一種電石墨烯復(fù)合纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供了一種石墨烯復(fù)合纖維，包括石墨烯片以及將所述石墨烯片聚合在一起的聚合物，所述聚合物包括超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一種或兩種，所述石墨烯片與聚合物形成相互堆疊的層狀結(jié)構(gòu)且所述石墨烯片沿所述石墨烯復(fù)合纖維的軸向規(guī)整排列。上述石墨烯復(fù)合纖維的制作方法選用氧化石墨烯作為原料，大大提高了石墨烯復(fù)合纖維的拉伸強度；所述聚合物的加入為復(fù)合纖維提供了良好的韌性；紡絲過程采用旋轉(zhuǎn)的凝固劑，給凝膠纖維增加了拉伸力，使其具有高取向和規(guī)整度，大大提高了所得固體纖維的強度；最后的還原過程很好的恢復(fù)了石墨烯的導(dǎo)電性能。
【專利說明】一種電石墨烯復(fù)合纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合纖維材料，特別涉及一種電石墨烯復(fù)合纖維及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]碳纖維是一種性能優(yōu)異的新材料，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性。與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱芙拉纖維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且耐蝕性以及拉伸強度等性能顯著。因此，碳纖維廣泛用于民用，軍用，建筑，化工，工業(yè)，航天以及超級跑車領(lǐng)域。
[0003]石墨烯是一層由碳原子以sp2雜化連接而成的二維碳原子層，具有超高強度、極大的比表面積，高的熱導(dǎo)率以及載流子遷移率等多種優(yōu)異的特質(zhì)，使其在晶體管、超級電容器、選擇透過性膜、增強材料等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。如果能將石墨烯單片超高的強度轉(zhuǎn)化到宏觀材料中，其強度可與碳纖維媲美。研究發(fā)現(xiàn)，通過濕法紡絲技術(shù)，可將氧化石墨烯的液晶溶液轉(zhuǎn)化為的宏觀的石墨烯纖維。然而，所得的石墨烯纖維強度約為100-200MPa，與石墨烯單片的強度仍然相差很多，需要在強度和導(dǎo)電性能進一步提高才能滿足實際應(yīng)用的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目在于提供一種高強度、導(dǎo)電良好的電石墨烯復(fù)合纖維的制備方法。
[0005]一種石墨烯復(fù)合纖維，包括石墨烯片以及將所述石墨烯片聚合在一起的聚合物，所述聚合物包括超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一種或兩種，所述石墨烯片與聚合物形成相互堆疊的層狀結(jié)構(gòu)且所述石墨烯片沿所述石墨烯復(fù)合纖維的軸向規(guī)整排列。
[0006]一種電石墨烯復(fù)合纖維的制備方法，包括:步驟一、在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液，其中所述聚合物包括超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一種或兩種；步驟二、將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600S凝固成絲；步驟三、對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維。
[0007]上述石墨烯復(fù)合纖維的強度主要由石墨烯片間相互作用決定，對于石墨烯片形成的纖維，石墨烯片間主要是范德華力和相互作用，而本實施例中的石墨烯片間存在具有大量官能團的聚合物，所述聚合物通過與石墨烯片上的羥基、羧基形成氫鍵或離子鍵，像膠水一樣把相鄰的石墨烯片“粘”起來，進而增強石墨烯復(fù)合纖維的強度以及導(dǎo)電性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明實施例中一種石墨烯復(fù)合纖維卷繞在聚四氟乙烯滾軸上的數(shù)字相機照片；
[0009]圖2是本發(fā)明實施例中一種石墨烯復(fù)合纖維卷繞在聚四氟乙烯滾軸上的局部掃描電鏡圖；以及
[0010]圖3是圖2中本發(fā)明實施例中一種石墨烯復(fù)合纖維的斷面掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0011]實施例一
[0012]如圖1至3所示，本發(fā)明實施例提供的一種石墨烯復(fù)合纖維包括石墨烯片以及將所述石墨烯片聚合在一起的聚合物，其中所述石墨烯片與聚合物形成緊密堆疊的層狀結(jié)構(gòu)，且所述石墨烯片沿纖維軸向規(guī)整排列，其中所述聚合物為超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一種或兩種。上述石墨烯復(fù)合纖維為黑色纖維，其直徑為5-5000μπι。
[0013]特別如圖2所示，所述纖維內(nèi)部的石墨烯片均沿纖維軸向排列，具有很高的規(guī)整度；特別由圖3所示，石墨烯片與添加的聚合物形成緊密堆積的層狀結(jié)構(gòu)，為其高強度奠定了基礎(chǔ)。
[0014]所述超支化聚合物包括超支化聚酯、超支化聚酰胺以及超支化聚縮水甘油醚中的一種或多種。
