一种纤维基石墨烯导电材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纤维基石墨烯导电材料的制备方法，属于导电材料制造技术。本发明专利技术采用低比例的有机溶剂和水混合而成的洗涤液对灯芯草纤维进行洗涤，将洗涤后的灯芯草纤维进行改性处理，并将海藻酸钠与石墨烯混合形成的均匀稳定的石墨烯分散体系对洗涤后的灯芯草纤维进行浸渍处理，而后获得灯芯草导电纤维。本发明专利技术能够有效地提高石墨烯的利用率，减少了高温反应工序，制备方法工艺简单，易于操作，制作成本低。本发明专利技术的一种纤维基石墨烯导电材料的制备方法中灯芯草纤维对石墨烯的负载量高，得到的材料性能稳定，导电纤维导电性能良好。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维基石墨烯导电材料的制备方法
本专利技术涉及一种纤维基石墨烯导电材料的制备方法，属于导电材料制造技术。
技术介绍
灯芯草多孔纤维材料是天然的纤维素低密度多孔材料其具有优异的比表面积和高孔隙率和低密度等优势，在吸附、隔热等方面有较大的前景。多孔材料具有比表面积大、吸附性能好等优异性能，对石墨烯有很强的吸附能力，是优异的基体材料。灯芯草是灯芯草科灯芯草属的多年生草本植物，是民间传统中药。本属植物分布广泛，资源丰富，目前对其化学和药理研究较多，忽略了灯芯草为天然多孔纤维素纤维这一优异性能。导电纤维一直是功能性纤维的研究热点，一般是指电阻率小于108Ω·cm的纤维，具有导电、电热和防电磁辐射等功能。导电纤维制备的主要方法包括，一种常规纤维表面涂覆导电成分，另一种为导电材料与纤维原料混合，通过纺丝工艺制成导电纤维。纤维表面涂覆导电层法是将含有金属、碳黑或金属化合物的导电材料，涂覆纤维表面制成导电纤维，也可将聚苯胺等导电高聚物通过原位聚合法吸附于纤维表面获得导电纤维，上述方法制得导电纤维导电性能突出，但耐久性不够理想。目前，对于各种复合导电纤维的应用有了广泛的研究和应用，最经典的一种导电复合纤维室友导电粒子，如：炭黑、金属颗粒、导电纤维等为基本功能单位，辅以热塑性树脂做导电复合纤维的基体材料，通过纺丝结合在一起，构成导电纤维。为了得到较好性能的导电纤维，导电功能粒子必须连续的分散在基体材料中。目前，也存在许多问题，不同的基体材料需要合适配比的导电粒子，对实际的生产造成很大的阻碍；导电粒子无法均匀分散、有序排列；导电粒子的增多在一定程度上会影响复合导电纤维的性能。中国专利公开号CN108085966A(公开日2018年5月29日)，专利技术创造的名称为“一种石墨烯复合导电纤维纺织物的制备方法”，该申请案公开了一种石墨烯复合导电纤维纺织物的制备方法，将改性后的纺织纤维浸渍到含有氧化石墨烯的水溶液中，通过化学还原法制备石墨烯，将纺织纤维放在分散剂作用下制备的均匀稳定的石墨烯分散体系中制得石墨烯导电复合纤维。该制作工艺复杂，需要还原氧化石墨烯，涉及到氧化还原过程。中国专利申请公开号CN108071007A，公开日2018年5月25日，专利技术创造的名称为“一种制备银纳米线和石墨烯基海藻酸钙复合导电纤维方法”，公开了一种复合导电纤维的制备方法，利用湿法纺丝技术。制备海藻酸钠微米尺度的纤维，通过对纤维进行表面修饰带正电荷后，将其进入到含有表面带负电的银纳米线醇溶液中，在其表面形成一层银纳米线导电网络结构，在导电纤维表面吸附一层石墨烯制成复合导电纤维。相对于本专利技术，该复合导电纤维的制备工艺复杂，其涉及湿法纺丝过程及纤维改性过程，最后进行吸附石墨烯，制备工艺的复杂对工业化生产带来一定影响。材料科学与工程学报，公开日期2015年12月6期名称为《石墨烯/银导电复合材料的制备与表征》中介绍了使用过硫酸钾，五氧化二磷和浓硫酸预氧化石墨烯后依次用高锰酸钾，双氧水氧化，盐酸清洗后微波辐射处理，惰性气体环境高温裂解后真空干燥，将处理后的石墨烯与硝酸银溶液共混，经还原剂还原后得石墨烯/银复合材料。