[发明专利]一种导电的高强度的石墨烯增强的聚合物纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯增强的聚合物纤维，尤其涉及一种导电的，高强度，高韧性的石墨烯增强的聚合物纤维的制备方法。

背景技术

石墨烯是一层由碳原子以sp²杂化相连接而形成的二维材料。从2004年被英国的A. K. Geim (K. S. Novoselov, et al. Science, 2004, 306, 666-669)发现至今已引起科学和工业界广泛的关注。这种材料具有已知材料最高的强度（Science, 2008, 321, 385-388），优异的导电性和导热性。以天然石墨为原料，石墨烯的批量生产可以通过化学氧化-还原法来实现（Tung, V. C., et al. Nature Nanotechnol., 2009, 4, 25–29）。这种方法生产出来的石墨烯已经广泛的应用于各种复合材料，从而增加材料的力学性能，导电和导热性能。但是迄今为止，这种石墨烯增强的复合材料仅仅局限于膜材料，尚未有报道其可以应用于其他形状的材料领域。纤维作为一种常见的材料类型，广泛的应用于国防军事和各种民用领域。石墨烯增强的聚合物纤维，可以通过少量的石墨烯的加入，从而实现纤维在力学，导电和导热方面性能的较大提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种导电的高强度的石墨烯增强的聚合物纤维的制备方法

导电的高强度的石墨烯增强的聚合物纤维的制备方法包括以下步骤：

1）将1重量份的氧化石墨烯原料溶于50～5000重量份的溶剂，在1～50Hz的超声浴中处理0.1～1小时，得到氧化石墨烯分散液；

2）将1～1000重量份的聚合物溶解于20～4000000重量份的溶剂，得到聚合物溶液；

3）将步骤1）得到的氧化石墨烯分散液加入到步骤2）得到的聚合物溶液中，边搅拌边加入，完全加入后继续搅拌0.1～48小时，加入1重量份还原剂，离心或者旋蒸处理，浓缩，转入纺丝装置中，从直径为5～1000μm纺丝头中连续匀速挤出，进入凝固液中停留1S～100h成型后收集到滚轴上，得到连续的石墨烯增强的聚合物纤维。

所述的溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇或乙二醇的一种或多种混合组成。所述的聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、羟甲基纤维素、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚酰胺、聚丙烯酰胺或聚苯乙烯中的一种或多种混合组成。所述的还原剂为肼、甲基肼、苯肼、NaOH、KOH、氨水或氢碘酸。所述的凝固液为氯化钙水溶液、氢氧化钠水溶液、硫酸钠水溶液、氯化钙水溶液、硝酸钠水溶液、硝酸钙水溶液、磷酸钠水溶液、氯化铵水溶液、氨水、丙酮、甲醇、四氢呋喃或乙酸乙酯的一种或多种混合组成。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1）原料采用氧化石墨烯，原料易得、成本低；

2）直接将氧化石墨烯和聚合物在溶液中进行共混，不需要除氧，不需要加入催化剂等，整个过程极为简单。

3）采用溶液纺丝的方法制备了石墨烯增强的聚合物纤维，操作简便；

4）制得的石墨烯增强的聚合物纤维有着很好的强度和韧性；

5）制得的石墨烯增强的聚合物纤维有着很好的的抗静电性。

附图说明

图1是石墨烯增强的聚合物纤维的数码相机照片；

图2(a)是石墨烯增强的聚合物纤维扫描电镜照片；

图2(b)是放大的石墨烯增强的聚合物纤维扫描电镜照片。

具体实施方式

导电的高强度的石墨烯增强的聚合物纤维的制备方法包括以下步骤：

1）将1重量份的氧化石墨烯原料溶于50～5000重量份的溶剂，在1～50Hz的超声浴中处理0.1～1小时，得到氧化石墨烯分散液；

2）将1～1000重量份的聚合物溶解于20～4000000重量份的溶剂，得到聚合物溶液；

3）将步骤1）得到的氧化石墨烯分散液加入到步骤2）得到的聚合物溶液中，边搅拌边加入，完全加入后继续搅拌0.1～48小时，加入还原剂，离心或者旋蒸处理，浓缩，转入纺丝装置中，从直径为5～1000μm纺丝头中连续匀速挤出，进入凝固液中停留1S～100h成型后收集到滚轴上，得到连续的石墨烯增强的聚合物纤维。