[0015]本發(fā)明實施例的石墨烯復(fù)合纖維的強度主要由石墨烯片間相互作用決定，對于純的石墨烯片形成的纖維，石墨烯片間主要是范德華力和相互作用，而本實施例中在石墨烯片間引入具有大量官能團的聚合物，通過與石墨烯片上的羥基、羧基形成氫鍵或離子鍵，像膠水一樣把相鄰的石墨烯片“粘”起來，進而增強石墨烯復(fù)合纖維的強度。
[0016]實施例二
[0017]本發(fā)明實施例提供一種電石墨烯復(fù)合纖維的制備方法，包括:
[0018]步驟一、在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液，其中所述聚合物包括超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一種或兩種；
[0019]步驟二、將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留l-3600s凝固成絲；
[0020]步驟三、對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維。
[0021]所述的電石墨烯復(fù)合纖維的直徑為5-5000 μ m。
[0022]所述超支化聚合物包括超支化聚酯、超支化聚酰胺以及超支化聚縮水甘油醚中的一種或多種。
[0023]所述步驟一中的溶劑包括N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺以及水中的一種或多種。
[0024]所述步驟二中的凝固劑包括NaOH的水溶液、KOH的水溶液、CaCl2的水溶液、NaOH的甲醇溶液、KOH的甲醇溶液、CaC12的甲醇溶液、NaOH的乙醇溶液、KOH的乙醇溶液、CaC12的乙醇溶液、乙醚、乙酸乙酯、丙酮以及石油醚中的一種或者多種。
[0025]所述步驟三中進行還原的方法包括熱還原和化學(xué)還原，所述化學(xué)還原的化學(xué)還原劑包括水合肼、維生素C、賴氨酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫碘酸、乙酸中的一種或者多種。
[0026]本發(fā)明實施例中石墨烯復(fù)合纖維的上述制備方法，可以包括以下多種【具體實施方式】:[0027]1、在本發(fā)明另一實施例中上述步驟可以具體為:
[0028]上述步驟一中，在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、
0.1-100重量份的聚合物聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液具體包括:在反應(yīng)器中加入20mg氧化石墨烯，Ig的N-甲基-2-吡咯烷酮溶劑和2g的超支化聚酯，攪拌I小時后得到超支化聚酯與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液；
[0029]上述步驟二中，將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600S凝固成絲具體包括:將所述超支化聚酯與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液以lmL/h的擠出速度通過直徑為5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的KOH的甲醇溶液中停留50s凝固成絲；
[0030]上述步驟三中，對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維具體包括:對所述凝固成絲的產(chǎn)物使用纏繞器收集后進行洗滌以及40度真空干燥24小時處理，再通過水合肼還原后得到直徑5000 μ m、斷裂強度為400MPa、斷裂伸長率為5%、導(dǎo)電率為200S/m的超支化聚酯與石墨烯的復(fù)合纖維。
[0031]2、在本發(fā)明又一實施例中上述步驟可以具體為:
[0032]上述步驟一中，在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、
0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液具體包括:在反應(yīng)器中加入20mg氧化石墨烯，0.5g的N-甲基-2-吡咯烷酮溶劑以及2mg的超支化聚酰胺，攪拌4小時候得到超支化聚酰胺與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液；
[0033]上述步驟二中，將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600S凝固成絲具體包括:將所述超支化聚酯與石墨烯的納米復(fù)合材料以100mL/h的擠出速度通過直徑為5 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的NaOH甲醇溶液中停留5s凝固成絲；
[0034]上述步驟三中，對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維具體包括:對所述凝固成絲的產(chǎn)物使用纏繞器收集后進行洗滌以及60度真空干燥24小時處理，再通過維生素C還原后得到直徑5 μ m、斷裂強度為450MPa、斷裂伸長率為10%、導(dǎo)電率為2000S/m的超支化聚酰胺與石墨烯的復(fù)合纖維。
[0035]3、在本發(fā)明又一實施例中上述步驟可以具體為:
[0036]上述步驟一中，在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、
