工，牵伸加工参数为牵伸倍数2倍，热盘温度为 80°C，热板温度为12