一种高性能的石墨烯芳纶纤维的制备方法以及由此得到的高性能的石墨烯芳纶纤维技术

本发明专利技术涉及一种高性能的石墨烯芳纶纤维的制备方法，其包括如下步骤：提供片状石墨烯，将石墨烯溶于1‑甲基‑2吡咯烷酮和/或水中形成石墨烯浆料，其中，石墨烯浆料中的片状石墨烯的质量百分数为0.5‑2wt.％；将植酸加入到石墨烯浆料中混合搅拌形成混合浆料；以及，将芳纶浆粕加入到混合浆料中搅拌混合，喷丝得到高性能的石墨烯芳纶纤维，其中，片状石墨烯：植酸：芳纶浆粕的质量比为1：1：18‑98。本发明专利技术还提供一种通过上述的制备方法得到的高性能的石墨烯芳纶纤维。根据本发明专利技术的制备方法，通过使用石墨烯浆料，增加石墨烯与芳纶结合的机会，再以植酸作为两者中间连接的物质，可以实现石墨烯和芳纶纤维紧密的结合，解决石墨烯在芳纶纤维上容易脱落的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能的石墨烯芳纶纤维的制备方法以及由此得到的高性能的石墨烯芳纶纤维
本专利技术涉及芳纶纤维，更具体地涉及一种高性能的石墨烯芳纶纤维的制备方法以及由此得到的高性能的石墨烯芳纶纤维。
技术介绍
芳纶全称为芳香族聚酰胺纤维，因其低密度，优异的耐腐蚀、耐冲击、阻燃等特性，常作为树脂基复合材料的增强相，用于易摩擦和易冲击的场合进行外层保护，如用于航空航天、军事、机械等各领域。芳纶纤维主要分为两种：对位芳酰胺纤维(PPTA)和间位芳酰胺纤维(PMIA)。芳纶纤维呈明显的皮芯结构，表面化学性质稳定，缺少活性基团，表面浸润性较差，与树脂材料界面结合能较低，大大限制其优异性能的发挥。自从1972年发现芳纶纤维以来，芳纶纤维凭借其优异的综合性能，一直引领着众多尖端领域的发展。芳纶纤维生产领域，特别是对位芳酰胺纤维，发展较快，如美国杜邦的Kevlar纤维，日本帝人公司的Twaron、Technora纤维，烟台泰和新材的Taparan(泰普龙)纤维等。对芳纶进行改性，显得尤为重要，芳纶纤维改性后，表面大分子链排列规则性变差并且在表面生成一些活性官能团，例如C＝O、-OH、-COOH和NH2等。这些官能团可以与基体材料发生化学反应或生成氢键，从而改善复合材料界面性能。表面接枝、溴刻蚀、氯磺化、醋酸酐处理和硝化还原、表面涂层、高能射线辐照、等离子改性、超声浸渍等等，不同的处理方法都可改善复合材料的界面性能。芳纶浆粕是对芳纶纤维进行表面原纤化处理之后便得到的，其独特的表面结构极大地提高了混合物的抓附力，因此非常适合作为一种增强纤维应用于摩擦及密封产品中。芳纶1414浆粕，浅黄色絮花状，呈毛绒状，毛羽丰富，强度高、尺寸稳定性好，无脆性、耐高温、耐腐蚀、常用作垫片增强材料，具有较好的回弹性能和密封性能，对人体健康及环境无危害，可用作于水、油、烃类和中等强度的酸碱等介质的密封，造出的垫片具有优良的密封性能和抗蠕变松弛性能石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积，高的导电导热性，用于纤维中可以很好的改善纤维的耐磨性能，强度，增加纤维的导电导热能力和实现纤维抗菌等能力，在石墨烯用于芳纶纤维方面已经有一些专利予以报道，主要是用石墨烯使芳纶纤维被覆盖，更好地保护芳纶纤维免受紫外光辐射的损害。例如CN104047160A公开了一种氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法，具体方法是在芳纶纤维表面包覆多巴胺，然后通过席夫碱反应将氨基化的氧化石墨烯接枝在包覆了多巴胺的芳纶纤维表面。该制备方法可以改善芳纶纤维与树脂基体多巴胺间的界面性能，但是这样获得的物质结合能力仍较差，不能有效改善石墨烯与芳纶之间的结合力。由于石墨烯和芳纶之间无法形成稳定的连接，石墨烯易脱落。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的石墨烯容易脱落的问题，本专利技术旨在提供一种高性能的石墨烯芳纶纤维的制备方法以及由此得到的高性能的石墨烯芳纶纤维。本专利技术提供一种高性能的石墨烯芳纶纤维的制备方法，其包括如下步骤：S1，提供片状石墨烯，将石墨烯溶于1-甲基-2吡咯烷酮和/或水中形成石墨烯浆料，其中，石墨烯浆料中的片状石墨烯的质量百分数为0.5-2wt.％；S2，将植酸加入到石墨烯浆料中混合搅拌形成混合浆料；以及S3，将芳纶浆粕加入到混合浆料中搅拌混合，喷丝得到高性能的石墨烯芳纶纤维，其中，片状石墨烯：植酸：芳纶浆粕的质量比为1：1：18-98。在本专利技术中，植酸通过与石墨烯的苯环结构相互吸引连接，另外通过植酸上面的磷酸基团和羟基基团与芳纶形成氢键和化学键螯合连接，从而使石墨烯包裹在芳纶浆粕上，最后通过进一步的纺丝形成该高性能的石墨烯芳纶纤维。在步骤S2中，石墨烯和植酸被很好地融合在一起，在步骤S3中，通过石墨烯与芳纶与植酸的π-π相互作用而使这几种物质紧密结合，经水洗，反复摩擦，石墨烯均不会脱落。而且，由于石墨烯的加入，该高性能的石墨烯芳纶纤维的机械强度和导电导热性能都得到了很大的提高，实现了超高强度，高导电，高导热的石墨烯包覆芳纶纤维的制备。在所述步骤S1中，通过电化学剥离法或液相剥离法来提供片状石墨烯。