0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液具體包括:在反應(yīng)器中加入20mg氧化石墨烯，40g的N, N-二甲基甲酰胺溶劑以及IOOmg的超支化聚縮水甘油醚，攪拌6小時后得到超支化聚縮水甘油醚與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液；
[0037]上述步驟二中，將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600S凝固成絲具體包括:將所述超支化聚縮水甘油醚與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液以10mL/h的擠出速度通過直徑為100 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的乙醚中停留3600s凝固成絲；
[0038]上述步驟三中，對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維具體包括:對所述凝固成絲的產(chǎn)物使用纏繞器收集后進行洗滌以及60度真空干燥24小時處理，再通過維生素C和賴氨酸還原后得到直徑100 μ m、斷裂強度為500MPa、斷裂伸長率為15%、導(dǎo)電率為3000S/m的超支化聚縮水甘油醚與石墨烯的復(fù)合纖維。
[0039]4、在本發(fā)明又一實施例中上述步驟可以具體為:
[0040]上述步驟一中，在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、
0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液具體包括:在反應(yīng)器中加入20mg氧化石墨烯，IOg N, N- 二甲基甲酰胺溶劑以及200mg聚乙烯醇，攪拌24小時后得到聚乙烯醇與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液；
[0041]上述步驟二中，將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600S凝固成絲具體包括:將聚乙烯醇與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液，以20mL/h的擠出速度通過直徑為50 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的丙酮中停留360s凝固成絲；
[0042]上述步驟三中，對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維具體包括:對所述凝固成絲的產(chǎn)物使用纏繞器收集后進行洗滌以及60度真空干燥24小時處理，再通過氫碘酸還原后得到直徑50 μ m、斷裂強度為550MPa、斷裂伸長率為8%、導(dǎo)電率為3500S/m的聚乙烯醇與石墨烯的復(fù)合纖維。
[0043]5、在本發(fā)明又一實施例中上述步驟可以具體為:
[0044]上述步驟一中，在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、
0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液具體包括:在反應(yīng)器中加入20mg氧化石墨烯，IOg的水溶劑以及200mg的超支化聚酰胺,攪拌3小時后得到超支化聚酰胺與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液；
[0045]上述步驟二中，將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600S凝固成絲具體包括:將所述超支化聚酰胺與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液以lmL/h的擠出速度通過直徑為800 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的CaC12水溶液中停留Is凝固成絲；
[0046]上述步驟三中，對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維具體包括:對所述凝固成絲的產(chǎn)物使用纏繞器收集后進行洗滌以及80度真空干燥24小時處理，再通過乙酸還原后得到直徑800 μ m、斷裂強度為450MPa、斷裂伸長率為5%、導(dǎo)電率為1000S/m的超支化聚酰胺與石墨烯的復(fù)合纖維。
[0047]6、在本發(fā)明又一實施例中上述步驟可以具體為:
[0048]上述步驟一中，在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、
0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液具體包括:在反應(yīng)器中加入IOmg的氧化石墨烯，IOg的水溶劑，200mg的超支化聚酰胺,攪拌24小時候得到超支化聚酰胺與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液；
[0049]上述步驟二中，將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600S凝固成絲具體包括:將所述超支化聚酰胺與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液以lmL/h的擠出速度通過直徑為5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的CaC12的乙醇溶液中停留50s凝固成絲；
