[发明专利]一种高强度高导电性聚乙烯醇/石墨烯复合纤维的制备

说明书

本发明涉及一种高强度高导电性聚乙烯醇/石墨烯复合纤维的制备方法。该方法包括：纺丝液制备；聚乙烯醇/石墨烯初生复合纤维制备，聚乙烯醇/石墨烯复合纤维制备。该方法实现了高电导率聚乙烯醇/石墨烯复合纤维的连续化制备，制备得到的复合纤维具有高电导率和高强度。

技术领域

本发明属于导电复合材料制备领域，特别涉及一种高强度高导电性聚乙烯醇/石墨烯复合纤维的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由单原子构成的二维片层材料，具有优异的导电、导热性能。以石墨烯为导电填料的复合填充型导电纤维材料被广泛的研究和报道。但得到的导电纤维电导率都不高，存在的瓶颈问题主要是分散性差，添加浓度较低。尽管文献报道采用化学改性或原位聚合等方式处理后，添加浓度稍有提高，但远低于炭黑导电复合材料的添加量(40％左右)。而且石墨烯经过经改性处理后原有的SP₂杂化结构被破坏，本征电导性能损失较大。物理方法处理石墨烯(加表面活性剂等)后，虽然添加量有所上升，但分散稳定剂的残留影响基体导电性能，同时纯物理方式提高添加量的途径使材料力学性能变脆，模量大大增加，影响纤维的服用性能和可编织性，制备高强度、高导电、高柔性的聚合物/石墨烯复合纤维成为了行业的痛点问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度高导电性聚乙烯醇/石墨烯复合纤维的制备方法，以克服现有技术中石墨烯导电纤维导电性不高的缺陷。

本发明提供了一种聚乙烯醇/石墨烯复合纤维的制备方法，包括：

(1)将石墨烯分散液、PEDOT:PSS分散液、聚乙烯醇和水混合，脱泡，静置，得到纺丝液，其中纺丝液按照质量百分数包括：聚乙烯醇12-15％，石墨烯1-4％，PEDOT:PSS 1-4％，水77-86％；

(2)将步骤(1)中纺丝液从喷丝板挤出，将得到的初生纤维进入第一道交联凝固浴，交联凝固，再进入第二道凝固浴凝固，然后进入酸解牵伸浴牵伸，再经过浸洗浴、水洗浴、干燥、卷绕，得到聚乙烯醇/石墨烯初生复合纤维；

(3)利用纤维后加工一体机将步骤(2)中聚乙烯醇/石墨烯初生复合纤维在恒温热对辊上进行恒温结晶，使微晶扩展、长大，然后在热对辊上进行干热牵伸，使分子链和微晶取向诱导石墨烯片层沿外力定向排列构筑导电网络，再经过松弛热定型，消除内应力，卷绕，得到聚乙烯醇/石墨烯复合纤维。

所述步骤(1)中石墨烯分散液质量百分浓度为0.8-1.5％。石墨烯分散液为水相体系。

所述步骤(1)中PEDOT:PSS分散液质量百分浓度为1-2wt％；聚乙烯醇为PVA-2099。

所述步骤(1)中脱泡为常温减压脱泡。

所述步骤(2)中喷丝板孔径为0.1-0.2mm，优选0.15mm。

所述步骤(2)中挤出速度为5-10m/min。

所述步骤(2)中第一道交联凝固浴组分按照质量百分浓度为：25-30％Na₂SO₄，0.5-1％NaOH，69-74.5％H₂O。

所述步骤(2)中第二道凝固浴组分为：质量百分浓度为25-30％的Na₂SO₄水溶液。

所述步骤(2)中第一道交联凝固浴温度为25-45℃。

所述步骤(2)中第二道凝固浴温度为35-45℃；牵伸倍数为1-2倍。

所述步骤(2)中酸解牵伸浴组分按照质量百分浓度为：25-27％Na₂SO₄，1-5％HCl，68-74％H₂O。