在优选的实施例中，该片状石墨烯为低缺陷的石墨烯或高品质的石墨烯。优选地，石墨烯浆料的密度为5-20mg/ml。优选地，石墨烯浆料中的片状石墨烯的片层横向平均尺寸为1-5μm，片层层数为3-6层。在所述步骤S2中，将植酸固体粉末和/或植酸水溶液加入到石墨烯浆料中。优选地，植酸水溶液中的植酸的质量百分数为60-80wt.％，更优选为70wt.％。优选地，混合搅拌0.5-3h。在所述步骤S3中，芳纶浆粕为芳纶1414浆粕。优选地，喷丝的速度为2-5m/min，喷丝的温度为120-200℃。优选地，搅拌混合在高混机中进行。优选地，搅拌混合2-5h。本专利技术还提供一种通过上述的制备方法得到的高性能的石墨烯芳纶纤维，其中，该石墨烯芳纶纤维为石墨烯包覆芳纶纤维。本专利技术通过的石墨烯包覆芳纶纤维，其中石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的柔性二维碳纳米材料，具有高的导电导热性，高的力学强度，高的比表面积以及好的柔性。其中芳纶是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，广泛应用于复合材料、防弹制品、建材、特种防护服装、电子设备等领域。将石墨烯用于包裹芳纶浆粕，结合石墨烯和芳纶提高芳纶的导电性，增强芳纶的强度和耐磨性，使芳纶兼具导电和更高强度的性能，相比于其他石墨烯芳纶复合材料，本专利技术中提到的石墨烯芳纶复合材料具有更强的复合结合力，在多次水洗，搓揉和折叠的过程中不会导致脱落。优选地，该高性能的石墨烯芳纶纤维的导电率为2500-4500S/m。与现有的芳纶纤维相比，本专利技术提供的高性能的石墨烯芳纶纤维的拉伸强度提高33-40％。根据本专利技术的制备方法，通过使用石墨烯浆料，增加石墨烯与芳纶结合的机会，再以植酸作为两者中间连接的物质，可以实现石墨烯和芳纶纤维紧密的结合，解决石墨烯在芳纶纤维上容易脱落的问题。而且，采用较粘的石墨烯浆料结合辅助粘结的植酸，更均匀地将石墨烯粘结在芳纶纤维上。其中，具有黏附作用的植酸很好地将石墨烯与芳纶通过π-π相互作用和官能团之间的连接实现稳定的连接作用，进而改善芳纶纤维导电性差，缺少活性基团，表面浸润差的问题。另外，本专利技术的制备方法简单便捷，与现有的纤维制备方法实现无缝对接，操作条件温和，可实现石墨烯对芳纶纤维的工业化生产，经济效果良好。由此获得的石墨烯包裹的高性能芳纶纤维，具有非常好的导电性和机械强度，是应用于多种智能设备和服饰。具体实施方式下面给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。实施例1选取密度为5mg/ml低缺陷的电化学剥离石墨烯溶于1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)的浆料，对应的石墨烯含量的质量百分数为0.5wt.％，其中石墨烯的尺寸为5μm，层数为6层，按质量百分数计，按石墨烯和植酸固体各5份，将植酸加入到石墨烯浆料中，混合搅拌均匀0.5h；而后将90份的市售芳纶浆粕加入到混合浆料中，石墨烯：植酸：芳纶浆粕的质量比为1：1：18，在高混机中持续的搅拌2h混合；待混合均匀后以2m/min速度，200℃温度条件下按常规制备方法喷丝，经水槽冷却后，拉丝，最后获得石墨烯包裹得高性能的石墨烯芳纶纤维。本实施例获得的高性能的石墨烯芳纶纤维的导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能的石墨烯芳纶纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，提供片状石墨烯，将石墨烯溶于1‑甲基‑2吡咯烷酮和/或水中形成石墨烯浆料，其中，石墨烯浆料中的片状石墨烯的质量百分数为0.5‑2wt.％；S2，将植酸加入到石墨烯浆料中混合搅拌形成混合浆料；以及S3，将芳纶浆粕加入到混合浆料中搅拌混合，喷丝得到高性能的石墨烯芳纶纤维，其中，片状石墨烯：植酸：芳纶浆粕的质量比为1：1：18‑98。

【技术特征摘要】
1.一种高性能的石墨烯芳纶纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，提供片状石墨烯，将石墨烯溶于1-甲基-2吡咯烷酮和/或水中形成石墨烯浆料，其中，石墨烯浆料中的片状石墨烯的质量百分数为0.5-2wt.％；S2，将植酸加入到石墨烯浆料中混合搅拌形成混合浆料；以及S3，将芳纶浆粕加入到混合浆料中搅拌混合，喷丝得到高性能的石墨烯芳纶纤维，其中，片状石墨烯：植酸：芳纶浆粕的质量比为1：1：18-98。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，通过电化学剥离法或液相剥离法来提供片状石墨烯。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，石墨烯浆料的密度为5-20mg/ml。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李解，
申请(专利权)人：李解，
类型：发明
国别省市：江苏,32