本发明属于新纺织材料领域，涉及一种石墨烯天丝复合纤维及其制备方法。
背景技术：
石墨烯是一种新型碳纳米轻质材料，具有独特的单原子层二维晶体结构。由于其超高的强度、优异电导率、热导率及透光性以及优良的抗菌、防紫外、远红外等功能。
天丝纤维以木浆为原料经溶剂纺丝方法生产一种新纤维。有棉舒适性、涤纶的强度、毛织物豪华美感和真丝的独特触感及柔软垂坠，在干状态下，均极具韧性。在湿状态下，湿强力远胜于棉的纤维素纤维。纯天然材料，环保的制造流程，绿色环保。
到目前为止，同时具有超强、优异电导率、热导率、防紫外、远红外，优良抗菌且适与皮肤直接接触的舒适服用环保的功能性复合纤维的研究和制备方法尚未见报道，因此开发一种兼具石墨烯及天丝纤维优点的环保服用纤维十分必要。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是提供一种石墨烯天丝复合纤维及其制备方法，将石墨烯引入到天丝纤维中，把石墨烯的功能特性在天丝纤维上体现出来，使功能性优异的天丝纤维赋予良好的导电、导热性、抗菌性、防紫外、远红外等功能，进一步提高天丝纤维力学性能。
技术方案：为解决上述问题，本发明的技术方案是：一种石墨烯天丝复合纤维石墨烯天丝复合纤维，所述石墨烯天丝复合纤维是利用氧化石墨烯溶液与纤维素浆粕加入NMMO(N—甲基吗啉—N氧化物)和水经混合、溶解、过滤、通过干喷湿法工艺纺丝，再通过丝线与氧化石墨烯整理液整理制备而成的。
一种根据所述的石墨烯天丝复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备氧化石墨烯NMMO·H2O溶液：将质量分数10-30％氧化石墨烯溶液加入到质量分数为70-80％的NMMO水溶液混合搅拌3-5h，超声波中处理1-2h，通过减压蒸馏得氧化石墨烯NMMO·H2O溶液；
步骤二：溶解、过滤纺丝混合溶液：在氧化石墨烯NMMO·H2O溶液中加入聚合度600-1000粉碎的木浆、抗菌剂、抗氧化剂，在100℃混合搅拌溶解3-5h，超声波中处理1-2h，于70-80℃下抽真空15-20h，氧化石墨烯与木浆纤维素重量比为1:20-1:80；
步骤三：制备石墨烯天丝复合纤维：将溶解、过滤好的纺丝混合溶液，加入螺杆挤压机，经纺丝、水洗、上油、干燥等后处理工序得到纤维；其中，螺杆挤压机温度90-130℃，喷丝板孔径为10-60μm，孔毛细管长度400-600μm，喷头拉伸比2.60-3.00，气隙长度50-200mm，凝固浴NMMO水溶液浓度为10-30％，凝固浴长度1.5-2.5m，凝固浴温度10-16℃，纺丝速度50-80m/min。
作为优化：所述步骤二中抗菌剂为：AEM5700-A纳米银无机抗菌剂、抗菌防霉剂BM-2、有机硅季铵盐HM98-3、聚己二酰氨基甲酰亚胺盐酸盐、聚已亚甲基盐酸PHMB。
作为优化：所述步骤二中抗氧化剂为：棓酸丙酯、抗氧剂AO-60、抗氧剂2112、SANBO-103R石墨抗氧剂、抗氧剂T501。
一种根据所述的石墨烯天丝复合纤维的制备方法制备出的纤维的处理工艺，所述石墨烯天丝复合纤维是由复合丝线与氧化石墨烯整理液整理制备而成；具体操作如下：
步骤一：制备石墨烯聚氨酯溶液：将质量分数10-30％氧化石墨烯溶液、3-12％偶联剂加入到质量分数为60-70％的树脂溶液混合搅拌3-5h，超声波中处理1-2h，通过减压蒸馏得氧化石墨烯树脂溶液；
步骤二：制备石墨烯天丝复合纤维：氧化石墨烯整理液整理纱线，将上述石墨烯树脂溶液涂覆于上述制备得到石墨烯天丝长丝，所述石墨烯天丝浸润在石墨烯树脂溶液中，轧干80-120轧余率，80-90℃烘干，140-160℃焙烘，得整理好的石墨烯天丝纤维。
作为优化：所述步骤一偶联剂为：铝酸酯偶联剂DL-411、钛酸酯偶联剂SD-109、硼酸脂偶联剂。
