[发明专利]一种石墨烯增强的间位芳香族聚酰胺纤维束及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维领域，尤其涉及一种石墨烯增强的间位芳香族聚酰胺纤维束及其制备方法。

背景技术

芳纶纤维工业化的产品有两种：芳纶1313(全称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维)和芳纶1414(全称为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)。在芳纶纤维生产领域，对位芳酰胺纤维由于其高强高模的力学特性得到了更快的发展，在军事领域、航空航天领域得到了广泛的应用。相比对位芳香族聚酰胺纤维，间位连接的高分子骨架赋予其更为稳定的耐热性能，相比其他纤维材料具有独特的优势。一方面，其热分解温度在400～430℃，在100～200摄氏度间可长期使用不熔化。另一方面，它还有良好的尺寸稳定性，在250℃左右时的热收缩率为1％，在300℃下为5～6％。当火灾发生时，间位芳纶不会燃烧，移开火焰后可迅速自熄。在高温下时，外层织物发生碳化，可阻止火焰的蔓延，形成有效的隔热阻燃效果，在热防护服、赛车服、飞行服和宇航服等领域得到广泛的应用。但是，其力学性能相比芳纶1414要低很多，功能性上局限于阻燃，耐高温等方面，在防静电、抗菌等领域的性能仍不高，限制了其在更广领域的应用。

石墨烯是一种原子厚度的二维材料，具有超高的比表面积、优异的力学性能、高导电率、高导热率和高阻隔性。并且，加入少量石墨烯可同时提高材料的诸多性能，具有超高的性价比，这使其在复合材料方面得到广泛研究。专利

201410269027.0《一种氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法》采用多巴胺改性芳纶纤维和氨基修饰氧化石墨烯进行反应得到改性芳纶纤维，虽然实现了氧化石墨烯的均匀覆盖，但是氧化石墨烯本身具有许多缺陷，相比石墨烯而言无论是力学性能还是电学、导热等性能均明显下降，不能对芳纶纤维起到有效的增强作用。专利201610825066《高性能的石墨烯复合对位芳纶纤维及其制备方法、应用》将石墨烯与聚对苯二甲酰对苯二胺在浓硫酸中溶解混合，湿法纺丝得到复合纤维，这种复合方式将石墨烯引入到聚对苯二甲酰对苯二胺的液晶中，一方面难以保证石墨烯的分散性，因为无论是石墨烯还是改性石墨烯在浓硫酸中的溶解性都不好，极易发生堆叠，形成缺陷，降低产品的性能，另一方面石墨烯的引入会影响液晶的取向，从而大幅降低最终纤维中分子链的取向程度，并不能得到良好的复合效果。结合已有文献和专利技术分析可知，共混复合方法不利于芳纶纤维性能的提升，有效的表面改性是更加合理的选择。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种石墨烯增强的间位芳香族聚酰胺纤维束及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯增强的间位芳香族聚酰胺纤维束，包括间位芳香族聚酰胺纤维和多孔石墨烯球，所述多孔石墨烯球以共价键形式与多根所述间位芳香族聚酰胺纤维相连

一种石墨烯增强的间位芳香族聚酰胺纤维束的制备方法，由以下步骤制备进行：

(1)通过雾化干燥法将尺寸为1～50微米的单层氧化石墨烯分散液干燥，得到褶球状氧化石墨烯，其碳氧比为2.5～5；

(2)将步骤(1)得到的褶球状氧化石墨烯加入DMSO中，搅拌均匀，加入NaOH调控PH>10，褶球状氧化石墨烯与DMSO的质量比为0.1～10:100；

(3)将间位芳香族聚酰胺纤维用丙酮洗涤，除去表面油剂和污渍，干燥后加入到含有10wt％NaOH的乙醇溶液中，搅拌12～24h，取出干燥得到水解的间位芳香族聚酰胺纤维；

(4)将步骤(3)得到的纤维加入丙酮，之后加入过量二异氰酸酯，搅拌反应24h，取出干燥，收卷后得到间位芳香族聚酰胺纤维束；

(5)将步骤(4)得到的纤维束浸泡于步骤(2)得到的分散液中，反应12h，取出纤维束后，在200～400℃下进行热处理，得到石墨烯增强的间位芳香族聚酰胺纤维。

进一步地，所述步骤(1)的雾化干燥温度为130～200℃。

进一步地，所述步骤(3)的间位芳香族聚酰胺纤维为聚间苯二甲酰间苯二胺及其共聚物中的一种。

进一步地，所述步骤(4)中的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)的一种或多种。

进一步地，所述步骤(5)中的热处理气氛为氮气或氩气，升温速度为5℃/min，保温时间为1～5h。