本發(fā)明涉及復(fù)合纖維領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯-聚丙烯腈復(fù)合纖維的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著紡織技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)纖維在纖維行業(yè)中的比重越來(lái)越大，化學(xué)纖維不僅具有天然纖維的舒適健康的性能，還具有天然纖維無(wú)法相比的力學(xué)性能和功能化特性。隨著化學(xué)纖維的進(jìn)步，單一化纖制品已無(wú)法滿足越來(lái)越高的應(yīng)用需求，各種功能化復(fù)合纖維大量出現(xiàn)。復(fù)合纖維是指在纖維中添加其他成分，使得纖維具有常規(guī)纖維所不具備的新特性，比如耐老化、防輻射、抑菌殺菌、防靜電、耐火、易著色等等。

聚丙烯腈(pan)纖維是一種通過(guò)濕法紡絲制備的化學(xué)纖維，有人造羊毛之稱，其強(qiáng)度高，彈性好，蓬松柔軟，其紡織品被廣泛應(yīng)用于服裝、工業(yè)等領(lǐng)域，是一種重要的化學(xué)纖維。

石墨烯作為一種新型的二維納米材料，是目前發(fā)現(xiàn)的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體，石墨烯是由sp2雜化的碳原子蜂窩狀六角結(jié)構(gòu)緊密排列而成的二維單原子層片狀晶體材料，具有大π共軛體系和最薄單層原子厚度的結(jié)構(gòu)，這使得其擁有獨(dú)特的光、電、磁、機(jī)械等物理性能和化學(xué)性質(zhì)，自2004年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，石墨烯不僅在理論科學(xué)上受到了極大關(guān)注，在電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、儲(chǔ)能和傳感器等諸多領(lǐng)域具體實(shí)際應(yīng)用中也有很高的開(kāi)發(fā)潛力和應(yīng)用價(jià)值。石墨烯的主流制備方法為微機(jī)械剝離法、外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉淀法和氧化石墨還原法，其中，氧化石墨還原法被認(rèn)為是目前制備石墨烯的最佳方法之一。該方法操作簡(jiǎn)單、制備成本低，可以大規(guī)模地制備出石墨烯，已成為石墨烯制備的有效途徑。

把石墨烯顆粒添加在聚丙烯腈纖維中可以降低聚丙烯腈纖維的結(jié)晶度和填補(bǔ)纖維拉伸時(shí)表面出現(xiàn)的缺陷。石墨烯復(fù)合聚丙烯腈纖維常規(guī)制備方法是把石墨烯粉末和聚丙烯一起溶解制成紡絲原液，再經(jīng)過(guò)噴絲板噴出，凝固浴，牽伸，定型等步驟制取。在制備紡絲原液時(shí)，由于石墨烯易于團(tuán)聚，導(dǎo)致紡絲原液中石墨烯粒度一般在5-10μm之間且分布不均勻，紡絲原液經(jīng)過(guò)噴絲板時(shí)會(huì)堵塞出絲孔，大粒度的石墨烯顆粒在纖維中形成應(yīng)力集中點(diǎn)使得纖維在拉伸的時(shí)候容易斷裂，影響纖維的質(zhì)量和產(chǎn)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有石墨烯-聚丙烯腈復(fù)合纖維中石墨烯團(tuán)聚的問(wèn)題，提供一種新的制備方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯-聚丙烯腈復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1)將聚丙烯腈粉末和氧化石墨烯粉末按質(zhì)量比100:1-100:5混合均勻，按質(zhì)量百分比濃度15-17％與溶劑加入錐形玻璃容器中，將錐形玻璃容器置入20-40℃的恒溫水浴200r/min勻速攪拌15-20h制得紡絲原液，將紡絲原液轉(zhuǎn)移至計(jì)量泵中，50-70℃保溫脫泡；