[0050]上述步驟三中，對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維具體包括:對所述凝固成絲的產(chǎn)物使用纏繞器收集后進行洗滌以及80度真空干燥24小時處理，再通過氫碘酸和乙酸混合物還原后得到直徑5000 μ m、斷裂強度為515MPa、斷裂伸長率為5%、導(dǎo)電率為5000S/m的超支化聚酰胺與石墨烯的復(fù)合纖維。
[0051]7、在本發(fā)明又一實施例中上述步驟可以具體為:
[0052]上述步驟一中，在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、
0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液具體包括:在反應(yīng)器中加入IOmg氧化石墨烯，IOg的N, N- 二甲基甲酰胺溶劑以及200mg的超支化聚酯，攪拌10小時后得到超支化聚酯與石墨烯納米復(fù)合材料紡絲漿液；
[0053]上述步驟二中，將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600S凝固成絲具體包括:將所述超支化聚酯與石墨烯納米復(fù)合材料紡絲衆(zhòng)液以lmL/h的擠出速度通過直徑為5000 μ m的紡絲噴頭,于旋轉(zhuǎn)的乙酸乙酯中停留50s凝固成絲；
[0054]上述步驟三中，對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維具體包括:對所述凝固成絲的產(chǎn)物使用纏繞器收集后進行洗滌以及80度真空干燥24小時處理，再通過KOH還原后得到直徑5000 μ m、斷裂強度為545MPa、斷裂伸長率為5%、導(dǎo)電率為4500S/m的超支化聚酯與石墨烯的復(fù)合纖維。
[0055]8、在本發(fā)明又一實施例中上述步驟可以具體為:
[0056]上述步驟一中，在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、
0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液具體包括:在反應(yīng)瓶中加入IOmg氧化石墨烯，IOg的N, N- 二甲基甲酰胺溶劑，200mg的超支化聚酰胺后，攪拌10小時得到超支化聚酰胺與石墨烯納米復(fù)合材料紡絲漿液；
[0057]上述步驟二中，將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600S凝固成絲具體包括:將所述超支化聚酰胺與石墨烯納米復(fù)合材料紡絲漿液以10mL/h的擠出速度通過直徑為100 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的石油醚中停留50s凝固成絲；
[0058]上述步驟三中，對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維具體包括:對所述凝固成絲的產(chǎn)物使用纏繞器收集后進行洗滌以及80度真空干燥24小時處理，再通過NaOH還原后得到直徑100 μ m、斷裂強度為460MPa、斷裂伸長率為5%、導(dǎo)電率為1200S/m的超支化聚酰胺與石墨烯的復(fù)合纖維。
[0059]9、在本發(fā)明又一實施例中上述步驟可以具體為:
[0060]上述步驟一中，在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、
0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液具體包括:在反應(yīng)器中加入IOmg氧化石墨烯，IOg的N-甲基-2-吡咯烷酮的溶劑以及200mg的超支化聚酯，攪拌5小時候得到超支化聚酯與石墨烯納米復(fù)合材料紡絲漿液；
[0061]上述步驟二中，將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600S凝固成絲具體包括:將所述超支化聚酯與石墨烯納米復(fù)合材料紡絲漿液以5mL/h的擠出速度通過直徑為50 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的石油醚中停留50s凝固成絲；
[0062]上述步驟三中，對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維具體包括:對所述凝固成絲的產(chǎn)物使用纏繞器收集后進行洗滌以及80度真空干燥24小時處理，再通過500度熱還原后得到直徑50 μ m、斷裂強度為525MPa、斷裂伸長率為5%、電導(dǎo)率為2100S/m的超支化酯與石墨烯的復(fù)合纖維。
[0063]10、在本發(fā)明又一實施例中上述步驟可以具體為:
[0064]上述步驟一中，在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、
0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液具體包括:在反應(yīng)器中加入IOmg氧化石墨烯，IOg的N-甲基-2-卩比咯燒酮溶劑以及200mg的聚乙烯醇，攪拌20小時后得到聚乙烯醇與石墨烯納米復(fù)合材料紡絲漿液；
[0065]上述步驟二中，將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600S凝固成絲具體包括:將所述聚乙烯醇與石墨烯納米復(fù)合材料紡絲漿液以15mL/h的擠出速度通過直徑為5 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的KOH乙醇溶液停留50s凝固成絲；
