[发明专利]一种石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法

权利要求书

1.一种石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：量取两份适量的同一溶剂，其中一份溶剂中加入石墨烯粉末，超声分散均匀后得到石墨烯悬浮液；另一份溶剂中加入适量聚丙烯腈粉末，溶胀1～48小时后水浴缓慢加热至40～75℃，然后搅拌均匀，得到聚丙烯腈溶液；将石墨烯悬浮液少量多次地加入到聚丙烯腈溶液中，在20～75℃条件下搅拌1～24小时后进行脱泡，得到石墨烯改性的聚丙烯腈溶液；

按照质量百分比计，所述的石墨烯占聚丙烯腈的质量百分比为0.01％～10％，所述的聚丙烯腈占石墨烯改性的聚丙烯腈溶液的质量百分比为15％～30％；

步骤2：以步骤1得到的石墨烯改性的聚丙烯腈溶液作为纺丝原液，经湿法或干喷湿纺纺丝工艺，制备得到石墨烯改性的聚丙烯腈原丝；

步骤3：将步骤2得到的石墨烯改性的聚丙烯腈原丝在165～285℃下进行预氧化，然后在保护气氛条件下，300～900℃下低温碳化，900～1800℃下高温碳化，制得石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维。

2.根据权利要求1所述的石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征是：所述的步骤1中，所述的石墨烯包括氧化石墨烯，即片层结构中带有含氧基团的石墨烯。

3.根据权利要求1或2所述的石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征是：所述的步骤1中，石墨烯的片层厚度为0.4nm～10nm，片层直径为0.1μm～100μm。

4.根据权利要求1或2所述的所述的石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征是：所述的聚丙烯腈包括丙烯腈均聚物或丙烯腈共聚物。

5.根据权利要求4所述的所述的石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征是：所述的聚丙烯腈共聚单体包括衣康酸、衣康酸单乙酯、衣康酸单酰胺、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等中的一种或多种单体。

6.根据权利要求1或2所述的石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征是：所述的步骤1中，溶剂包括N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、硫氰酸钠水溶液和硝酸中的一种。

7.根据权利要求1或2所述的石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征是：所述的步骤2中，喷丝板孔径为0.03mm～0.1mm，凝固浴温度为20～70℃，凝固浴浓度为0～80％，总牵伸倍数为5～18倍，纺丝速度为10～100m/min。

8.根据权利要求1或2所述的石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征是：所述的步骤3中，预氧化时间为5～100分钟。

9.根据权利要求1或2所述的石墨烯改性的聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其特征是：所述的步骤3中，低温碳化时间为0.5～20分钟，高温碳化时间为0.3～15分钟。