本發(fā)明屬于紡織材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著高科技的飛速發(fā)展，材料的材質(zhì)、強度、模量、耐氣候、耐腐蝕、耐磨損等性能也在不斷的被翻新，傳統(tǒng)的單一材料已經(jīng)不能完全適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)的需求。陶瓷纖維是用纖維狀輕質(zhì)耐火材料，陶瓷纖維具有重量輕、耐高溫、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱率低、比熱小、耐機械震動等優(yōu)點，在機械、化工、陶瓷、玻璃、電子等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。陶瓷纖維根據(jù)使用功能一般分為耐高溫陶瓷纖維和功能陶瓷纖維，根據(jù)原料可分為普通硅酸鋁陶瓷纖維，高硅酸鋁陶瓷纖維，含Cr2O2、ZrO2或B2O3的硅酸鋁陶瓷纖維，多晶氧化鋁纖維、多晶莫來石纖維、鎂橄欖石纖維等。但是陶瓷纖維由于其質(zhì)地輕，脆性大，不能直接用于紡織領(lǐng)域。中國專利CN2193366Y公開的一種陶瓷纖維合股紗，將陶瓷纖維單紗與玻璃絲或金屬絲相互合股，玻璃絲或金屬絲作為加固紗，提高合股紗的機械強度和可紡性，彌補陶瓷纖維質(zhì)地脆可紡性差的缺點，使陶瓷纖維可運用于紡織領(lǐng)域。中國專利CN203159486U公開的一種能在水性溶液中分散的陶瓷纖維，將陶瓷纖維的表面覆蓋一層聚丙烯酰胺或者丙烯酸乳膠，使陶瓷纖維的表面含有陽離子，或者用鹽酸或者硫酸對陶瓷纖維的表面進(jìn)行處理，使陶瓷纖維的表面含有銀離子，繼而提高陶瓷纖維在水性溶液中的分散性。中國專利CN202152392U公開的一種混合紗線，該混合紗線有防水纖維、天然纖維和陶瓷纖維構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)為在陶瓷纖維的表面先覆蓋一層天然纖維，再覆蓋一層防水纖維，制備得到防水防輻射的混合紗線，且美觀耐用，成本低廉。有上述現(xiàn)有技術(shù)可知，為了將陶瓷纖維運用于紡織領(lǐng)域，多需要與其他纖維相復(fù)合，可是簡單的合股和覆蓋并不能改變陶瓷纖維的可紡性，制備高強有韌性的陶瓷纖維才是解決問題的根本途徑。目前，依據(jù)不同材質(zhì)的陶瓷纖維的特性，陶瓷纖維的制備方法也有很多，如溶劑熱合成法、化學(xué)氣相沉積法、有機聚合物前驅(qū)體轉(zhuǎn)化法、靜電紡絲法、擠壓法、溶膠凝膠法、超細(xì)微粉燒結(jié)法和碳纖維灌漿置換法等，每種方法都含有不同的優(yōu)缺點，因此需要綜合利用多種方法的優(yōu)點，制備得到高強有韌性的陶瓷纖維。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維及其制備方法，采用納米二氧化鈦纖維作為陶瓷纖維，添加含分散劑的石墨烯量子點和環(huán)氧改性的酚醛樹脂，經(jīng)熔融紡絲技術(shù)得到復(fù)合纖維。該方法制備的復(fù)合纖維機械強度優(yōu)異，有韌性，還具有一定的抗菌和抗紫外能力，復(fù)合紡織織造的要求。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維，所述陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維包括陶瓷纖維、石墨烯量子點和樹脂，所述陶瓷纖維為納米二氧化鈦纖維，所述石墨烯量子點為含分散劑的石墨烯量子點，所述樹脂為改性的酚醛樹脂。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維經(jīng)熔融紡絲技術(shù)制備，所述納米二氧化鈦纖維由溶膠凝膠結(jié)合靜電紡絲技術(shù)制備。本發(fā)明還提供一種陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維的制備方法，包括以下步驟：(1)將溶膠凝膠法制備的二氧化鈦前驅(qū)體溶液中，加入PVA溶液混合，經(jīng)靜電紡絲制備形成紡絲膜，將紡絲膜高溫?zé)Y(jié)，得到納米二氧化鈦纖維膜，將納米二氧化鈦纖維膜剪碎形成納米二氧化鈦纖維粉末；(2)將石墨烯量子點加入去離子水中，加入分散劑，以1000-2000W的功率超聲分散1-3h,得到石墨烯量子點水溶液，將石墨烯量子點水溶液經(jīng)真空抽濾干燥得到含分散劑的石墨烯量子點；(3)將改性的酚醛樹脂加熱至120-130℃至熔融后，加入步驟(1)制備的納米二氧化鈦纖維粉末和步驟(2)制備的含分散劑的石墨烯量子點，升溫至150-160℃，以750-1000rpm的速率攪拌，保溫至體系成凝膠狀，經(jīng)熔融紡絲得到陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，PVA溶液中PVA的相對分子量為30000。