[發明專利]一種耐切割石墨烯改性碳纖維長絲及其制備方法

在審

• 申請號: 202110830761.X
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113445158A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 沙嫣;沙曉林;馬立國
• 申請（專利權）人: 南通強生石墨烯科技有限公司
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22;D01F9/145;D01F1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種耐切割石墨烯改性碳纖維長絲及其制備方法，該方法包含：步驟1，稱取各原料；步驟2，將功能化石墨烯粉末分散于溶劑中，形成石墨烯分散液；步驟3，將碳纖維前驅體分散于溶劑中，形成碳纖維前驅體溶液；步驟4，將石墨烯分散液和碳纖維前驅體溶液共混均勻，形成石墨烯改性的碳纖維前驅體溶液；步驟5，以前驅體溶液作為紡絲原液，經紡絲制成石墨烯改性的碳纖維前驅體原絲；步驟6，對前驅體原絲進行預氧化處理，之后在保護性氣氛中進行碳化處理，制得石墨烯改性復合碳纖維。本發明還提供了通過該方法制備的耐切割石墨烯改性碳纖維長絲。本發明制備的復合纖維綜合性能優異，耐切割效果好，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種新型功能高分子材料技術領域的石墨烯改性復合碳纖維及其制備方法，具體地，涉及一種耐切割石墨烯改性碳纖維長絲及其制備方法。

背景技術

石墨烯是從石墨中剝離出來的單層碳原子材料，由碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構，它是人類已知的厚度最薄、質地最堅硬、導電性最好的材料。石墨烯具有優異的力學、光學和電學性質，結構非常穩定，迄今為止研究者尚未發現石墨烯中有碳原子缺失的情況，碳原子之間的鏈接非常柔韌，比鉆石還堅硬，強度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍，如果用石墨烯制成包裝袋，它將能承受大約兩噸重的物品，幾乎完全透明，卻極為致密，不透水、不透氣，即使原子尺寸最小的氦氣也無法通過，導電性能好，石墨烯中電子的運動速度達到了光速的1/300，導電性超過了任何傳統的導電材料，化學性質類似石墨表面，可以吸附和脫附各種原子和分子，還有抵御強酸強堿的能力。

石墨烯是一種性能優越的二維材料，當在普通纖維中添加一定比例的石墨烯及添加劑時，能夠極大提高該復合纖維的耐切割性能。

碳纖維是含碳量在90％以上的高強度高模量纖維，具有耐高溫、抗摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等特性，其耐高溫性能居所有化纖之首。碳纖維的外形呈纖維狀，柔軟、可加工成各種織物，由于其石墨微晶結構沿纖維軸擇優取向，因此沿纖維軸方向有很高的強度和模量。碳纖維一般采用腈綸和粘膠纖維做原料，經高溫氧化碳化而成，是制造航天航空等高技術器材的優良材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種石墨烯改性復合碳纖維及其制備方法，制備的纖維綜合性能優異，耐切割效果好，具有廣闊的應用前景，同時其制備工藝簡單，可控性好，適于規模化生產。

為了達到上述目的，本發明提供了一種耐切割石墨烯改性碳纖維長絲的制備方法，其中，所述的方法包含：步驟1，按比例稱取各原料；步驟2，將功能化石墨烯粉末分散于溶劑中，形成石墨烯分散液；步驟3，將碳纖維前驅體分散于溶劑中，形成碳纖維前驅體溶液；步驟4，將步驟2所得的石墨烯分散液和步驟3所得的碳纖維前驅體溶液共混均勻，形成石墨烯改性的碳纖維前驅體溶液；步驟5，以步驟4所得的石墨烯改性的碳纖維前驅體溶液作為紡絲原液，經紡絲制成石墨烯改性的碳纖維前驅體原絲；步驟6，對步驟5所得的石墨烯改性的碳纖維前驅體原絲進行預氧化處理，之后在保護性氣氛中進行碳化處理，制得石墨烯改性復合碳纖維。

上述的耐切割石墨烯改性碳纖維長絲的制備方法，其中，所述的溶劑包含二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜中的任意一種或多種。

上述的耐切割石墨烯改性碳纖維長絲的制備方法，其中，所述的步驟2中，功能化石墨烯在溶劑中形成分散液的濃度大于10wt％；功能化石墨烯的表面分布有包含磺酸基團、二甲苯磺酸基團或對甲苯磺酸基團中的任意一種或多種的活性官能團；功能化石墨烯中活性官能團與碳六環的數量之比為1:1～1:5，功能化石墨烯片徑的平均值為50μm～100μm，功能化石墨烯的層數為1層～2層。

上述的耐切割石墨烯改性碳纖維長絲的制備方法，其中，所述的步驟3中，將碳纖維前驅體分散于溶劑中，并將形成的混合物加熱至30℃～180℃且持續攪拌，制得碳纖維前驅體溶液；碳纖維前驅體為瀝青和/或聚丙烯腈樹脂。