本發(fā)明屬于氧化石墨烯及石墨烯材料制備技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種流延法制備石墨烯纖維及紗線的設(shè)備及方法，所述方法為干法紡絲法。

背景技術(shù)：
石墨烯作為所有碳材料的最基本結(jié)構(gòu)單元，具有真正的單原子層厚度和嚴(yán)格的二維結(jié)構(gòu)，具有很高的機(jī)械強(qiáng)度、彈性、導(dǎo)熱性、電子遷移率（100,000cm2·V-1·s-1）以及量子霍爾效應(yīng)等。自從2010年英國科學(xué)家安德列杰姆和克斯特亞諾沃塞諾發(fā)現(xiàn)石墨烯而獲得諾貝爾獎以來，石墨烯研究達(dá)到前所未有的研究高潮，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯可用于場效應(yīng)晶體管、高頻器件、超級微處理器和單分子探測器等。而由石墨烯為基本單元構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)材料，如薄膜和塊狀材料，可應(yīng)用于可控透氣性膜、各向異性離子傳導(dǎo)體、超級電容器、鋰離子電池以及能源催化等功能材料領(lǐng)域。從實(shí)際應(yīng)用角度考慮，將納米石墨烯材料轉(zhuǎn)變?yōu)楹暧^結(jié)構(gòu)材料中無疑是非常有價值的研究方向。石墨烯研究和應(yīng)用中的一個主要難題是石墨烯宏觀結(jié)構(gòu)的有效組裝，目前比較成功的組裝是得到三維結(jié)構(gòu)的薄膜和塊狀。在組裝宏觀結(jié)構(gòu)為一維結(jié)構(gòu)的石墨烯方面；雖然目前已有制備得到石墨烯纖維，但是，由于石墨烯本身的溶解度低以及粘性差，所以難以制備高強(qiáng)度石墨烯纖維。目前，國內(nèi)外科研工作者分別通過不同的方法制備出了石墨烯纖維。浙江大學(xué)高超等人以及中國科技大學(xué)俞書宏等人選用不同沉淀劑通過濕紡-還原兩步法得到了石墨烯纖維。北京理工大學(xué)曲良體等人通過在玻璃管中高溫水熱反應(yīng)得到了石墨烯纖維。曲良體等的文獻(xiàn)報道，該文獻(xiàn)公開將氧化石墨烯溶液注入到內(nèi)部裝有銅絲的毛細(xì)管中，進(jìn)行水熱合成石墨烯/銅絲的纖維，冷卻后將銅絲除去得到中空的石墨烯微納米管，該方法制備的石墨烯微納米管有一定的柔韌度，但是不能連續(xù)化生產(chǎn)，只能得到石墨烯微納米管，不能得到氧化石墨烯中空纖維，而且該方法后續(xù)處理和除雜操作均耗時很長，有待改進(jìn)或發(fā)展新方法。近幾年，專利CN201180020978.9用于紡制石墨烯帶纖維的工藝，公開了碳納米管展開為石墨烯帶的方法；201410016557.4、CN201210001537.0（由大尺寸氧化石墨烯片制備高強(qiáng)度導(dǎo)電石墨烯纖維的方法）、CN201210001524.3（一種高強(qiáng)度石墨烯有序多孔纖維及其制備方法）、CN201210017773.1（一種石墨烯纖維的制備方法）、CN201210001536.6（一種離子增強(qiáng)石墨烯纖維及其制備方法）、CN201110441254.3（一種高強(qiáng)度宏觀石墨烯導(dǎo)電纖維的制備方法）等公開了不同的濕法纖維制備方法；CN201310064816.6（石墨烯/TiO2纖維的制備方法）公開了濕法制備參雜氧化鈦的工藝；CN201110098809.9（電紡-水熱法制備石墨烯/陶瓷納米晶顆粒復(fù)合材料的方法）公開了濕法靜電紡絲的方法；CN