[发明专利]石墨烯/硅复合物、石墨烯/硅复合物/聚丙烯腈复合纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了石墨烯/硅复合物、石墨烯/硅复合物/聚丙烯腈复合纤维的制备方法，具体步骤为：(1)复配得到石墨烯/硅复合物；(2)将石墨烯/硅复合物冷冻干燥，得到石墨烯/硅复合物固体；(3)将石墨烯/硅复合物与聚丙烯腈共混，制备纺丝液；(4)湿法纺丝制备石墨烯/硅/聚丙烯腈复合纤维。本发明的石墨烯/硅/聚丙烯腈复合纤维的制备方法，该制备方法所制备的聚丙烯腈复合纤维的力学性能及热稳定性得到明显改善，同时，实现聚丙烯腈复合纤维的抗菌抑菌功能。

技术领域

本发明涉及复合纤维技术领域，特别是涉及一种石墨烯/硅复合物、石墨烯/硅复合物/聚丙烯腈复合纤维的制备方法。

背景技术

聚丙烯腈纤维是指以聚丙烯腈为原料，通过湿法纺丝方法凝固成丝的一种合成纤维，有人造羊毛之称。具有柔软、膨松、易染、色泽鲜艳、耐光、抗菌，根据不怕虫蛀等不同优点的用途的要求可纯纺或与天然纤维混纺，其纺织品被广泛地用于服装、装饰、产业等领域。可与羊毛混纺成毛线，或织成毛毯、地毯等，还可与棉、人造纤维、其他合成纤维混纺，织成各种衣料和室内用品。聚丙烯腈纤维加工的膨体可以纯纺，或与粘胶纤维混纺。

聚丙烯腈纤维在内部大分结构上很独特，呈不规则的螺旋形构象，且没有严格的结晶区，但有高序排列与低序排列之分。其性能极似羊毛，弹性较好,伸长20％时回弹率仍可保持65％，蓬松卷曲而柔软，保暖性比羊毛高15％，有合成羊毛之称。强度22.1～48.5cN/tex，比羊毛高1～2.5倍。耐晒性能优良，露天曝晒一年，强度仅下降20％，可做成窗帘、幕布、篷布、炮衣等。能耐酸、耐氧化剂和一般有机溶剂，但耐碱性较差。纤维软化温度190～230℃。

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维层状结构的一种碳质新材料，也是世界上最薄的材料，具有优异的电学、热学和力学性能。石墨烯的特殊结构及性能使得它在微电子、聚合物复合等领域有广泛的应用。与石墨烯相比，氧化石墨烯具有相同的层状结构，但氧化石墨烯的层间及层片边缘含有含氧官能团(羟基、羧基、羰基和环氧基)，这些官能团使得氧化石墨烯更容易分散在水及有机溶剂中，而且氧化石墨烯的层间距更大，更有利于其他小分子的插层。因此，在聚合物复合方面应用氧化石墨烯来代替石墨烯。

发明专利“一种氧化石墨烯改性PAN碳纤维原丝的制备方法”(申请号201210197201.6)涉及一种氧化石墨烯改性PAN纤维原丝的制备方法，包括：将氧化石墨烯分散在溶剂中，超声分散均匀后，进一步制备含氧化石墨烯的PAN纺丝原液；将上述纺丝原液经过脱单、脱泡后通过湿法纺丝工艺纺丝，最后经过水洗、干燥即得氧化石墨烯改性PAN纤维原丝。本发明工艺简单，成本低，适合工业化生产，所得氧化石墨烯改性的PAN纤维原丝具有取向度高、强度高以及在热稳定化过程中不易发生解取向的特点。发明专利“一种抗紫外腈纶纤维及其制备方法”(申请号201510458503.8)公开了一种抗紫外腈纶纤维及其制备方法。将氧化石墨烯GO、聚丙烯腈PAN、溶剂混合，得到纺丝液，脱泡后进行纺丝、干燥处理，即得到抗紫外腈纶纤维。所制备的腈纶纤维力学性能优异，也具备了良好的抗紫外性能，可应用于抗紫外织物中。众所周知，由于成型过程中发生溶剂和凝固剂双扩散和纺丝溶液发生相分离，当纺丝溶液中聚合物浓度低于临界浓度时，首先在细流表面出现皮层，然后通过此皮层，溶剂从细流内部扩散出来，非溶剂从凝固浴中渗透进去，纺丝液体积发生变化，内部进行凝固。由于皮层颇为刚性，聚合物粒子的合并使内部体系收缩时，皮层不能按比例发生形变，湿纺初生纤维内部产生大空洞或毛细孔，其尺寸可大至几十微米，经拉伸、干燥、热处理后，这样的空洞或毛细孔尺寸会有所减小或闭合，但难于根除，最终影响成品纤维的机械性能。具有空洞或闭合空洞的成品纤维在服用过程中受摩擦易发生纵向开裂(原纤化)。凝固剂浓度越低，纤维内部形成的空隙就越大。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明创新性地提出了一种石墨烯/硅/聚丙烯腈复合纤维的制备方法(此处标题中的石墨烯是指氧化石墨烯或生物质石墨烯，为了更简要的描述技术方案，因此简称为石墨烯)，该制备方法所制备的聚丙烯腈复合纤维的力学性能及热稳定性得到明显改善，同时，实现聚丙烯腈复合纤维抗菌抑菌或者低温远红外、抗菌抑菌等功能。