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，還具有天然纖維無法相比的力學(xué)性能和功能化特性。隨著化學(xué)纖維的進步，單一化纖制品已無法滿足越來越高的應(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)纖維是一種通過濕法紡絲制備的化學(xué)纖維，有人造羊毛之稱，其強度高，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)，這使得其擁有獨特的光、電、磁、機械等物理性能和化學(xué)性質(zhì)，自2004年發(fā)現(xiàn)以來，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、儲能和傳感器等諸多領(lǐng)域具體實際應(yīng)用中也有很高的開發(fā)潛力和應(yīng)用價值。石墨烯的主流制備方法為微機械剝離法、外延生長法、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為是目前制備石墨烯的最佳方法之一。該方法操作簡單、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)晶度和填補纖維拉伸時表面出現(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，由于石墨烯易于團聚，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)過噴絲板時會堵塞出絲孔，大粒度的石墨烯顆粒在纖維中形成應(yīng)力集中點使得纖維在拉伸的時候容易斷裂，影響纖維的質(zhì)量和產(chǎn)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(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)之前即可進入大分子網(wǎng)格中，并隨著纖維進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)格的阻擋不會發(fā)生團聚，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。

具體實施方式

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

表1.實施例1-3各組分成分及配比

表1.為實施例1-3各組分成分表，各實施例制備石墨烯-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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種石墨烯?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，纖維依次通過第一凝固浴、第二凝固浴、熱輥拉伸、水洗、干燥的工序時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)之前即可進入大分子網(wǎng)格中，在后續(xù)的熱輥拉伸和高溫水洗的過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)格的阻擋不會發(fā)生團聚，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
受保護的技術(shù)使用者：煙臺智本知識產(chǎn)權(quán)運營管理有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.31
技術(shù)公布日：2017.08.18