200580000581.8（具有多種結(jié)構(gòu)的微細(xì)碳纖維）公開了軸向垂直的微細(xì)碳纖維的性能；因此一種能高效利用現(xiàn)有、成熟、傳統(tǒng)工業(yè)化設(shè)備，簡便的一步法以及低溫、溫和地制備石墨烯纖維的方法有待開發(fā)，以便更好的大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于為了克服了現(xiàn)有技術(shù)中采用濕法制備石墨烯纖維的制備方法需要烘干耗能大、工藝復(fù)雜的缺陷，提供了一種干法制備石墨烯纖維的方法。本發(fā)明的制備方法操作簡單，條件溫和，原材料成本低；利用本發(fā)明所述的方法制備得到的石墨烯纖維，結(jié)構(gòu)均勻，機(jī)械性能優(yōu)異，易功能化。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種流延法制備石墨烯纖維的方法，步驟如下：一種流延法制備石墨烯纖維的方法，步驟如下：（1）將蠕蟲狀的膨脹石墨、蒸餾水、表面活性劑按照重量份比為1-3：100：0.01-1混合均勻得到混合溶液，混合溶液經(jīng)液體攪拌粉碎機(jī)處理，經(jīng)濃縮后獲得濃度為20~25mg·mL-1的氧化石墨膠體液；（2）將氧化石墨膠體液經(jīng)流延設(shè)備擠出流延到刻槽的聚四氟導(dǎo)帶表面，經(jīng)烘干機(jī)烘干處理形成氧化石墨烯條帶；（3）將氧化石墨烯條帶經(jīng)不銹鋼帶夾持輸出，期間經(jīng)1-5噸的壓力軋輥軋實(shí)，得到厚度為16-100μm，寬度為0.1-0.5mm的氧化石墨烯條帶；（4）將步驟（3）得到的氧化石墨烯條帶經(jīng)流體噴嘴噴射空氣加捻，并用激光束經(jīng)噴嘴尾端的孔射到對應(yīng)的加捻點(diǎn)位置，氧化石墨纖維轉(zhuǎn)變成石墨烯纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結(jié)合牢度，解決了其他方法制備石墨烯復(fù)合纖維強(qiáng)度提高不大的問題，同時輸出到卷繞成型裝置，直接制成一定卷裝容量的帶捻度的石墨烯纖維筒子。所述步驟（1）中的表面活性劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑或兩性表面活性劑，其中陽離子表面活性劑為季銨鹽型陽離子表面活性劑，如十二烷基三甲基氯化銨、陰離子表面活性劑為硬脂酸或十二烷基苯磺酸鈉、兩性表面活性劑為卵磷脂或甜菜堿。所述步驟（1）中混合溶液經(jīng)液體攪拌粉碎機(jī)處理10-1000分鐘，液體攪拌粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為10000-50000r/min。所述步驟（2）中烘干機(jī)烘干處理的溫度為60-80℃。所述步驟（4）采用的激光束具有熱還原的功效。所述步驟（4）采用的激光束為650nm，80-1000毫瓦的激光束4束。向步驟（3）中的氧化石墨烯條帶表層涂加納米功能顆粒、納米功能溶液/乳液、納米材料前驅(qū)體乳液/溶液，制備得到功能化的氧化石墨烯和石墨烯纖維。所述步驟（4）中的流體噴嘴噴射空氣加捻裝置為棉紡企業(yè)使用的噴氣紡紗機(jī)的專用噴嘴以及與其設(shè)計(jì)原理相同的裝置。本發(fā)明的有益效果：1.