2)向第一凝固浴中加入還原劑，所述還原劑為硼氫化鈉或檸檬酸鈉中的一種；

3)將脫泡后的紡絲原液從噴絲板依次經(jīng)過(guò)第一凝固浴、第二凝固浴、熱輥拉伸、沸水水洗、干燥、上油制得石墨烯-聚丙烯腈復(fù)合纖維。

其中，所用溶劑為dmf、dmso、dmac中的一種，第一凝固浴為紡絲原液所用溶劑的水溶液，濃度為75-80wt％，溫度25-40℃，還原劑在第一凝固浴中的濃度為10-15wt％；第二凝固浴所用溶劑與第一凝固浴所用溶劑相同，第二凝固浴濃度為40-50wt％，溫度為15-20℃。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所用第一凝固浴溶劑濃度比常規(guī)凝固浴濃度高，在高濃度的凝固浴中纖維形成皮芯結(jié)構(gòu)的速度慢，低分子還原劑在纖維形成皮芯結(jié)構(gòu)之前即可進(jìn)入大分子網(wǎng)格中，并隨著纖維進(jìn)入第二凝固浴中形成皮芯結(jié)構(gòu)后被封在纖維中，在后續(xù)的熱輥拉伸和高溫水洗的過(guò)程中還原劑把氧化石墨烯逐步還原成石墨烯，生成的石墨烯由于聚丙烯腈大分子網(wǎng)格的阻擋不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，因此制備的石墨烯-聚丙烯腈復(fù)合纖維中石墨烯粒度小且分布均勻。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制備的石墨烯-聚丙烯腈復(fù)合纖維電鏡照片。

圖2為常規(guī)方法制備的石墨烯-聚丙烯腈復(fù)合纖維電鏡照片。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

表1.實(shí)施例1-3各組分成分及配比

表1.為實(shí)施例1-3各組分成分表，各實(shí)施例制備石墨烯-聚丙烯腈復(fù)合纖維的步驟為：

1)將聚丙烯腈粉末和氧化石墨烯粉末按質(zhì)量比混合均勻，按質(zhì)量百分比濃度15-17％與溶劑加入錐形玻璃容器中，將錐形玻璃容器置入20-40℃的恒溫水浴200r/min勻速攪拌15-20h制得紡絲原液，將紡絲原液轉(zhuǎn)移至計(jì)量泵中，50-70℃保溫脫泡；

2)按還原劑的濃度向第一凝固浴中加入還原劑，第一凝固浴溫度25-40℃；

3)將脫泡后的紡絲原液從噴絲板依次經(jīng)過(guò)第一凝固浴、第二凝固浴、熱輥拉伸、沸水水洗、干燥、上油制得石墨烯-聚丙烯腈復(fù)合纖維。

實(shí)施例1-3所得纖維中石墨烯的粒度均在1-3μm之間，低于常規(guī)方法制得的纖維中石墨烯的粒度。從圖1與圖2的對(duì)比中可以看出，圖1纖維中石墨烯顆粒較小且分布均勻。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種石墨烯?聚丙烯腈復(fù)合纖維的制備方法，包括制備聚丙烯腈和氧化石墨烯的紡絲原液，纖維依次通過(guò)第一凝固浴、第二凝固浴、熱輥拉伸、水洗、干燥的工序時(shí)滲入纖維中的還原劑逐步把氧化石墨烯還原成石墨烯；本發(fā)明的有益效果是：所用第一凝固浴溶劑濃度比常規(guī)凝固浴濃度高，在高濃度的凝固浴中纖維形成皮芯結(jié)構(gòu)的速度慢，低分子還原劑在纖維形成皮芯結(jié)構(gòu)之前即可進(jìn)入大分子網(wǎng)格中，在后續(xù)的熱輥拉伸和高溫水洗的過(guò)程中還原劑把氧化石墨烯逐步還原成石墨烯，生成的石墨烯由于聚丙烯腈大分子網(wǎng)格的阻擋不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，因此制備的石墨烯?聚丙烯腈復(fù)合纖維中石墨烯粒度小且分布均勻。

技術(shù)研發(fā)人員：陳慶玲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：煙臺(tái)智本知識(shí)產(chǎn)權(quán)運(yùn)營(yíng)管理有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.31
技術(shù)公布日：2017.08.18