此方法制备导电纤维，有预氧化、氧化，石墨烯还原工艺，制作工艺复杂，阻碍其工业化生产。目前的一些导电纤维材料昂贵，制作方法复杂，成本高，因此制备一种低成本、工艺简单、效果好的导电纤维成为目前亟待解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的技术缺陷和不足，提供一种灯芯草导电纤维的制备。为了实现上述目的，本专利技术的技术解决方案为：一种纤维基石墨烯导电材料的制备方法，所述制备方法按以下步骤进行：a洗涤液的配制将表面活性剂置于有机溶剂和水混合而成的溶液中，搅拌均匀后配制成洗涤液，其中，洗涤液的浴比为1:20～1:60，醇类有机溶剂与水的体积比为10％:90％～40％:60％，表面活性剂的浓度为0.5g/L～1.5g/L，搅拌速率为100～250r/min，搅拌时间10～30min。b灯芯草纤维的预处理将灯芯草纤维置于经a步骤配制而成的洗涤液中进行洗涤处理后烘干，其中，洗涤温度为20～35℃，洗涤时间为10～30min，烘干温度为35～45℃，烘干时间为10～30min。c改性灯芯草纤维的制备：将经b步骤洗涤后的灯芯草纤维置于聚乙烯吡咯烷酮溶液中进行浸渍处理，经烘干后得到改性灯芯草纤维，其中，聚乙烯吡咯烷酮质量分数为5％～20％，浸渍处理温度为20～35℃，浸渍处理时间为0.5～1h，烘干温度为50～60℃，烘干时间为1～6h。d灯芯草导电纤维的制备：将石墨烯、海藻酸钠和有机溶剂按照以下质量分数比进行混合，石墨烯质量分数为0.5％～30％，海藻酸钠质量分数为0.1％～5％，有机溶剂质量分数为65％～99.4％。将石墨烯和海藻酸钠置于有机溶剂中，经机械搅拌和超声波分散后制备成石墨烯分散液，将经c步骤改性后的灯芯草纤维置于石墨烯分散液中进行浸渍处理，使石墨烯在灯芯草孔洞中沉积，经烘干后得到灯芯草导电纤维其中，搅拌速率为50～100r/min，搅拌时间为15～20min，超声波频率为20kHz～80kHz，浸渍处理时间为1～12小时，浸渍处理温度为20～60℃，烘干温度为40～60℃，烘干时间为1～6h。所述的表面活性剂为单月桂基磷酸酯或月桂基两性醋酸钠或月桂酰胺丙基氧化铵或月桂酰胺丙基甜菜碱或月桂醇醚磷酸酯钾中的一种。所述的有机溶剂为乙醇或异丙醇或丙酮或N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺或四氢呋喃或N-甲基吡咯烷酮中的一种。所述的浸渍处理为超声波震荡或负压真空抽滤中的一种。由于采用了以上技术方案，本专利技术的技术特点在于：本专利技术采用醇类有机溶剂、表面活性剂和水混合而成的洗涤液对灯芯草纤维进行洗涤，并将洗涤后的灯芯草纤维置于有机溶剂和海藻酸钠与碳纳米管混合而成稳定分散体系中浸渍处理制得导电纤维的方法。醇类与水能够有效的溶解灯芯草纤维中的有机与无机杂物，减少杂质对灯芯草导电纤维的影响，洗涤液洗涤纤维后能够提高灯芯草界面牢度，有利于灯芯草纤维与海藻酸钠、碳纳米管之间的黏附作用。对洗涤后的灯芯草纤维进行改性能够有效减少灯芯草吸附附石墨烯过程中石墨烯的损失，石墨烯中加入海藻酸钠有利于石墨烯在灯芯草孔洞中黏附，有利于石墨烯的沉积，减少石墨烯的脱落。加强石墨烯与灯芯草之间的结合，石墨烯不易脱落，稳定连续，在一定程度上能够增强导电材料的导电性能。多孔材料规则而均匀的孔道结构，使其具有高比表面积，多孔材料还具有隔音、隔热好等特性，被广泛应用于生物医药、组织工程、汽车石油化工、储能储氢、电子器件和环境保护等领域，多孔材料可作为酶、纳米金属颗粒、纳米金属氧化物等催化剂的载体。灯芯草多孔纤维材料是天然的纤维素低密度多孔材料其具有规则均匀得孔道结构，有优异的比表面积和孔隙率，具有优异的吸附性能，能够有效地吸附液体、微小颗粒、纳米粒子等物质。