本發(fā)明提供了一種氧化石墨烯和石墨烯纖維的干法制備方法，該方法操作過程簡便，利用現(xiàn)有紡織設(shè)備直接實(shí)現(xiàn)石墨烯纖維的制備，經(jīng)合理的設(shè)計(jì)和匹配相應(yīng)的成熟配件，用純凈的氧化石墨烯復(fù)合薄膜可以直接得到石墨烯纖維，不需要后續(xù)處理和除雜；可大量獲得石墨烯纖維，在設(shè)備許可的范圍內(nèi)，就可以快速制備出長達(dá)幾萬米長的石墨烯纖維，并形成特定的卷裝，便于下一步的工業(yè)化應(yīng)用；2.利用的構(gòu)筑材料氧化石墨烯來源廣泛，成本低，可以大量連續(xù)生產(chǎn)；3.本發(fā)明制得的石墨烯纖維具有捻度，石墨烯片層間結(jié)合緊密，石墨烯纖維外表及內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，機(jī)械性能優(yōu)秀，柔性好，可彎曲；4.本發(fā)明提供了流延法制備石墨烯纖維及紗線的設(shè)備及方法，所述方法可在氧化石墨復(fù)合薄膜分切前涂敷納米功能材料，得到含均勻分布的納米功能的原位修飾的復(fù)合石墨烯纖維。附圖說明圖1為本發(fā)明流延法制備石墨烯纖維的加工示意圖。圖2為本發(fā)明流延法制備石墨烯纖維（多層復(fù)合）的加工示意圖。具體實(shí)施方式為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1本發(fā)明涉及一種流延制備石墨烯纖維及紗線的裝置及方法，屬于氧化石墨烯及石墨烯材料制備技術(shù)領(lǐng)域。所述方法如下：將蠕蟲狀的膨脹石墨3份、蒸餾水100份和表面活性劑（十二烷基苯磺酸鈉）0.01份的混合溶液經(jīng)轉(zhuǎn)速為5萬轉(zhuǎn)的液體攪拌粉碎機(jī)（乳化機(jī)）處理，獲得氧化石墨膠體液，經(jīng)濃縮后獲得25mg·mL-1氧化石墨膠體液，該膠體經(jīng)流延設(shè)備1擠出流延到刻槽的聚四氟導(dǎo)帶2表面，經(jīng)烘干機(jī)3在60℃條件下烘干處理，而后，條帶經(jīng)不銹鋼帶夾持輸出，期間經(jīng)5噸的壓力軋輥4軋實(shí)，得到厚度為16μm，寬度為0.5mm的氧化石墨烯條帶，條帶經(jīng)流體噴嘴噴射空氣加捻，同時四束650nm，300毫瓦的激光5經(jīng)噴嘴尾端的孔射到對應(yīng)的加捻點(diǎn)位置，氧化石墨纖維轉(zhuǎn)變成石墨烯纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結(jié)合牢度，解決了其他方法制備石墨烯纖維強(qiáng)度提高不大的問題；同時輸出到卷繞成型裝置，直接制成一定卷裝容量的帶捻度的石墨烯纖維筒子6。實(shí)施例2本發(fā)明涉及一種流延制備石墨烯纖維及紗線的裝置及方法，屬于氧化石墨烯及石墨烯材料制備技術(shù)領(lǐng)域。所述方法如下：將蠕蟲狀的膨脹石墨1-3份、蒸餾水100份和表面活性劑（甜菜堿）0.2份的混合溶液經(jīng)轉(zhuǎn)速為1萬轉(zhuǎn)的液體攪拌粉碎機(jī)（乳化機(jī)）處理，獲得氧化石墨膠體液，經(jīng)濃縮后獲得20mg·mL-1氧化石墨膠體液，該膠體經(jīng)流延設(shè)備擠出流延到刻槽的聚四氟導(dǎo)帶表面，經(jīng)烘干機(jī)80℃烘干處理，而后，條帶經(jīng)不銹鋼帶夾持輸出，期間經(jīng)2噸的壓力軋輥軋實(shí)，得到厚度為50μm，寬度為0.5mm的氧化石墨烯條帶。條帶經(jīng)流體噴嘴噴射空氣加捻，同時四束650nm，400毫瓦的激光經(jīng)噴嘴尾端的孔射到對應(yīng)的加捻點(diǎn)位置，氧化石墨纖維轉(zhuǎn)變成石墨烯纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結(jié)合牢度，解決了其他方法制備石墨烯纖維強(qiáng)度提高不大的問題；同時輸出到卷繞成型裝置，直接制成一定卷裝容量的帶捻度的石墨烯纖維筒子。