一种复合纤维、制备方法及其用途技术

本发明专利技术涉及一种复合纤维的制备方法，所述制备方法为将初生纤维在石墨烯类物质分散液中浸渍，之后经过冷却、干燥，得到复合纤维；其中，所述浸渍的温度范围处于初生纤维材料的高弹态温度。本发明专利技术通过对初生纤维在高弹态温度下进行浸渍石墨烯类物质分散液，能够实现在纤维的内部和外部同时复合石墨烯类物质，增加纤维中石墨烯类物质存在的均匀性和牢固性；本发明专利技术通过添加石墨烯和/或生物质石墨烯能够提高了纤维的导电性能；添加氧化石墨烯和/或生物质石墨烯进一步增强了纤维的远红外性能；本发明专利技术提供的制备方法能够有效的将石墨烯类物质填加至纤维内部，同时在纤维外部包覆石墨烯类物质。

Composite fiber, preparation method and use thereof

The invention relates to a preparation method of a composite fiber, the preparation method for the dispersion of impregnated spun fiber on graphene material, after cooling, drying, to obtain the composite fiber; wherein, the temperature range of the impregnated in spun fiber materials with high elastic state temperature. The present invention by the nascent fiber impregnated graphene material in high elastic state temperature dispersion can be achieved in the fiber both inside and outside the graphene composite material, uniformity and firmness of the graphene material fiber increased in the presence of the invention; by adding graphene and / or biomass graphene to improve the conductive properties of the fiber; adding graphene oxide and / or biomass graphene to further enhance the performance of far infrared fiber; the preparation method provided by the invention can effectively fill the internal Shi Moxi substances added to the fiber, coated with graphene material in fiber with external.

