[发明专利]一种聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维纱的制备方法

摘要

本发明公开了一种聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维纱的制备方法，首先将一定质量的石墨烯添加到二甲基甲酰胺溶剂中，初步搅拌后对其进行超声分散处理，然后将聚丙烯腈粉末添加到溶液中，再次进行搅拌，直到聚丙烯腈完全溶解后再对其进行超声处理，制备均匀的聚丙烯腈/石墨烯混合溶液，最后将纺丝液推入多喷纺丝头中，用带有辅助电极的湿法‑多针静电纺丝的方法将形成的纳米纤维沉积在含有表面活性剂的浴液表面固化，再在引导棒的引导下依次通过导纱针，烘干装置、牵伸装置和卷绕装置，得到具有高取向复合纳米纤维束，将纳米纤维束经过并合加捻形成具有良好力学性能和电导率的纳米纤维纱。

主权项

一种聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维纱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)纺丝液的制备；将0.032g的单层石墨烯溶解到36.8g的N’N二甲基甲酰胺中，用磁力搅拌器在室温下进行初步搅拌后对其进行超声波处理60min，然后将3.2g聚丙烯腈粉末添加到溶液中，再次进行搅拌，直到聚丙烯腈完全溶解，再对其进行超声处理90min，制备得到均匀的聚丙烯腈/石墨烯混合溶液，溶液中聚丙烯腈的质量百分数为8％，石墨烯的质量百分数为0.08％，即在聚丙烯腈/石墨烯复合纤维中石墨烯的质量百分比为1％；(2)浴液的制备；将表面活性剂平平加O溶解在去离子水中，在室温下经磁力搅拌至其完全溶解，溶液的质量百分数为0.5％；(3)聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维束的制备；采用8喷丝头进行湿法——静电纺丝，将纺在浴液表面的纤维经过导丝棒的牵引集束，依次经过导纱针、烘干装置、牵伸装置和卷绕装置，最终形成具有高度取向的连续的纳米纤维束，具体工艺参数如下：纺丝电压为19kV，单针头流量为0.4ml/h，喷丝头尖端与溶液表面的垂直距离为80mm，加热装置的长度为200mm、温度为300℃，卷绕罗拉的线速度为140m/h。辅助电极参数：辅助电极电压14kV，铜片电导率为5.8×107西门子/米，铜片厚度为0.1mm，铜片高度为15mm，辅助电极尺寸为60mm的边长为带圆角的正方形，圆角半径为10mm；其中，纺丝板上设置有8个纺丝头，第一卷绕罗拉，集束装置以及加捻装置依次设置，其中，集束装置设置有锥形孔，锥形孔的大口端为输入端，锥形孔的小口端为输出端，加捻装置包括加捻电机、连接在加捻电机的动力输出轴的支架、可转动的安装在支架上的第二卷绕罗拉以及安装在支架上并且驱动第二卷绕罗拉旋转的卷绕电机，第二卷绕罗拉与加捻电机的动力输出轴二者轴线垂直，集束后的聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维束加捻后卷绕于二卷绕罗拉上；(4)将对3根聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维束进行并合加捻，捻度为1000捻/m得到聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纱线；聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维纱的纤维平均直径为155nm，强度为23.45MPa，模量为349MPa，伸长率为24.5％，电导率为2.4×10‑7S/cm。