[發明專利]石墨烯/硅復合物、石墨烯/硅復合物/聚丙烯腈復合纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201710157053.8
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN108624972B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 唐地源;呂冬生;曲麗君;田明偉;王雙成;馬軍強;孫海波
• 申請（專利權）人: 青島大學;山東圣泉新材料股份有限公司
• 主分類號: D01F1/10
• 分類號: D01F1/10;D01F6/54
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

本發明公開了石墨烯/硅復合物、石墨烯/硅復合物/聚丙烯腈復合纖維的制備方法，具體步驟為：(1)復配得到石墨烯/硅復合物；(2)將石墨烯/硅復合物冷凍干燥，得到石墨烯/硅復合物固體；(3)將石墨烯/硅復合物與聚丙烯腈共混，制備紡絲液；(4)濕法紡絲制備石墨烯/硅/聚丙烯腈復合纖維。本發明的石墨烯/硅/聚丙烯腈復合纖維的制備方法，該制備方法所制備的聚丙烯腈復合纖維的力學性能及熱穩定性得到明顯改善，同時，實現聚丙烯腈復合纖維的抗菌抑菌功能。

技術領域

本發明涉及復合纖維技術領域，特別是涉及一種石墨烯/硅復合物、石墨烯/硅復合物/聚丙烯腈復合纖維的制備方法。

背景技術

聚丙烯腈纖維是指以聚丙烯腈為原料，通過濕法紡絲方法凝固成絲的一種合成纖維，有人造羊毛之稱。具有柔軟、膨松、易染、色澤鮮艷、耐光、抗菌，根據不怕蟲蛀等不同優點的用途的要求可純紡或與天然纖維混紡，其紡織品被廣泛地用于服裝、裝飾、產業等領域。可與羊毛混紡成毛線，或織成毛毯、地毯等，還可與棉、人造纖維、其他合成纖維混紡，織成各種衣料和室內用品。聚丙烯腈纖維加工的膨體可以純紡，或與粘膠纖維混紡。

聚丙烯腈纖維在內部大分結構上很獨特，呈不規則的螺旋形構象，且沒有嚴格的結晶區，但有高序排列與低序排列之分。其性能極似羊毛，彈性較好,伸長20％時回彈率仍可保持65％，蓬松卷曲而柔軟，保暖性比羊毛高15％，有合成羊毛之稱。強度22.1～48.5cN/tex，比羊毛高1～2.5倍。耐曬性能優良，露天曝曬一年，強度僅下降20％，可做成窗簾、幕布、篷布、炮衣等。能耐酸、耐氧化劑和一般有機溶劑，但耐堿性較差。纖維軟化溫度190～230℃。

石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維層狀結構的一種碳質新材料，也是世界上最薄的材料，具有優異的電學、熱學和力學性能。石墨烯的特殊結構及性能使得它在微電子、聚合物復合等領域有廣泛的應用。與石墨烯相比，氧化石墨烯具有相同的層狀結構，但氧化石墨烯的層間及層片邊緣含有含氧官能團(羥基、羧基、羰基和環氧基)，這些官能團使得氧化石墨烯更容易分散在水及有機溶劑中，而且氧化石墨烯的層間距更大，更有利于其他小分子的插層。因此，在聚合物復合方面應用氧化石墨烯來代替石墨烯。

發明專利“一種氧化石墨烯改性PAN碳纖維原絲的制備方法”(申請號201210197201.6)涉及一種氧化石墨烯改性PAN纖維原絲的制備方法，包括：將氧化石墨烯分散在溶劑中，超聲分散均勻后，進一步制備含氧化石墨烯的PAN紡絲原液；將上述紡絲原液經過脫單、脫泡后通過濕法紡絲工藝紡絲，最后經過水洗、干燥即得氧化石墨烯改性PAN纖維原絲。本發明工藝簡單，成本低，適合工業化生產，所得氧化石墨烯改性的PAN纖維原絲具有取向度高、強度高以及在熱穩定化過程中不易發生解取向的特點。發明專利“一種抗紫外腈綸纖維及其制備方法”(申請號201510458503.8)公開了一種抗紫外腈綸纖維及其制備方法。將氧化石墨烯GO、聚丙烯腈PAN、溶劑混合，得到紡絲液，脫泡后進行紡絲、干燥處理，即得到抗紫外腈綸纖維。所制備的腈綸纖維力學性能優異，也具備了良好的抗紫外性能，可應用于抗紫外織物中。眾所周知，由于成型過程中發生溶劑和凝固劑雙擴散和紡絲溶液發生相分離，當紡絲溶液中聚合物濃度低于臨界濃度時，首先在細流表面出現皮層，然后通過此皮層，溶劑從細流內部擴散出來，非溶劑從凝固浴中滲透進去，紡絲液體積發生變化，內部進行凝固。由于皮層頗為剛性，聚合物粒子的合并使內部體系收縮時，皮層不能按比例發生形變，濕紡初生纖維內部產生大空洞或毛細孔，其尺寸可大至幾十微米，經拉伸、干燥、熱處理后，這樣的空洞或毛細孔尺寸會有所減小或閉合，但難于根除，最終影響成品纖維的機械性能。具有空洞或閉合空洞的成品纖維在服用過程中受摩擦易發生縱向開裂(原纖化)。凝固劑濃度越低，纖維內部形成的空隙就越大。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷或不足，本發明創新性地提出了一種石墨烯/硅/聚丙烯腈復合纖維的制備方法(此處標題中的石墨烯是指氧化石墨烯或生物質石墨烯，為了更簡要的描述技術方案，因此簡稱為石墨烯)，該制備方法所制備的聚丙烯腈復合纖維的力學性能及熱穩定性得到明顯改善，同時，實現聚丙烯腈復合纖維抗菌抑菌或者低溫遠紅外、抗菌抑菌等功能。