一种高导热聚丙烯腈纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高导热聚丙烯腈纤维及其制备方法，特别是提供一种在丙烯腈进行聚合反应时添加石墨烯浓缩液使得石墨烯均匀分散在聚丙烯腈纺丝原液中并对原液进行湿法纺丝制备的高导热聚丙烯腈纤维及其制备方法。本发明专利技术先将超细石墨烯在水性钛酸酯的水溶液中经过磁场、超声处理，再在磁场中进行蒸馏制得石墨烯浓缩液，将单体、引发剂以及石墨烯浓缩液分别加入到溶剂中进行加热聚合反应，反应结束后制得聚丙烯腈纺丝原液，最后对纺丝原液进行湿法纺丝制得高导热聚丙烯腈纤维。所述高导热聚丙烯腈纤维中含有均匀分散的经特殊处理过的超细石墨烯，处理过的石墨烯能与聚丙烯腈很好的结合，从而大幅改善聚丙烯腈的导热性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属聚丙烯腈纤维制备
，涉及，特别是涉及一种将经处理过的石墨烯浓缩液添加到丙烯腈聚合过程中制得石墨烯均匀分散的聚丙烯腈纺丝原液，并用聚丙烯腈纺丝原液进行湿法纺丝操作制得高导热聚丙烯腈纤维的制备方法。
技术介绍
聚丙烯腈纤维是合成纤维四大品种之一，其产量在合成纤维中仅次于聚酯纤维和聚酰胺纤维，全世界的产量已达到300万吨/年。聚丙烯腈纤维是一种优良的纺织用品原料，纤维耐光、抗辐射、柔软、保暖，被誉为“人造羊毛”，广泛地应用于服装面料、篷布、窗帘等纺织领域。但是，随着人们生活水平的不断提高和服装文化的日益发展，保暖已不再是服装的单一要求，人们对其舒适度、功能性和安全性要求越来越高。保暖服装可以在气温较低时阻止人体热量向外释放，从而达到保暖的效果，但是在气温较高的夏季，这种服装将失去其作用，所以，若能专利技术一种能促进热量释放的服装，将会有效的解决高温天气的服装问题，使得人们更加舒服的面对高温天气。聚丙烯腈纤维另一主要用途为制备碳纤维，碳纤维以其优秀的机械性能已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。目前碳纤维的使用途径主要以与其他材料复合为主碳纤维增强的复合材料可以以用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴、棒球等体育领域，所以，碳纤维是典型的高科技领域中的新型工业材料。碳纤维在与其他材料复合后，其优秀的物理性能和化学性能只能有一部分在复合材料中体现出来，为了制备性能更好的碳纤维复合材料，从源头上提升碳纤维的性能成为了一种有效的解决办法。专利技术专利CN 103484966 A描述了一种具有阻燃性的聚丙烯腈纤维的制备方法，该专利技术通过在制备聚丙烯腈纤维纺丝原液时添加阻燃剂并经过特殊工艺处理使得最终聚丙烯腈纤维具有一定的阻燃性。该专利技术先将聚丙烯腈、丙烯腈和含磷阻燃剂进行混合再对混合物进行冷冻、辐照、聚合以及水洗等操作，最后制得的纺丝原液进行纺丝得到阻燃聚丙烯腈纤维，该方法工艺较复杂，且阻燃剂没有经过特殊处理，这就很容易造成最终纤维产品的纤维强度大幅下降。
技术实现思路
本专利技术涉及，特别是提供一种在丙烯腈进行聚合反应时添加石墨烯浓缩液使得石墨烯均匀分散在聚丙烯腈纺丝原液中并对原液进行湿法纺丝制备的高导热聚丙烯腈纤维及其制备方法。本专利技术先将超细石墨烯在水性钛酸酯的水溶液中经过磁场、超声处理，再在磁场中进行蒸馏制得石墨烯浓缩液，将单体、弓丨发剂以及石墨烯浓缩液分别加入到溶剂中进行加热聚合反应，反应结束后制得聚丙烯腈纺丝原液，最后对纺丝原液进行湿法纺丝制得高导热聚丙烯腈纤维。所述高导热聚丙烯腈纤维中含有均匀分散的经特殊处理过的超细石墨烯，处理过的石墨烯能与聚丙烯腈很好的结合，从而大幅改善聚丙烯腈的导热性能。本专利技术的一种高导热聚丙烯腈纤维的制备方法，在丙烯腈进行聚合反应制备聚丙烯腈时加入石墨烯浓缩液，通过原位聚合制得含石墨烯的聚丙烯腈纺丝原液，纺丝原液经过湿法纺丝工艺制得高导热聚丙烯腈纤维；所述石墨烯浓缩液的制备方法:先将水性钛酸酯溶解在水中，然后加入超细石墨烯粉体，在磁场中进行超声分散，即得到石墨烯分散液；然后在外加磁场作用下，将石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏，即获得石墨烯浓缩液。作为优选的技术方案:如上所述的一种高导热聚丙烯腈纤维的制备方法，原位聚合的具体步骤为:将单体、引发剂、石墨烯浓缩液分别加入溶剂中，混合均匀制成聚合溶液；在常压50?70°C温度条件下聚合2?5h，单体转化率为70?85%，得到聚丙烯腈纺丝原液；所述的单体至少包括第一单体，所述的第一单体为丙烯腈；单体在聚合溶液中的质量浓度为10?35%，引发剂相对单体的质量百分数为0.5?1.5%，石墨烯浓缩液相对单体的质量百分数为0.7?33%。