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，納米二氧化鈦纖維粉末中納米納米二氧化鈦的直徑為230-320nm，納米二氧化鈦纖維的長度為0.5-3mm。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，分散劑為磺酸鹽表面活性劑或者氨基酸類表面活性劑。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，含分散劑的石墨烯量子點中石墨烯量子點與分散劑的質(zhì)量比為1:1。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，改性酚醛樹脂為環(huán)氧改性酚醛樹脂。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，改性的酚醛樹脂、納米二氧化鈦纖維粉末和含分散劑的石墨烯量子點的質(zhì)量比為30-40:20:5-10。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維的直徑為1-3mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明制備的陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維中含有納米陶瓷纖維，納米陶瓷纖維為納米二氧化鈦纖維，納米二氧化鈦纖維為多孔纖維，質(zhì)地輕脆，有利于降低復(fù)合纖維的密度，提高復(fù)合纖維的機械強度，而且納米二氧化鈦纖維還具有優(yōu)異的抗紫外、抗菌、光催化等性能，改善復(fù)合纖維的抗老化性能，延長復(fù)合纖維的使用壽命。(2)本發(fā)明制備的陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維中含有石墨烯量子點，石墨烯量子點具有優(yōu)異的納米尺度效應(yīng)，有利于促進(jìn)改性酚醛樹脂的結(jié)晶和取向排列，提高復(fù)合纖維的機械強度，而且只需要添加少量的石墨烯量子點就能顯著提高復(fù)合纖維的性能，而且含分散劑的石墨烯量子點能很好的分散于體系中，減少團聚的可能。(3)本發(fā)明制備的陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維中含有環(huán)氧改性的酚醛樹脂，環(huán)氧改性的酚醛樹脂具有優(yōu)良的粘結(jié)性能，能將納米二氧化鈦纖維和石墨烯量子點良好的粘結(jié)在一起，同時酚醛樹脂的耐熱性和機械強度較好，有利于提高復(fù)合纖維的強度和韌性。(4)本發(fā)明制備的陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維的制備方法簡單，可操控性強，制備的復(fù)合纖維強度高，韌性好，可紡性好，充分滿足紡織工藝的需求，可用于紡織服裝領(lǐng)域。具體實施方式下面將結(jié)合具體實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。實施例1：(1)按體積份計，將溶膠凝膠法制備的1份的二氧化鈦前驅(qū)體溶液中，加入8份的相對分子量為30000的PVA溶液混合，經(jīng)靜電紡絲制備形成紡絲膜，將紡絲膜高溫?zé)Y(jié)，得到直徑為230nm的納米二氧化鈦纖維膜，將納米二氧化鈦纖維膜剪碎形成長度為0.5mm的納米二氧化鈦纖維粉末。(2)按重量份計，將1份的石墨烯量子點加入98份的去離子水中，加入1份的磺酸鹽表面活性劑或者氨基酸類表面活性劑，以1000W的功率超聲分散1h，得到石墨烯量子點水溶液，將石墨烯量子點水溶液經(jīng)真空抽濾干燥得到含分散劑的石墨烯量子點。(3)按重量份計，將30份的環(huán)氧改性的酚醛樹脂加熱至120℃至熔融后，加入20份的納米二氧化鈦纖維粉末和5份的含分散劑的石墨烯量子點，升溫至150℃，以750rpm的速率攪拌，保溫至體系成凝膠狀，經(jīng)熔融紡絲得到直徑為1mm的陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維。實施例2：(1)按體積份計，將溶膠凝膠法制備的1份的二氧化鈦前驅(qū)體溶液中，加入15份的相對分子量為30000的PVA溶液混合，經(jīng)靜電紡絲制備形成紡絲膜，將紡絲膜高溫?zé)Y(jié)，得到直徑為320nm的納米二氧化鈦纖維膜，將納米二氧化鈦纖維膜剪碎形成長度為3mm的納米二氧化鈦纖維粉末。(2)按重量份計，將1份的石墨烯量子點加入98份的去離子水中，加入1份的磺酸鹽表面活性劑或者氨基酸類表面活性劑，以2000W的功率超聲分散3h，得到石墨烯量子點水溶液，將石墨烯量子點水溶液經(jīng)真空抽濾干燥得到含分散劑的石墨烯量子點。(3)按重量份計，將40份的環(huán)氧改性的酚醛樹脂加熱至130℃至熔融后，加入20份的納米二氧化鈦纖維粉末和10份的含分散劑的石墨烯量子點，升溫至160℃，以1000rpm的速率攪拌，保溫至體系成凝膠狀，經(jīng)熔融紡絲得到直徑為3mm的陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維。