[发明专利]一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维，其特征在于：所述纤维截面呈现异形，纤维表面具有取向的微纤状结构；纤维强度大于100MPa，断裂伸长率大于2％，电导率大于0.1S/cm。

2.根据权利要求1所述的一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维，其特征在于：所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、水溶性淀粉以及它们的衍生物中的一种或几种。

3.一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维的制备方法，包括：

(1)将氧化石墨烯GO添加到碱液中，通过剥离分散处理得到0.2wt％～20wt％GO分散液；然后与质量分数为0.2wt％～20wt％的水溶性聚合物水溶液混合，分散处理，最后添加碱液调节pH值，得到WSP/GO复合纺丝液；

或者将氧化石墨烯GO添加到pH>7、0.1wt％-10wt％的水溶性聚合物WSP水溶液中，通过剥离分散处理，得到分散均匀的复合溶液，最后添加碱液调节pH值，得到WSP/GO复合纺丝液；

其中，所述水溶性聚合物与氧化石墨烯的质量比为1:99～80:20；

(2)将上述纺丝液挤出到凝固浴中固化，经牵伸、干燥和卷绕得到水溶性聚合物/氧化石墨烯复合纤维；

(3)将上述复合纤维在液体环境或气体环境中进行化学或物理还原处理，得到水溶性聚合物/石墨烯复合纤维。

4.根据权利要求3所述的一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的碱液为氢氧化物水溶液、水溶性有机胺水溶液、碳酸盐水溶液、碳酸氢盐水溶液、磷酸盐水溶液、吡啶水溶液中的一种或几种。

5.根据权利要求3所述的一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的纺丝液的pH值为4～13，固含量为0.2wt％～20wt％。

6.根据权利要求3所述的一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的凝固浴处于旋转的容器中或在管道中流动或处于凝固槽中保持静置；凝固浴是由无机酸和无机盐中的一种或几种组成的水溶液或者是由有机酸、醇、胺、酮、酰胺、吡啶、吡咯、水中的一种或几种组成的液体。

7.根据权利要求3所述的一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的牵伸过程中喷头拉伸比为0.2～5。

8.根据权利要求3所述的一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的干燥为远红外辐射干燥、热槽加热、热风加热、微波辐射加热中的一种或几种。

9.根据权利要求3所述的一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的液体环境是含有酸、碱、盐中的一种或几种的水溶液或者是由有机酸、醇、胺、酮、酰胺、砜、吡啶、水中的一种或几种组成的液体；气体环境是空气、氮气、氩气、氨气、氢气、氨气中的一种或几种。

10.根据权利要求3所述的一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的化学还原为在含有还原剂的液体环境或气体环境中进行；其中，所述还原剂为卤化氢、无机碱、肼类化合物、酚类化合物、氨/胺类化合物、含低价硫的化合物、含低价磷的化合物、维生素C及其盐、草酸及其盐、还原性糖、活泼金属及其有机络合物中的一种或几种；还原剂的质量分数为1％～80％；还原温度为-50～300℃；还原时间为5秒～24小时。

11.根据权利要求3所述的一种水溶性聚合物/石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的物理还原为气氛热还原、溶剂热还原、激光辐照、紫外辐照、微波辐射、氙灯照射中的一种或几种；还原温度为150～1500℃；还原时间为5秒～24小时。

12.一种如权利要求1所述的水溶性聚合物/石墨烯复合纤维的应用，其特征在于：编织或与其他纤维混纺加工成织物，将织物或复合纤维直接用于加工成电极并组装成超级电容器、金属离子电池、太阳能电池或传感器；或将织物用于抗静电、导电、电加热、电磁波吸收和屏蔽。