[發(fā)明專利]一種電石墨烯復(fù)合纖維的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310332049.2
• 申請(qǐng)日: 2013-08-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103541043A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高超;胡曉珍;周曉松;徐焰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華為技術(shù)有限公司;浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): D01F9/12
• 分類號(hào): D01F9/12;D01F8/18;D01F1/09;D01F11/16;D01F11/14;D01F11/12
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合纖維材料，特別涉及一種電石墨烯復(fù)合纖維及其制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維是一種性能優(yōu)異的新材料，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性。與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱芙拉纖維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且耐蝕性以及拉伸強(qiáng)度等性能顯著。因此，碳纖維廣泛用于民用，軍用，建筑，化工，工業(yè)，航天以及超級(jí)跑車領(lǐng)域。

石墨烯是一層由碳原子以sp2雜化連接而成的二維碳原子層，具有超高強(qiáng)度、極大的比表面積，高的熱導(dǎo)率以及載流子遷移率等多種優(yōu)異的特質(zhì)，使其在晶體管、超級(jí)電容器、選擇透過(guò)性膜、增強(qiáng)材料等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。如果能將石墨烯單片超高的強(qiáng)度轉(zhuǎn)化到宏觀材料中，其強(qiáng)度可與碳纖維媲美。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)濕法紡絲技術(shù)，可將氧化石墨烯的液晶溶液轉(zhuǎn)化為的宏觀的石墨烯纖維。然而，所得的石墨烯纖維強(qiáng)度約為100-200MPa，與石墨烯單片的強(qiáng)度仍然相差很多，需要在強(qiáng)度和導(dǎo)電性能進(jìn)一步提高才能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目在于提供一種高強(qiáng)度、導(dǎo)電良好的電石墨烯復(fù)合纖維的制備方法。

一種石墨烯復(fù)合纖維，包括石墨烯片以及將所述石墨烯片聚合在一起的聚合物，所述聚合物包括超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一種或兩種，所述石墨烯片與聚合物形成相互堆疊的層狀結(jié)構(gòu)且所述石墨烯片沿所述石墨烯復(fù)合纖維的軸向規(guī)整排列。

一種電石墨烯復(fù)合纖維的制備方法，包括：步驟一、在反應(yīng)器中加入1重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液，其中所述聚合物包括超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一種或兩種；步驟二、將所述紡絲漿液以1-100mL/h的擠出速度通過(guò)直徑為5-5000μm的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600s凝固成絲；步驟三、對(duì)所述凝固成絲的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌以及真空干燥后，再進(jìn)行還原得到石墨烯復(fù)合纖維。

上述石墨烯復(fù)合纖維的強(qiáng)度主要由石墨烯片間相互作用決定，對(duì)于石墨烯片形成的纖維，石墨烯片間主要是范德華力和π-π相互作用，而本實(shí)施例中的石墨烯片間存在具有大量官能團(tuán)的聚合物，所述聚合物通過(guò)與石墨烯片上的羥基、羧基形成氫鍵或離子鍵，像膠水一樣把相鄰的石墨烯片“粘”起來(lái)，進(jìn)而增強(qiáng)石墨烯復(fù)合纖維的強(qiáng)度以及導(dǎo)電性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中一種石墨烯復(fù)合纖維卷繞在聚四氟乙烯滾軸上的數(shù)字相機(jī)照片；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中一種石墨烯復(fù)合纖維卷繞在聚四氟乙烯滾軸上的局部掃描電鏡圖；以及

圖3是圖2中本發(fā)明實(shí)施例中一種石墨烯復(fù)合纖維的斷面掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

如圖1至3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種石墨烯復(fù)合纖維包括石墨烯片以及將所述石墨烯片聚合在一起的聚合物，其中所述石墨烯片與聚合物形成緊密堆疊的層狀結(jié)構(gòu)，且所述石墨烯片沿纖維軸向規(guī)整排列，其中所述聚合物為超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一種或兩種。上述石墨烯復(fù)合纖維為黑色纖維，其直徑為5-5000μm。

特別如圖2所示，所述纖維內(nèi)部的石墨烯片均沿纖維軸向排列，具有很高的規(guī)整度；特別由圖3所示，石墨烯片與添加的聚合物形成緊密堆積的層狀結(jié)構(gòu)，為其高強(qiáng)度奠定了基礎(chǔ)。

所述超支化聚合物包括超支化聚酯、超支化聚酰胺以及超支化聚縮水甘油醚中的一種或多種。

本發(fā)明實(shí)施例的石墨烯復(fù)合纖維的強(qiáng)度主要由石墨烯片間相互作用決定，對(duì)于純的石墨烯片形成的纖維，石墨烯片間主要是范德華力和π-π相互作用，而本實(shí)施例中在石墨烯片間引入具有大量官能團(tuán)的聚合物，通過(guò)與石墨烯片上的羥基、羧基形成氫鍵或離子鍵，像膠水一樣把相鄰的石墨烯片“粘”起來(lái)，進(jìn)而增強(qiáng)石墨烯復(fù)合纖維的強(qiáng)度。

實(shí)施例二

本發(fā)明實(shí)施例提供一種電石墨烯復(fù)合纖維的制備方法，包括：

步驟一、在反應(yīng)器中加入1重量份的氧化石墨烯、50-2000重量份的溶劑、0.1-100重量份的聚合物，攪拌后得到聚合物與石墨烯的納米復(fù)合材料紡絲漿液，其中所述聚合物包括超支化聚合物以及聚乙烯醇中的一種或兩種；

步驟二、將所述紡絲漿液以1-100mL/h的擠出速度通過(guò)直徑為5-5000μm的紡絲噴頭，于旋轉(zhuǎn)的凝固劑中停留1-3600s凝固成絲；