[发明专利]一种石墨烯复合纤维的制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯复合纤维的制备方法，包括混合溶液制备：按照配比制备石墨烯、聚合物以及溶剂的混合溶液；纤维固化喷丝：采用喷丝头将混合溶液与凝固液混合固化后喷丝生成纤维；多巴胺改性处理：将上步中制备的纤维浸入pH为8.5的多巴胺水溶液中并保持在60℃；引入聚吲哚胺：在步骤S300中获取的纤维表面聚合聚吲哚胺；碳化退火热处理：将干燥后的纤维在2800℃～3200℃温度下碳化1h，随后在750℃～850℃条件下退火1h，本发明通过引入聚吲哚胺、调整聚合物与石墨烯之间的配比以及采取碳化退火工艺，使得石墨烯复合纤维的结构更加紧凑，大大提升了石墨烯复合纤维的机械强度以及热稳定性。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种石墨烯复合纤维的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法。

由于人口增长和工业发展以及新纤维，对纤维的需求迅速增加

需求不断增加。从1938年杜邦公司宣布推出一种名为尼龙的新型合成纤维开始，已经开发出聚酯纤维，丙烯酸纤维和聚氨酯纤维。近年来，正在开发使用新材料的高性能和超高功能纤维和纳米纤维，在这些碳基复合纤维中，添加各种增强材料以提供非弹性，非弹性的，优于其他类型的纤维，可制成轻质，高强度，高弹性的复合材料。

特别地，石墨烯具有六个六边形碳彼此连接以形成二维单层的结构，石墨烯是一种可以通过一次分离石墨一种材料获得的材料。最简单的方法是用透明胶带将其剥离。此外，它可以得到。石墨烯具有高导电率（1 x 10-6Ωcm），电性能，如高电子迁移率，（2650 m2 / g），高弹性（1 TPa），化学安全性。

然而将聚合物引入到石墨烯纤维或石墨烯中，制造出的石墨烯纤维存在机械强度低的缺点，在实际使用过程中容易产生磨损，甚至是折断，限制了石墨烯复合纤维的应用范围，存在一定的缺陷。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种石墨烯复合纤维的制备方法，本发明通过引入聚吲哚胺、调整聚合物与石墨烯之间的配比以及采取碳化退火工艺，使得石墨烯复合纤维的结构更加紧凑，大大提升了石墨烯复合纤维的机械强度以及热稳定性，能有效地解决背景技术提出的问题。

为了解决上述的问题，本发明提出一种石墨烯复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

S100、混合溶液制备：按照配比制备石墨烯、聚合物以及溶剂的混合溶液；

S200、纤维固化喷丝：采用喷丝头将混合溶液与凝固液混合固化后喷丝生成纤维；

S300、多巴胺改性处理：将步骤S200中制备的纤维浸入pH为8.5的多巴胺水溶液中并保持在60℃；

S400、引入聚吲哚胺：在步骤S300中获取的纤维表面聚合聚吲哚胺；

S500、碳化退火热处理：将干燥后的纤维在2800℃～3200℃温度下碳化1h，随后在750℃～850℃条件下退火1h。

进一步改进在于：步骤S100中混合溶液制备的步骤包括：

S101、离心分离分散在水中的液晶石墨烯并去除其中的水分；

S102、加入上述相同量的二甲基甲酰胺，制备分散溶液；

S103、向分散溶液中加入聚合物并混合，制备混合溶液，使得石墨烯和聚合物的重量比为80wt%：20wt%。

进一步改进在于：步骤S100中的聚合物为聚丙烯腈，且聚丙烯腈的分子量为150000～300000。