[发明专利]一种电石墨烯复合纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合纤维材料，特别涉及一种电石墨烯复合纤维及其制备方法。

背景技术

碳纤维是一种性能优异的新材料，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性。与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且耐蚀性以及拉伸强度等性能显著。因此，碳纤维广泛用于民用，军用，建筑，化工，工业，航天以及超级跑车领域。

石墨烯是一层由碳原子以sp2杂化连接而成的二维碳原子层，具有超高强度、极大的比表面积，高的热导率以及载流子迁移率等多种优异的特质，使其在晶体管、超级电容器、选择透过性膜、增强材料等诸多领域具有广泛的应用前景。如果能将石墨烯单片超高的强度转化到宏观材料中，其强度可与碳纤维媲美。研究发现，通过湿法纺丝技术，可将氧化石墨烯的液晶溶液转化为的宏观的石墨烯纤维。然而，所得的石墨烯纤维强度约为100-200MPa，与石墨烯单片的强度仍然相差很多，需要在强度和导电性能进一步提高才能满足实际应用的需求。

发明内容

本发明的目在于提供一种高强度、导电良好的电石墨烯复合纤维的制备方法。

一种石墨烯复合纤维，包括石墨烯片以及将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种或两种，所述石墨烯片与聚合物形成相互堆叠的层状结构且所述石墨烯片沿所述石墨烯复合纤维的轴向规整排列。

一种电石墨烯复合纤维的制备方法，包括：步骤一、在反应器中加入1重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶剂、0.1-100重量份的聚合物，搅拌后得到聚合物与石墨烯的纳米复合材料纺丝浆液，其中所述聚合物包括超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一种或两种；步骤二、将所述纺丝浆液以1-100mL/h的挤出速度通过直径为5-5000μm的纺丝喷头，于旋转的凝固剂中停留1-3600s凝固成丝；步骤三、对所述凝固成丝的产物进行洗涤以及真空干燥后，再进行还原得到石墨烯复合纤维。

上述石墨烯复合纤维的强度主要由石墨烯片间相互作用决定，对于石墨烯片形成的纤维，石墨烯片间主要是范德华力和π-π相互作用，而本实施例中的石墨烯片间存在具有大量官能团的聚合物，所述聚合物通过与石墨烯片上的羟基、羧基形成氢键或离子键，像胶水一样把相邻的石墨烯片“粘”起来，进而增强石墨烯复合纤维的强度以及导电性。

附图说明

图1是本发明实施例中一种石墨烯复合纤维卷绕在聚四氟乙烯滚轴上的数字相机照片；

图2是本发明实施例中一种石墨烯复合纤维卷绕在聚四氟乙烯滚轴上的局部扫描电镜图；以及

图3是图2中本发明实施例中一种石墨烯复合纤维的断面扫描电镜图。

具体实施方式

实施例一

如图1至3所示，本发明实施例提供的一种石墨烯复合纤维包括石墨烯片以及将所述石墨烯片聚合在一起的聚合物，其中所述石墨烯片与聚合物形成紧密堆叠的层状结构，且所述石墨烯片沿纤维轴向规整排列，其中所述聚合物为超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一种或两种。上述石墨烯复合纤维为黑色纤维，其直径为5-5000μm。

特别如图2所示，所述纤维内部的石墨烯片均沿纤维轴向排列，具有很高的规整度；特别由图3所示，石墨烯片与添加的聚合物形成紧密堆积的层状结构，为其高强度奠定了基础。

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缩水甘油醚中的一种或多种。

本发明实施例的石墨烯复合纤维的强度主要由石墨烯片间相互作用决定，对于纯的石墨烯片形成的纤维，石墨烯片间主要是范德华力和π-π相互作用，而本实施例中在石墨烯片间引入具有大量官能团的聚合物，通过与石墨烯片上的羟基、羧基形成氢键或离子键，像胶水一样把相邻的石墨烯片“粘”起来，进而增强石墨烯复合纤维的强度。

实施例二

本发明实施例提供一种电石墨烯复合纤维的制备方法，包括：

步骤一、在反应器中加入1重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶剂、0.1-100重量份的聚合物，搅拌后得到聚合物与石墨烯的纳米复合材料纺丝浆液，其中所述聚合物包括超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一种或两种；

步骤二、将所述纺丝浆液以1-100mL/h的挤出速度通过直径为5-5000μm的纺丝喷头，于旋转的凝固剂中停留1-3600s凝固成丝；