實施例3：(1)按體積份計，將溶膠凝膠法制備的1份的二氧化鈦前驅(qū)體溶液中，加入10份的相對分子量為30000的PVA溶液混合，經(jīng)靜電紡絲制備形成紡絲膜，將紡絲膜高溫?zé)Y(jié)，得到直徑為250nm的納米二氧化鈦纖維膜，將納米二氧化鈦纖維膜剪碎形成長度為1mm的納米二氧化鈦纖維粉末。(2)按重量份計，將1份的石墨烯量子點加入98份的去離子水中，加入1份的磺酸鹽表面活性劑或者氨基酸類表面活性劑，以1500W的功率超聲分散2h，得到石墨烯量子點水溶液，將石墨烯量子點水溶液經(jīng)真空抽濾干燥得到含分散劑的石墨烯量子點。(3)按重量份計，將35份的環(huán)氧改性的酚醛樹脂加熱至125℃至熔融后，加入20份的納米二氧化鈦纖維粉末和6份的含分散劑的石墨烯量子點，升溫至155℃，以800rpm的速率攪拌，保溫至體系成凝膠狀，經(jīng)熔融紡絲得到直徑為2.5mm的陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維。實施例4：(1)按體積份計，將溶膠凝膠法制備的1份的二氧化鈦前驅(qū)體溶液中，加入12份的相對分子量為30000的PVA溶液混合，經(jīng)靜電紡絲制備形成紡絲膜，將紡絲膜高溫?zé)Y(jié)，得到直徑為300nm的納米二氧化鈦纖維膜，將納米二氧化鈦纖維膜剪碎形成長度為2.5mm的納米二氧化鈦纖維粉末。(2)按重量份計，將1份的石墨烯量子點加入98份的去離子水中，加入1份的磺酸鹽表面活性劑或者氨基酸類表面活性劑，以2000W的功率超聲分散2h，得到石墨烯量子點水溶液，將石墨烯量子點水溶液經(jīng)真空抽濾干燥得到含分散劑的石墨烯量子點。(3)按重量份計，將30份的環(huán)氧改性的酚醛樹脂加熱至120℃至熔融后，加入20份的納米二氧化鈦纖維粉末和10份的含分散劑的石墨烯量子點，升溫至150℃，以1000rpm的速率攪拌，保溫至體系成凝膠狀，經(jīng)熔融紡絲得到直徑為2mm的陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維。實施例5：(1)按體積份計，將溶膠凝膠法制備的1份的二氧化鈦前驅(qū)體溶液中，加入13份的相對分子量為30000的PVA溶液混合，經(jīng)靜電紡絲制備形成紡絲膜，將紡絲膜高溫?zé)Y(jié)，得到直徑為270nm的納米二氧化鈦纖維膜，將納米二氧化鈦纖維膜剪碎形成長度為2.5mm的納米二氧化鈦纖維粉末。(2)按重量份計，將1份的石墨烯量子點加入98份的去離子水中，加入1份的磺酸鹽表面活性劑或者氨基酸類表面活性劑，以1000W的功率超聲分散2h，得到石墨烯量子點水溶液，將石墨烯量子點水溶液經(jīng)真空抽濾干燥得到含分散劑的石墨烯量子點。(3)按重量份計，將30份的環(huán)氧改性的酚醛樹脂加熱至130℃至熔融后，加入20份的納米二氧化鈦纖維粉末和5份的含分散劑的石墨烯量子點，升溫至150℃，以900rpm的速率攪拌，保溫至體系成凝膠狀，經(jīng)熔融紡絲得到直徑為3mm的陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維。實施例6：(1)按體積份計，將溶膠凝膠法制備的1份的二氧化鈦前驅(qū)體溶液中，加入10份的相對分子量為30000的PVA溶液混合，經(jīng)靜電紡絲制備形成紡絲膜，將紡絲膜高溫?zé)Y(jié)，得到直徑為270nm的納米二氧化鈦纖維膜，將納米二氧化鈦纖維膜剪碎形成長度為1.5mm的納米二氧化鈦纖維粉末。(2)按重量份計，將1份的石墨烯量子點加入98份的去離子水中，加入1份的磺酸鹽表面活性劑或者氨基酸類表面活性劑，以2000W的功率超聲分散3h，得到石墨烯量子點水溶液，將石墨烯量子點水溶液經(jīng)真空抽濾干燥得到含分散劑的石墨烯量子點。(3)按重量份計，將30份的環(huán)氧改性的酚醛樹脂加熱至120℃至熔融后，加入20份的納米二氧化鈦纖維粉末和10份的含分散劑的石墨烯量子點，升溫至150℃，以800rpm的速率攪拌，保溫至體系成凝膠狀，經(jīng)熔融紡絲得到直徑為3mm的陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維。經(jīng)檢測，實施例1-6制備的陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維的機械強度、彎曲性能、抗菌性和抗紫外性的結(jié)果如下所示：實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6斷裂強度(MPa)989592909193彎曲強度(MPa)403534394137斷裂伸長(％)232021232220抗菌性(％)788180797679紫外線透過率(％)655560675958由上表可見，本發(fā)明制備的陶瓷/樹脂/石墨烯量子點復(fù)合纖維的機械強度好，有韌性，還具有一定的抗菌和抗紫外能力，符合紡織工藝的要求。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。當(dāng)前第1頁1 2 3