實(shí)施例3本發(fā)明涉及一種流延制備石墨烯纖維及紗線的裝置及方法，屬于氧化石墨烯及石墨烯材料制備技術(shù)領(lǐng)域。所述方法如下：將蠕蟲狀的膨脹石墨1份、蒸餾水100份和表面活性劑（十二烷基三甲基氯化銨）0.03份的混合溶液經(jīng)轉(zhuǎn)速為2萬轉(zhuǎn)的液體攪拌粉碎機(jī)（乳化機(jī)）處理，獲得氧化石墨膠體液，經(jīng)濃縮后獲得25mg·mL-1氧化石墨膠體液，該膠體經(jīng)流延設(shè)備擠出流延到刻槽的聚四氟導(dǎo)帶表面，經(jīng)烘干機(jī)60-80℃烘干處理，而后，條帶經(jīng)不銹鋼帶夾持輸出，期間經(jīng)1噸的壓力軋輥軋實(shí)，得到厚度為16μm，寬度為0.5mm的氧化石墨烯條帶，氧化石墨烯條帶經(jīng)流體噴嘴噴射空氣加捻，同時四束650nm，100毫瓦的激光經(jīng)噴嘴尾端的孔射到對應(yīng)的加捻點(diǎn)位置，氧化石墨纖維轉(zhuǎn)變成石墨烯纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結(jié)合牢度，解決了其他方法制備石墨烯纖維強(qiáng)度提高不大的問題；同時輸出到卷繞成型裝置，直接制成一定卷裝容量的帶捻度的石墨烯纖維筒子。實(shí)施例4本發(fā)明涉及一種流延法制備石墨烯纖維及紗線的裝置及方法，屬于氧化石墨烯及石墨烯材料制備技術(shù)領(lǐng)域。所述方法如下：將蠕蟲狀的膨脹石墨3份、蒸餾水100份和清洗餐具用洗潔精0.01份的混合溶液經(jīng)轉(zhuǎn)速為5萬轉(zhuǎn)的液體攪拌粉碎機(jī)（乳化機(jī)）處理，獲得氧化石墨膠體液，經(jīng)濃縮后獲得25mg·mL-1氧化石墨膠體液，該膠體經(jīng)3套流延設(shè)備1（如圖2所示）分別擠出流延到刻槽的聚四氟導(dǎo)帶2表面，經(jīng)烘干機(jī)3在60℃條件下烘干處理，而后，3根條帶經(jīng)不銹鋼帶夾持輸出，期間經(jīng)5噸的壓力軋輥4軋實(shí)，得到厚度為16μm，寬度為0.5mm的氧化石墨烯條帶，氧化石墨烯條帶經(jīng)流體噴嘴噴射空氣加捻，同時四束650nm，300毫瓦的激光5經(jīng)噴嘴尾端的孔射到對應(yīng)的加捻點(diǎn)位置，氧化石墨纖維轉(zhuǎn)變成石墨烯纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結(jié)合牢度，解決了其他方法制備石墨烯纖維強(qiáng)度提高不大的問題；同時輸出到卷繞成型裝置，直接制成一定卷裝容量的帶捻度的石墨烯纖維筒子6。實(shí)施例5本實(shí)施例的流延法制備石墨烯纖維的方法，步驟如下：（1）將蠕蟲狀的膨脹石墨1Kg、蒸餾水100Kg、表面活性劑0.01Kg混合均勻得到混合溶液，混合溶液經(jīng)轉(zhuǎn)速為10000r/min的液體攪拌粉碎機(jī)處理1000分鐘，經(jīng)濃縮后獲得濃度為20mg·mL-1的氧化石墨膠體液；（2）將氧化石墨膠體液經(jīng)流延設(shè)備擠出流延到刻槽的聚四氟導(dǎo)帶表面，在60℃的條件下經(jīng)烘干機(jī)烘干處理形成氧化石墨烯條帶；（3）將氧化石墨烯條帶經(jīng)不銹鋼帶夾持輸出，期間經(jīng)1噸的壓力軋輥軋實(shí)，得到厚度為16μm，寬度為0.5mm的氧化石墨烯條帶；（