【技术实现步骤摘要】
一种复合纤维、制备方法及其用途
本专利技术属于纤维制备领域，具体涉及一种复合纤维、制备方法及其用途，特别涉及一种导电的复合纤维、制备方法及其用途。
技术介绍
导电纤维的研制始于20世纪60年代，导电纤维通常是指在标准环境下(温度20℃，湿度65％)，比电阻低于107Ω·cm。其发展历程大致包括4个阶段：金属纤维、碳纤维及含碳黑复合聚合物的复合型导电纤维，含有金属盐的导电纤维，导电高聚物导电纤维。虽然导电纤维得到了长足的发展，但也存在着一定的问题，如由金属导电纤维和镀金属导电纤维制成的织物手感粗糙，舒适性较差，导电聚合物工艺较复杂，污染严重。再者，通过涂覆或者简单的浸渍工艺制备的纤维或纤维制品的石墨烯的附着不牢固，洗涤多次后便失去附加的功能。因此，开发新的制备导电纤维的新方法具有重要意义和实际应用前景。石墨烯是一种由单层sp2杂化碳原子组成的蜂窝状结构的二维材料，具有许多优异的性能(高强、高导热、高导电、高轻质)，同时也拥有大π共轭体系。自从2004年被发现起，石墨烯就成为了科学界的一大研究热点。在对石墨烯的物理化学性质进行研究的同时，与石墨烯相关的复合材料层出不穷。CN105484016A公开了一种石墨烯复合导电纤维的制备方法，首先使用有机溶剂处理常见的纺织高分子纤维；之后浸入碱液以及氧化石墨烯溶液中，使纤维表面充分接触氧化石墨烯，再经干燥后将带有氧化石墨烯涂层的纤维浸入含有还原剂的溶液中，得到石墨烯复合导电纤维。但所述方法工艺复杂，碱处理步骤损伤纤维，负载石墨烯之后，除了影响纤维的强度，还会造成石墨烯的附着牢固性差，所述纤维的导电性会因为水洗次数的增多而大幅衰减。本领域需要开发一种复合纤维的制备方法，其与石墨烯复合后，能够改进所述纤维的导电性或远红外等性能，同时保证纤维上复合的石墨烯的牢固性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合纤维的制备方法，所述制备方法为将初生纤维在石墨烯类物质分散液中浸渍，之后经过冷却、干燥，得到复合纤维。优选地，所述浸渍的温度范围处于初生纤维材料的高弹态温度。将初生纤维浸渍在所述初生纤维材料的高弹态温度的石墨烯类物质分散液中，其中高弹态是指材料处于玻璃化转变温度和黏流态温度之间，到达材料的玻璃化转变温度能够提高所述纤维中大分子的运动，使得结晶区向非结晶区转化，使得非结晶区的空隙变大，使得结晶区与非结晶区之间区域的大分子间的空隙变大；同时分散在石墨烯类分散液中的石墨烯类物质的颗粒进入所述的空隙；随后浸渍过的初生纤维冷却，使得浸渍过程中进入所述空隙的石墨烯被固定在纤维内部，而因为粒径较大被挡在空隙外部的石墨烯类物质会以包覆、贴合，甚至会以部分进入纤维内部，部分位于初生纤维外部的形式存在。本领域技术人员应该明了，本专利技术所述的纤维内部和纤维外部是本领域公知的概念，也可以理解成组成纤维的大分子在空间聚集形成超分子结构，所述大分子聚集的内部存在结晶区、非结晶区、以及结晶区和非结晶区间的区域；而大分子聚集完毕形成的外侧看做纤维的外部。优选地，所述浸渍温度至少比初生纤维材料的玻璃化转变温度高5℃以上。比纤维材料的玻璃化转变温度高5℃以上有利于纤维分子的蠕动，空隙张开的更迅速，石墨烯类物质进入空隙的时间更短。优选地，所述石墨烯类物质分散液的浓度为0.1～5wt％，优选0.3～2wt％，例如0.3％、0.5％、0.8％、0.9％、1.3％、1.6％、1.8％、1.9％、1.5％、3％、3.6％、4％、4.5％等，优选0.3～2wt％。优选地，所述石墨烯类物质分散液中的石墨烯类物质的粒径为不大于20μm；优选为100nm～10μm，进一步优选200nm～5μm；例如30nm、150nm、190nm、230nm、260nm、290nm、330nm、460nm、590nm、630nm、760nm、890nm、930nm、1μm、3μm、8μm、11μm、13μm、18μm等。优选地，所述浸渍时间为15～120min，例如16min、19min、23min、26min、32min、55min、66min、73min、78min、85min、88min、95min等。优选地，所述石墨烯类物质分散液中添加有纳米纤维素。适量的纳米纤维素的加入能够提高将石墨烯类物质缠绕在所述纤维上，且纳米纤维素的缠绕能够提高所述复合纤维的强度。优选地，所述纳米纤维素的直径不大于10nm，长径比不小于10；优选地，所述纳米纤维素在分散液中的浓度为2wt％以下，优选1wt％以下，再优选0.5wt％以下。纳米纤维素本身呈线状，其可以再纤维外部沿外周缠绕，这种缠绕方式能够提高纤维的强度，且能够提高石墨烯在纤维外部的牢固度；另一个方面，纳米纤维素的一端能够插入石墨烯片层中，提高石墨烯类物质在纤维上的附着量。但是纳米纤维素本身不导电，过多的纳米纤维素会引起导电性能的下降。优选地，所述石墨烯类物质包括石墨烯、生物质石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯衍生物的任意1种或至少2种的混合，优选石墨烯和/或生物质石墨烯。优选地，所述石墨烯衍生物包括元素掺杂石墨烯或官能团化石墨烯物中的任意1种或至少2种的组合。氧化石墨烯本身导电性较差，为了保证通过氧化石墨烯复合的纤维的导电性，本专利技术可以对复合有氧化石墨烯的初生纤维进行还原处理。当所述石墨烯类物质为氧化石墨烯时，在冷却之前和/或之后进行还原处理。优选地，所述还原处理的方法包括还原剂还原法和/或加热还原法。优选地，所述还原剂还原法包括加入还原剂进行还原。优选地，所述还原剂的加入量为石墨烯类物质的10～200wt％，优选50～100wt％。优选地，所述还原剂包括抗坏血酸、水合肼、葡萄糖、乙二胺、柠檬酸钠、L-半胱氨酸、氢碘酸或硼氢化钠中的任意1种或至少2种的组合。优选地，所述加热还原法包括在非氧化性气氛中，加热进行还原。优选地，所述加热还原法步骤包括：在高压反应釜中，通入保护性气氛和/或还原性气氛，加热还原；所述加热还原的温度≤200℃，压力≤1.6MPa。优选地，本专利技术所述初生纤维通过聚合物纺丝得到。优选地，所述聚合物包括聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯、聚氨酯、聚乙烯醇缩醛和聚氯乙烯中的任意1种或至少2种的组合。优选地，所述纺丝包括静电纺丝、熔体纺丝、湿法溶液纺丝、干法溶液纺丝中的任意1种或至少2种的组合。优选地，将所述初生纤维在石墨烯类物质分散液中浸渍分两步进行，具体包括如下步骤：(A1)将初生纤维浸渍至第一石墨烯类物质分散液中，得到第一浸渍纤维；所述第一石墨烯类物质分散液中石墨烯类物质的粒径＜1μm；(A2)将第一浸渍纤维浸渍至第二石墨烯类物质分散液中，得到第二浸渍纤维；所述第二石墨烯类物质分散液中石墨烯类物质的粒径为1～20μm。由于纤维内部空隙的大小有限，步骤(A1)只采用粒径＜1μm的石墨烯类物质对初生纤维进行改性，众所周知，石墨烯粒径越小越不容易分散，越容易团聚，因此往往选择低浓度的石墨烯溶液，这样还节省了石墨烯的用量，且减少了大粒径石墨烯类物质堵塞空隙的概率，提高了石墨烯的附着量。步骤(A2)采用粒径为1～20μm的石墨烯类物质对纤维进行改性复合，能够使大粒径石墨烯类物质以包覆、贴合的方式存在于纤维外部，更有利于石墨烯在纤维外部形成导电网络，还能够起到封闭纤维内部空隙的作用，能够增加石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法为将初生纤维在石墨烯类物质分散液中浸渍，之后经过冷却、干燥，得到复合纤维。