作为优化：所述步骤二中树脂溶液为：丙烯酸树脂HK-1029、环氧树脂E-44、聚氨酯HKR-329。
有益效果：本发明的优势如下：
1、本发明中得到的纱线能够充分柔和天丝与石墨烯的优良特性，具有天丝的吸湿性、染色性、舒适性、高强度等优异物理性能，还增添石墨烯柔韧性、导电性及抗菌性，是理想服用纤维。制备过程生产过程中对环境无污染，纤维产品废弃物可自然降解，不会对环境造成破坏，易于形成可循环再生资源。
2、本发明中生产出的所述石墨烯天丝复合纤维：干断裂强度为2.19cN/dtex，湿断裂强度为1.13cN/dtex，初始模量为22.6，断裂伸长率为10.7％，体积电导率为3.9×10-6S/cm，纤维热分解温度为350℃。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
具体实施例一：
一种石墨烯天丝复合纤维石墨烯天丝复合纤维，所述石墨烯天丝复合纤维是利用氧化石墨烯溶液与纤维素浆粕加入NMMO(N—甲基吗啉—N氧化物)和水经混合、溶解、过滤、通过干喷湿法工艺纺丝，再通过丝线与氧化石墨烯整理液整理制备而成的。
一种根据所述的石墨烯天丝复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备氧化石墨烯NMMO·H2O溶液：将质量分数10％氧化石墨烯溶液加入到质量分数为70％的NMMO水溶液混合搅拌3h，超声波中处理1h，通过减压蒸馏得氧化石墨烯NMMO·H2O溶液。
步骤二：溶解、过滤纺丝混合溶液：在氧化石墨烯NMMO·H2O溶液中加入聚合度600粉碎的木浆、抗菌剂、抗氧化剂，在100℃混合搅拌溶解3h，超声波中处理1h，于70℃下抽真空15h，氧化石墨烯与木浆纤维素重量比为1:20。
抗菌剂为：AEM5700-A纳米银无机抗菌剂、抗菌防霉剂BM-2。
抗氧化剂为：棓酸丙酯、抗氧剂AO-60。
步骤三：制备石墨烯天丝复合纤维：将溶解、过滤好的纺丝混合溶液，加入螺杆挤压机，经纺丝、水洗、上油、干燥等后处理工序得到纤维；其中，螺杆挤压机温度90℃，喷丝板孔径为10μm，孔毛细管长度400μm，喷头拉伸比2.60，气隙长度50mm，凝固浴NMMO水溶液浓度为10％，凝固浴长度1.5m，凝固浴温度10℃，纺丝速度50m/min。
一种根据所述的石墨烯天丝复合纤维的制备方法制备出的纤维的处理工艺，所述石墨烯天丝复合纤维是由复合丝线与氧化石墨烯整理液整理制备而成；具体操作如下：
步骤一：制备石墨烯聚氨酯溶液：将质量分数10％氧化石墨烯溶液、3％偶联剂加入到质量分数为60％的树脂溶液混合搅拌3h，超声波中处理1h，通过减压蒸馏得氧化石墨烯树脂溶液；偶联剂为：铝酸酯偶联剂DL-411。
步骤二：制备石墨烯天丝复合纤维：氧化石墨烯整理液整理纱线，将上述石墨烯树脂溶液涂覆于上述制备得到石墨烯天丝长丝，所述石墨烯天丝浸润在石墨烯树脂溶液中，轧干80轧余率，80℃烘干，140℃焙烘，得整理好的石墨烯天丝纤维。树脂溶液为：丙烯酸树脂HK-1029。
具体实施例二：
一种石墨烯天丝复合纤维石墨烯天丝复合纤维，所述石墨烯天丝复合纤维是利用氧化石墨烯溶液与纤维素浆粕加入NMMO(N—甲基吗啉—N氧化物)和水经混合、溶解、过滤、通过干喷湿法工艺纺丝，再通过丝线与氧化石墨烯整理液整理制备而成的。
一种根据所述的石墨烯天丝复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备氧化石墨烯NMMO·H2O溶液：将质量分数30％氧化石墨烯溶液加入到质量分数为80％的NMMO水溶液混合搅拌5h，超声波中处理2h，通过减压蒸馏得氧化石墨烯NMMO·H2O溶液。