灯芯草多孔天然纤维素纤维具有高比表面积、高孔隙率和低密度等优势，在吸附、隔热等方面有较大的前景。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的电学性能，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，比纳米碳管或硅晶体高，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维基石墨烯导电材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法按以下步骤进行：a洗涤液的配制将表面活性剂置于有机溶剂和水混合而成的溶液中，搅拌均匀后配制成洗涤液，其中，洗涤液的浴比为1:20～1:60，醇类有机溶剂与水的体积比为10％:90％～40％:60％，表面活性剂的浓度为0.5g/L～1.g/L，搅拌速率为100～250r/min，搅拌时间10～30min；b灯芯草纤维的预处理将灯芯草纤维置于经a步骤配制而成的洗涤液中进行洗涤处理后烘干，其中，洗涤温度为20～35℃，洗涤时间为10～30min，烘干温度为35～45℃，烘干时间为10～30min；c改性灯芯草纤维的制备将经b步骤洗涤后的灯芯草纤维置于聚乙烯吡咯烷酮溶液中进行浸渍处理，经烘干后得到改性灯芯草纤维，其中，聚乙烯吡咯烷酮质量分数为5％～20％，浸渍处理温度为20～35℃，浸渍处理时间为0.5～1h，烘干温度为50～60℃，烘干时间为1～6h；d灯芯草导电纤维的制备：将石墨烯、海藻酸钠和有机溶剂按照以下质量分数比进行混合，石墨烯质量分数为0.5％～30％，海藻酸钠质量分数为0.1％～5％，有机溶剂质量分数为65％～99.4％；将石墨烯和海藻酸钠置于有机溶剂中，经机械搅拌和超声波分散后制备成石墨烯分散液，将经c步骤改性后的灯芯草纤维置于石墨烯分散液中进行浸渍处理，使石墨烯在灯芯草孔洞中沉积，经烘干后得到灯芯草导电纤维其中，搅拌速率为50～100r/min，搅拌时间为15～20min，超声波频率为20kHz～80kHz，浸渍处理时间为1～12小时，浸渍处理温度为20～60℃，烘干温度为40～60℃，烘干时间为1～6h。...

【技术特征摘要】
1.一种纤维基石墨烯导电材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法按以下步骤进行：a洗涤液的配制将表面活性剂置于有机溶剂和水混合而成的溶液中，搅拌均匀后配制成洗涤液，其中，洗涤液的浴比为1:20～1:60，醇类有机溶剂与水的体积比为10％:90％～40％:60％，表面活性剂的浓度为0.5g/L～1.g/L，搅拌速率为100～250r/min，搅拌时间10～30min；b灯芯草纤维的预处理将灯芯草纤维置于经a步骤配制而成的洗涤液中进行洗涤处理后烘干，其中，洗涤温度为20～35℃，洗涤时间为10～30min，烘干温度为35～45℃，烘干时间为10～30min；c改性灯芯草纤维的制备将经b步骤洗涤后的灯芯草纤维置于聚乙烯吡咯烷酮溶液中进行浸渍处理，经烘干后得到改性灯芯草纤维，其中，聚乙烯吡咯烷酮质量分数为5％～20％，浸渍处理温度为20～35℃，浸渍处理时间为0.5～1h，烘干温度为50～60℃，烘干时间为1～6h；d灯芯草导电纤维的制备：将石墨烯、海藻酸钠和有机溶剂按照以下质量分数比进行混合，石墨烯质量分数为0.5％～30％，海藻酸钠质量分...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐卫林，刘斯年，周思婕，夏良君，付专，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42