阅读说明：本技术 一种强韧聚氨酯纳米复合纤维的制备方法 (Preparation method of tough polyurethane nano composite fiber ) 是由 付文 蔡业彬 王丽 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种强韧聚氨酯纳米复合纤维的制备方法,该制备方法是将热塑性聚氨酯溶解于体积比为1：2的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中,配制成浓度为150 mg/ml的热塑性聚氨酯溶液,然后加入浓度为15 mg/ml的改性氧化石墨烯N,N-二甲基甲酰胺分散液,超声分散4小时,制得聚氨酯/改性氧化石墨烯纺丝液,利用静电纺丝技术将纺丝液在一定电压下纺丝,即得聚氨酯纳米复合纤维。该纤维同时具备高强度、高韧性和自修复能力。该纤维能被广泛应用于过滤材料、生物工程材料、防水透湿层压织物等领域。(The invention discloses a preparation method of tough polyurethane nano composite fiber, which is characterized in that thermoplastic polyurethane is dissolved in a solvent with the volume ratio of 1: 2, preparing a thermoplastic polyurethane solution with the concentration of 150mg/ml in a mixed solvent of tetrahydrofuran and N, N-dimethylformamide, then adding a modified graphene oxide N, N-dimethylformamide dispersion liquid with the concentration of 15 mg/ml, performing ultrasonic dispersion for 4 hours to prepare a polyurethane/modified graphene oxide spinning solution, and spinning the spinning solution under a certain voltage by using an electrostatic spinning technology to obtain the polyurethane nano composite fiber. The fiber has high strength, high toughness and self-repairing capability. The fiber can be widely applied to the fields of filter materials, bioengineering materials, waterproof moisture permeable laminated fabrics and the like.)

一种强韧聚氨酯纳米复合纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种强韧聚氨酯纳米复合纤维的制备方法，属纤维生产领域。

背景技术

聚氨酯纤维是指用聚氨酯为原料，经过化学方法加工而成的纤维。聚氨酯纤维共有两大品类。一类是由含有羟基的聚酯链段和芳香双异氰酸酯的镶嵌共聚物（简称聚酯型聚氨酯纤维），另一类是由含有羟基的聚醚链段和芳香双异氰酸酯的镶嵌共聚物（简称聚醚型聚氨酯纤维）。聚氨酯纤维同时具备高强度、高韧性、难燃和耐磨损等优异性能，被广泛应用于过滤材料、生物工程材料、防水透湿层压织物等领域。目前，为了进一步提升聚氨酯纤维的拉伸强度，会加入一些补强填料如石墨烯进行补强。然而，目前许多关于石墨烯补强聚氨酯的报道在提升拉伸强度的同时会牺牲材料延展性。如何同时提升并最优化纤维复合材料的强度与韧性，是材料科学界的一个重要问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种具备高强度、高韧性和自修复能力的强韧聚氨酯纳米复合纤维的制备方法。

本发明提供的一种强韧聚氨酯纳米复合纤维的制备方法，该制备方法是将热塑性聚氨酯溶解于体积比为1：2的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中,配制成浓度为150mg/ml的热塑性聚氨酯溶液，然后加入浓度为15 mg/ml的改性氧化石墨烯N, N-二甲基甲酰胺分散液，超声分散4小时，制得聚氨酯/改性氧化石墨烯纺丝液，利用静电纺丝技术将纺丝液在一定电压下纺丝，即得聚氨酯纳米复合纤维。

所述热塑性聚氨酯为聚酯型或聚醚型聚氨酯。

所述改性氧化石墨烯为氧化石墨烯表面用聚乙烯醇接枝改性而成，且聚乙烯醇在氧化石墨烯表面的接枝率为20～25%。

所述接枝改性用聚乙烯醇的分子量为200～1000。

所述改性氧化石墨烯N, N-二甲基甲酰胺分散液的浓度为15 mg/ml。

聚氨酯与改性氧化石墨烯固含量重量比为100：1。

所述纺丝电压为19～22 kV。

本发明与现有技术相比，具有下述优点和有益效果：

本发明中改性氧化石墨烯表面接枝的聚乙烯醇可与聚氨酯基体生成分子间氢键。氢键的解离能小于碳-碳共价键的解离能。在纤维拉伸过程中，这些氢键会首先发生逐步解离，从而消耗大量应变能，实现纤维强度与韧性的同时提升。在纤维停放或热处理过程中，氢键可重新生成从而实现纤维性能自修复。

具体实施方式

为了更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

称取15 g热塑性聚氨酯溶解于100 ml体积比为1：2的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中，然后加入 10 ml浓度为15 mg/ml的聚乙烯醇-200接枝改性氧化石墨烯N, N-二甲基甲酰胺分散液。超声分散4小时，制得聚氨酯/改性氧化石墨烯纺丝液。利用静电纺丝技术将纺丝液在21 kV电压下纺丝，即得聚氨酯纳米复合纤维。

实施例2

称取15 g热塑性聚氨酯溶解于100 ml体积比为1：2的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中，然后加入 10 ml浓度为15 mg/ml的聚乙烯醇-600接枝改性氧化石墨烯N, N-二甲基甲酰胺分散液。超声分散4小时，制得聚氨酯/改性氧化石墨烯纺丝液。利用静电纺丝技术将纺丝液在21 kV电压下纺丝，即得聚氨酯纳米复合纤维。

实施例3

称取15 g热塑性聚氨酯溶解于100 ml体积比为1：2的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中，然后加入 10 ml浓度为15 mg/ml的聚乙烯醇-1000接枝改性氧化石墨烯N, N-二甲基甲酰胺分散液。超声分散4小时，制得聚氨酯/改性氧化石墨烯纺丝液。利用静电纺丝技术将纺丝液在21 kV电压下纺丝，即得聚氨酯纳米复合纤维。

对比例1

称取15 g热塑性聚氨酯溶解于100 ml体积比为1：2的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中，超声分散4小时，制得聚氨酯/改性氧化石墨烯纺丝液。利用静电纺丝技术将纺丝液在21 kV电压下纺丝，即得聚氨酯纳米复合纤维。

对比例2

称取15 g热塑性聚氨酯溶解于100 ml体积比为1：2的四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂中，然后加入 10 ml浓度为15 mg/ml的氧化石墨烯N, N-二甲基甲酰胺分散液。超声分散4小时，制得聚氨酯/改性氧化石墨烯纺丝液。利用静电纺丝技术将纺丝液在21 kV电压下纺丝，即得聚氨酯纳米复合纤维。

按照实施例1～3和对比例1～2制备的样品主要物理机械性能如表1。从表1可见，纯聚氨酯纤维(对比例1)的拉伸强度、断裂伸长率和断裂能分别为5.2 MPa、420%和0.87*10³ J/m²。聚氨酯/氧化石墨烯纳米复合纤维的拉伸强度上升到11.4 MPa，但断裂伸长率却下降到350%。这表明添加未改性的氧化石墨烯在提升纤维强度的同时，会使纤维的断裂伸长率下降。而添加聚乙烯醇接枝改性氧化石墨烯的纤维，拉伸强度、断裂伸长率和断裂能同时得到提升。

表1 样品主要物理机械性能表

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的保护范围。