【技术特征摘要】
1.一种复合纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法为将初生纤维在石墨烯类物质分散液中浸渍，之后经过冷却、干燥，得到复合纤维。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍的温度范围处于初生纤维材料的高弹态温度；优选地，所述浸渍温度至少比初生纤维材料的玻璃化转变温度高5℃以上；优选地，所述石墨烯类物质分散液的浓度为0.1～5wt％，优选0.3～2wt％；优选地，所述石墨烯类物质分散液中的石墨烯类物质的粒径为不大于20μm；优选为100nm～10μm，进一步优选200nm～5μm；优选地，所述浸渍时间为15～120min；优选地，所述石墨烯类物质分散液中添加有纳米纤维素；优选地，所述纳米纤维素的直径不大于10nm，长径比不小于10；优选地，所述纳米纤维素在分散液中的浓度为2wt％以下，优选1wt％以下，再优选0.5wt％以下。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯类物质包括石墨烯、生物质石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯衍生物的任意1种或至少2种的混合，优选石墨烯和/或生物质石墨烯；优选地，所述石墨烯衍生物包括元素掺杂石墨烯或官能团化石墨烯物中的任意1种或至少2种的组合；优选地，当所述石墨烯类物质为氧化石墨烯时，在冷却之前和/或之后进行还原处理；优选地，所述还原处理的方法包括还原剂还原法和/或加热还原法；优选地，所述还原剂还原法包括加入还原剂进行还原；优选地，所述还原剂的加入量为石墨烯类物质的10～200wt％，优选50～100wt％；优选地，所述还原剂包括抗坏血酸、水合肼、葡萄糖、乙二胺、柠檬酸钠、L-半胱氨酸、氢碘酸或硼氢化钠中的任意1种或至少2种的组合；优选地，所述加热还原法包括在非氧化性气氛中，加热进行还原；优选地，所述加热还原法步骤包括：在高压反应釜中，通入保护性气氛和/或还原性气氛，加热还原；所述加热还原的温度≤200℃，压力≤1.6MPa。4.如权利要求1～3之一所述的制备方法，其特征在于，所述初生纤维通过聚合物纺丝得到；优选地，所述聚合物包括聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯、聚氨酯、聚乙烯醇缩醛和聚氯乙烯中的任意1种或至少2种的组合；优选地，所述纺丝包括静电纺丝、熔体纺丝、湿法溶液纺丝、干法溶液纺丝中的任意1种或至少2种的组合。5.如权利要求1～4之一所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金柱，王文平，张安，刘顶，
申请(专利权)人：山东圣泉新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37