4）向步驟（3）中的氧化石墨烯條帶表層涂加納米功能顆粒，將氧化石墨烯條帶經(jīng)流體噴嘴噴射空氣加捻，流體噴嘴噴射空氣加捻裝置為棉紡企業(yè)使用的噴氣紡紗機(jī)的專用噴嘴以及與其設(shè)計(jì)原理相同的裝置，同時用4束650nm，80毫瓦且具有還原功效的激光束經(jīng)噴嘴尾端的孔射到對應(yīng)的加捻點(diǎn)位置，氧化石墨纖維轉(zhuǎn)變成石墨烯纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結(jié)合牢度，解決了其他方法制備石墨烯復(fù)合纖維強(qiáng)度提高不大的問題，同時輸出到卷繞成型裝置，直接制成一定卷裝容量的帶捻度的石墨烯纖維筒子。實(shí)施例6本實(shí)施例的流延法制備石墨烯纖維的方法，步驟如下：（1）將蠕蟲狀的膨脹石墨3Kg、蒸餾水100Kg、表面活性劑（卵磷脂）1Kg混合均勻得到混合溶液，混合溶液經(jīng)轉(zhuǎn)速為50000r/min的液體攪拌粉碎機(jī)處理10分鐘，經(jīng)濃縮后獲得濃度為25mg·mL-1的氧化石墨膠體液；（2）將氧化石墨膠體液經(jīng)流延設(shè)備擠出流延到刻槽的聚四氟導(dǎo)帶表面，在80℃的條件下經(jīng)烘干機(jī)烘干處理形成氧化石墨烯條帶；（3）將氧化石墨烯條帶經(jīng)不銹鋼帶夾持輸出，期間經(jīng)5噸的壓力軋輥軋實(shí)，得到厚度為100μm，寬度為0.1mm的氧化石墨烯條帶；（4）將步驟（3）得到的氧化石墨烯條帶經(jīng)流體噴嘴噴射空氣加捻，流體噴嘴噴射空氣加捻裝置為棉紡企業(yè)使用的噴氣紡紗機(jī)的專用噴嘴以及與其設(shè)計(jì)原理相同的裝置，同時用4束650nm，1000毫瓦且具有還原功效的激光束經(jīng)噴嘴尾端的孔射到對應(yīng)的加捻點(diǎn)位置，氧化石墨纖維轉(zhuǎn)變成石墨烯纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結(jié)合牢度，解決了其他方法制備石墨烯復(fù)合纖維強(qiáng)度提高不大的問題，同時輸出到卷繞成型裝置，直接制成一定卷裝容量的帶捻度的石墨烯纖維筒子。實(shí)施例7本實(shí)施例的流延法制備石墨烯纖維的方法，步驟如下：（1）將蠕蟲狀的膨脹石墨2Kg、蒸餾水100Kg、表面活性劑0.05Kg混合均勻得到混合溶液，混合溶液經(jīng)轉(zhuǎn)速為25000r/min的液體攪拌粉碎機(jī)處理200分鐘，經(jīng)濃縮后獲得濃度為24mg·mL-1的氧化石墨膠體液；（2）將氧化石墨膠體液經(jīng)流延設(shè)備擠出流延到刻槽的聚四氟導(dǎo)帶表面，在60-80℃的條件下經(jīng)烘干機(jī)烘干處理形成氧化石墨烯條帶；（3）將氧化石墨烯條帶經(jīng)不銹鋼帶夾持輸出，期間經(jīng)3噸的壓力軋輥軋實(shí)，得到厚度為50μm，寬度為0.2mm的氧化石墨烯條帶；（4）將步驟（3）得到的氧化石墨烯條帶經(jīng)流體噴嘴噴射空氣加捻，流體噴嘴噴射空氣加捻裝置為棉紡企業(yè)使用的噴氣紡紗機(jī)的專用噴嘴以及與其設(shè)計(jì)原理相同的裝置，同時用4束650nm，500毫瓦且具有還原功效的激光束經(jīng)噴嘴尾端的孔射到對應(yīng)的加捻點(diǎn)位置，氧化石墨纖維轉(zhuǎn)變成石墨烯纖維，加捻同步增加石墨烯片層的結(jié)合牢度，解決了其他方法制備石墨烯復(fù)合纖維強(qiáng)度提高不大的問題，同時輸出到卷繞成型裝置，直接制成一定卷裝容量的帶捻度的石墨烯纖維筒子。