步骤二：溶解、过滤纺丝混合溶液：在氧化石墨烯NMMO·H2O溶液中加入聚合度600-1000粉碎的木浆、抗菌剂、抗氧化剂，在100℃混合搅拌溶解5h，超声波中处理2h，于80℃下抽真空20h，氧化石墨烯与木浆纤维素重量比为1:80。
抗菌剂为：有机硅季铵盐HM98-3、聚己二酰氨基甲酰亚胺盐酸盐。
抗氧化剂为：抗氧剂2112、SANBO-103R石墨抗氧剂。
步骤三：制备石墨烯天丝复合纤维：将溶解、过滤好的纺丝混合溶液，加入螺杆挤压机，经纺丝、水洗、上油、干燥等后处理工序得到纤维；其中，螺杆挤压机温度130℃，喷丝板孔径为60μm，孔毛细管长度600μm，喷头拉伸比3.00，气隙长度200mm，凝固浴NMMO水溶液浓度为30％，凝固浴长度2.5m，凝固浴温度16℃，纺丝速度80m/min。
一种根据所述的石墨烯天丝复合纤维的制备方法制备出的纤维的处理工艺，所述石墨烯天丝复合纤维是由复合丝线与氧化石墨烯整理液整理制备而成；具体操作如下：
步骤一：制备石墨烯聚氨酯溶液：将质量分数30％氧化石墨烯溶液、12％偶联剂加入到质量分数为70％的树脂溶液混合搅拌5h，超声波中处理2h，通过减压蒸馏得氧化石墨烯树脂溶液；偶联剂为：钛酸酯偶联剂SD-109。
步骤二：制备石墨烯天丝复合纤维：氧化石墨烯整理液整理纱线，将上述石墨烯树脂溶液涂覆于上述制备得到石墨烯天丝长丝，所述石墨烯天丝浸润在石墨烯树脂溶液中，轧干120轧余率，90℃烘干，160℃焙烘，得整理好的石墨烯天丝纤维。树脂溶液为：环氧树脂E-44。
具体实施例三：
一种石墨烯天丝复合纤维石墨烯天丝复合纤维，所述石墨烯天丝复合纤维是利用氧化石墨烯溶液与纤维素浆粕加入NMMO(N—甲基吗啉—N氧化物)和水经混合、溶解、过滤、通过干喷湿法工艺纺丝，再通过丝线与氧化石墨烯整理液整理制备而成的。
一种根据所述的石墨烯天丝复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备氧化石墨烯NMMO·H2O溶液：将质量分数20％氧化石墨烯溶液加入到质量分数为70-80％的NMMO水溶液混合搅拌4h，超声波中处理1.4h，通过减压蒸馏得氧化石墨烯NMMO·H2O溶液。
步骤二：溶解、过滤纺丝混合溶液：在氧化石墨烯NMMO·H2O溶液中加入聚合度800粉碎的木浆、抗菌剂、抗氧化剂，在100℃混合搅拌溶解4h，超声波中处理1.6h，于76℃下抽真空17h，氧化石墨烯与木浆纤维素重量比为1:50。
抗菌剂为：聚己二酰氨基甲酰亚胺盐酸盐、聚已亚甲基盐酸PHMB。
抗氧化剂为：SANBO-103R石墨抗氧剂、抗氧剂T501。
步骤三：制备石墨烯天丝复合纤维：将溶解、过滤好的纺丝混合溶液，加入螺杆挤压机，经纺丝、水洗、上油、干燥等后处理工序得到纤维；其中，螺杆挤压机温度110℃，喷丝板孔径为40μm，孔毛细管长度500μm，喷头拉伸比2.80，气隙长度130mm，凝固浴NMMO水溶液浓度为20％，凝固浴长度1.7m，凝固浴温度14℃，纺丝速度70m/min。
一种根据所述的石墨烯天丝复合纤维的制备方法制备出的纤维的处理工艺，所述石墨烯天丝复合纤维是由复合丝线与氧化石墨烯整理液整理制备而成；具体操作如下：
步骤一：制备石墨烯聚氨酯溶液：将质量分数20％氧化石墨烯溶液、8％偶联剂加入到质量分数为66％的树脂溶液混合搅拌4h，超声波中处理1.6h，通过减压蒸馏得氧化石墨烯树脂溶液；偶联剂为：硼酸脂偶联剂。
步骤二：制备石墨烯天丝复合纤维：氧化石墨烯整理液整理纱线，将上述石墨烯树脂溶液涂覆于上述制备得到石墨烯天丝长丝，所述石墨烯天丝浸润在石墨烯树脂溶液中，轧干110轧余率，87℃烘干，150℃焙烘，得整理好的石墨烯天丝纤维。树脂溶液为：聚氨酯HKR-329。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。