[0066]上述步驟三中，對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維具體包括:對所述凝固成絲的產(chǎn)物使用纏繞器收集后進行洗滌以及80度真空干燥24小時處理，再通過乙酸還原后得到直徑5 μ m、斷裂強度為520MPa、斷裂伸長率為5%、導(dǎo)電率為1300S/m的聚乙烯醇與石墨烯的復(fù)合纖維。
[0067]上述【具體實施方式】中的紡絲噴頭包括紡絲毛細管。
[0068]本發(fā)明實施例選用大片氧化石墨烯作為原料，大大提高了石墨烯復(fù)合纖維的拉伸強度；聚合物的加入為復(fù)合纖維提供了良好的韌性；紡絲工藝與之前相比，去除了通氣，力口熱，反應(yīng)，離心，洗滌等繁瑣步驟，過程大大簡化，容易操作、節(jié)能、環(huán)保；紡絲過程采用旋轉(zhuǎn)的凝固劑，給凝膠纖維增加了拉伸力，使其具有高取向和規(guī)整度，大大提高了所得固體纖維的強度；最后的還原過程很好的恢復(fù)了石墨烯的導(dǎo)電性能，使所得纖維具有可與石墨烯紙(石墨烯紙是由石墨烯溶液抽濾而成的宏觀材料，其形態(tài)類似于紙)相媲美的電導(dǎo)率。本發(fā)明實施例所得石墨烯復(fù)合纖維具有高強度、良好的韌性和高導(dǎo)電率等優(yōu)點，可以大量生產(chǎn)，可廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電織物、材料增強、導(dǎo)電器件等領(lǐng)域。
[0069]下面通過實施例對本發(fā)明進行具體描述，本實施例只用于對本發(fā)明做進一步的說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改變和調(diào)整，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯復(fù)合纖維，包括石墨烯片以及將所述石墨烯片聚合在一起的聚合物，其特征在于，所述聚合物包括超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一種或兩種，所述石墨烯片與所述聚合物形成交錯堆疊的層狀結(jié)構(gòu)且所述石墨烯片沿所述石墨烯復(fù)合纖維的軸向規(guī)整排列。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電石墨烯復(fù)合纖維，其特征在于:所述超支化聚合物包括超支化聚酯、超支化聚酰胺以及超支化聚縮水甘油醚中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種電石墨烯復(fù)合纖維，其特征在于:所述聚合物包括超支化聚酯、超支化聚酰胺、超支化聚縮水甘油醚以及聚乙烯醇中的一種或兩種。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的一種電石墨烯復(fù)合纖維，其特征在于:所述石墨烯復(fù)合纖維的直徑為5-5000 μ m。
5.一種電石墨烯復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟一、在反應(yīng)器中加入I重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液，其中，所述聚合物包括超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一種或兩種； 步驟二、將所述紡絲漿液以Ι-lOOmL/h的擠出速度通過直徑為5-5000 μ m的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留l-3600s凝固成絲； 步驟三、對所述凝固成絲的產(chǎn)物進行洗滌以及真空干燥后，再進行還原得到石墨烯復(fù)合纖維。
6.如權(quán)利要求5所述的一種電石墨烯復(fù)合纖維的制作方法，其特征在于:所述聚合物包括超支化聚酯、超支化聚酰胺、超支化聚縮水甘油醚以及聚乙烯醇中的一種或兩種。
7.如權(quán)利要求6所述的一種電石墨烯復(fù)合纖維的制作方法，其特征在于:所述步驟一中的50-2000重量份的溶劑包括N-甲基-2-吡咯烷酮、N, N-二甲基甲酰胺以及水中的一種或多種。
8.如權(quán)利要求6所述的一種電石墨烯復(fù)合纖維的制作方法，其特征在于:所述步驟二中的凝固劑包括NaOH的水溶液、KOH的水溶液、CaCl 2的水溶液、NaOH的甲醇溶液、KOH的甲醇溶液、CaC12的甲醇溶液、NaOH的乙醇溶液、KOH的乙醇溶液、CaC12的乙醇溶液、乙醚、乙酸乙酯、丙酮以及石油醚中的一種或者多種。
9.如權(quán)利要求6所述的一種電石墨烯復(fù)合纖維的制作方法，其特征在于:所述步驟三中進行還原的方法包括熱還原或化學(xué)還原，所述化學(xué)還原中采用的化學(xué)還原劑包括水合肼、維生素C、賴氨酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫碘酸、乙酸中的一種或者多種。
10.如權(quán)利要求5至9任一項所述的一種電石墨烯復(fù)合纖維的制作方法，其特征在于:所述步驟二中的紡絲噴頭包括紡絲毛細管。
【文檔編號】D01F11/14GK103541043SQ201310332049
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】高超, 胡曉珍, 周曉松, 徐焰 申請人:華為技術(shù)有限公司, 浙江大學(xué)