如上所述的一种高导热聚丙烯腈纤维的制备方法，所述的单体除包括第一单体夕卜，还包括第二单体，所述的第二单体为丙烯酰胺、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯腈、醋酸乙烯酯中的一种；第一单体相对总单体的质量分数为80?99%，第二单体相对总单体的质量分数为I?20%。如上所述的一种高导热聚丙烯腈纤维的制备方法，所述的单体包括第一单体、第二单体和第三单体，所述的第三单体为衣康酸、丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯苯磺酸钠、乙烯基吡啶、甲基丙烯酸二甲替氨基乙酯中的一种；第一单体相对总单体的质量分数为80?98%，第二单体相对总单体的质量分数为I?17%，第三单体相对总单体的质量分数为I?3 %。如上所述的一种高导热聚丙烯腈纤维的制备方法，所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、过氧化二碳酸二异丙酯中的一种；所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺或硫氰酸钠。如上所述的一种高导热聚丙烯腈纤维的制备方法，所述石墨烯粉体在所述石墨烯分散液中的质量分数为0.5?8%，所述水性钛酸酯的质量小于等于石墨烯粉体质量的2%，所述石墨烯浓缩液中石墨烯的质量分数为30-70% ；所述的水性钛酸酯是双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，或双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物溶液，或双(二辛基焦磷酸酯)羟乙酸酯钛酸酯，或双(二辛基二乙醇)乙二胺钛酸酯，或二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯，水性钛酸酯含有可水解的短链烷氧基能与石墨烯的双键发生化学反应从而使得钛酸酯能与石墨烯充分结合，起到表面修饰的作用，使得超细石墨烯具有更高的活性。；所述溶解的过程是通过机械搅拌的方式，转速为50?100转/分钟，搅拌时间为5?30分钟，温度为10?35°C，水性钛酸酯能与水互溶，我们通过低速搅拌加快钛酸酯溶解速度，大幅缩短溶解时间；所述超细石墨稀粉体的尺寸为:长和宽分别为I?10微米，厚度为6?10纳米；所述石墨烯浓缩液中超细石墨烯的尺寸为:长和宽分别为I?10微米，厚度为I?6纳米。石墨烯的颗粒度越小，相对应的比表面积就越大，小颗粒度的石墨烯更有利于发挥石墨烯优秀的机械性能和其他物理性能，并且在使用时还能减少石墨烯的使用量；所述超声分散磁场对应的磁场强度为0.5?5T ;所述外加磁场的磁场强度为2?6T，墨稀材料具有特殊的结构形态，在磁场中，石墨稀分散液中的石墨稀会产生有序的定向排列，在浓缩过程中，由于石墨烯的含量逐渐升高，石墨烯浓缩液的粘稠度会逐渐变大，因此，通过较高磁场强度的磁场来控制石墨稀的有序排布；所述的超声分散的超声波频率为20?30KHz，功率为I?5千瓦，超声分散时间为30?90分钟，温度控制为10?60°C，超声分散对石墨稀在分散液中的分散具有很好的效果，也能够充分的使得石墨烯表面被水性钛酸酯修饰，另外，石墨烯通过磁场作用在石墨烯分散液中定向排列从而达到一个平衡状态后，由于超声的高频率作用，从而使得这种平衡状态被打破，通过不断的力学作用，使得石墨烯片层之间的距离增大，从而达到剥离的作用；所述蒸馏是指通过加热使得水分蒸发而使得石墨烯分散液中石墨烯浓度提高的过程，蒸馏温度为80?100°C，蒸馏时间为10?60分钟；所述减压蒸馏的参数为:真空度为-0.0lMPa?-0.1MPa，蒸馏温度为50?8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热聚丙烯腈纤维的制备方法，其特征在于，在丙烯腈进行聚合反应制备聚丙烯腈时加入石墨烯浓缩液，通过原位聚合制得含石墨烯的聚丙烯腈纺丝原液，纺丝原液经过湿法纺丝工艺制得高导热聚丙烯腈纤维；所述石墨烯浓缩液的制备方法：先将水性钛酸酯溶解在水中，然后加入超细石墨烯粉体，在磁场中进行超声分散，即得到石墨烯分散液；然后在外加磁场作用下，将石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏，即获得石墨烯浓缩液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆炅，毛惠敏，石建华，
申请(专利权)人：浙江泰索科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33