本发明专利技术涉及一种导电性能优良的石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于：（1）乙醇溶液和硅烷偶联剂混成混合液；碳纤维加水制成悬浮液；混合液和悬浮液混合，加泡沫镍，超声、离心、干燥得复合材料；（2）以复合材料为阳极，铂电极为阴极，氧化石墨烯分散液为电解液，在复合材料表面沉积一层氧化石墨烯，得复合电极；将电解液换成氯化钠溶液，以复合电极为阳极进行电解刻蚀去除泡沫镍，在盐酸溶液中浸泡，得三维复合结构体；（3）将三维复合结构体分散在分散剂中，与聚丙烯混匀，熔融共混制造母料，将母料与聚丙烯混匀，熔融共混后纺丝。本发明专利技术优点：工艺简单、容易控制、安全无污染、原料易得；产品导电性能优良，可用于静电、导电领域。域。
【技术实现步骤摘要】
一种导电性能优良的石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维的制备方法
[0001]本专利技术属于复合材料
，涉及一种导电性能优良的石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维的制备方法。
技术介绍
[0002]随着塑料行业的高速发展，聚丙烯材料已经广泛用于包装、医疗、航天、机械、电子、建筑、农业等领域。单一的聚丙烯材料已经不能满足塑料领域快速发展的需要，尤其本身优越的绝缘性能，虽然可以用于绝缘材料领域，但极易集聚静电荷，引起重大事故，限制了聚丙烯的应用领域。
[0003]石墨烯是由sp2杂化碳原子组成，具有对称六角蜂窝晶格状结构的一种导电纳米材料，石墨烯的拉伸强度高达130GPa、杨氏模量高达1TPa。石墨烯被视为零带隙的半金属，表面具有自由电子，且传导电子的能力强，电导率为6000S/cm。石墨烯优异的电学、力学性能使其成为绝缘高分子的理想填料，主要解决绝缘高分子电荷聚集的问题。然而单一的石墨烯填料已经不能满足高科技发展的需要，因为单一的石墨烯浓度升高之后，团聚现象变得更加明显，影响了高分子材料导电性能的提升空间。
[0004]碳纤维作为碳家族成员之一，具有密度低、长径比大、柔韧性好、导电性优异等特点，是提高高分子材料的导电性和力学性能的优异填料之一。
[0005]但目前还未公开聚丙烯纤维、石墨烯、碳纤维这三者复合的材料。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是为了弥补现有材料的不足，提供一种导电性能优良的石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维的制备方法。本专利技术先制得石墨烯/碳纤维三维复合结构体，再以熔融共混技术制备出导电性能优良的石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维。三维复合结构体有利于填料在高分子材料中的均匀分散，有利于电荷的扩散，提高材料的导电性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种导电性能优良的石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）碳纤维/泡沫镍复合材料的制备将质量浓度50
‑
90% 的乙醇水溶液和硅烷偶联剂按质量比100：2
‑
5混合均匀，形成混合液；将碳纤维加入水中，超声搅拌，制得浓度为1mol/L
‑
3mol/L的悬浮液；将混合液和悬浮液按体积比1:100
‑
1:20混合，随后加入1.5mm
×
2cm
×
2cm的泡沫镍，在65
‑
75℃条件下超声1
‑
1.2h；经离心、干燥（58
‑
63℃下干燥12
‑
24h）得碳纤维/泡沫镍复合材料；（2）石墨烯/碳纤维三维复合结构体的制备以碳纤维/泡沫镍为阳极，铂电极为阴极，以氧化石墨烯分散液为电解液，采用电化学沉积方法在碳纤维/泡沫镍复合材料表面沉积一层还原的氧化石墨烯，得到石墨烯/碳纤维/泡沫镍复合电极；将电解液换成氯化钠溶液，以石墨烯/碳纤维/泡沫镍为阳极进行电
解刻蚀去除泡沫镍，然后在盐酸溶液中浸泡12h，得到石墨烯/碳纤维三维复合结构体；（3）石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维的制备按石墨烯/碳纤维三维复合结构体：分散剂质量比3:1，将石墨烯/碳纤维三维复合结构体分散在分散剂中，然后与聚丙烯混合均匀，控制石墨烯/碳纤维三维复合结构体：聚丙烯质量比为1:8
‑
10，进行熔融共混制造母料，随后将母料与聚丙烯按质量比1:8
‑
10混合均匀，熔融共混后经纺丝得到石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维。
[0008]进一步，所述步骤（1）中硅烷偶联剂为KH550，KH560，KH570或KH792。
[0009]进一步，所述步骤（2）中氧化石墨烯分散液的浓度为0.5
‑
2mol/L。
[0010]进一步，所述步骤（2）中氯化钠溶液的浓度为1.0
‑
1.5mol/L。
[0011]进一步，所述步骤（2）中盐酸溶液的浓度为3.0
‑
5.0mol/L。
[0012]进一步，所述步骤（3）中分散剂为N
‑
甲基吡咯烷酮和聚乙烯蜡的混合物，其中N
‑
甲基吡咯烷酮：聚乙烯蜡的质量比为7:3。
[0013]进一步，所述步骤（3）中熔融共混的装置为双螺杆挤出机，其温度分别设置为265℃，270℃，268℃，260℃。
[0014]进一步，所述步骤（3）中纺丝的工艺条件为：纺丝温度为260
‑
265℃，风冷温度为16
‑
18℃，湿度为60
‑
65%，纺丝速度为800
‑
1000 m/min。
[0015]进一步，所述石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维中石墨烯/碳纤维三维复合结构体的含量为0.5%
‑
3%。
[0016]本专利技术以泡沫镍为基底，利用浸渍技术使泡沫镍包覆一层碳纤维获得碳纤维/泡沫镍复合材料，通过电化学沉积技术在碳纤维/泡沫镍复合材料表面沉积一层还原的氧化石墨烯得到石墨烯/碳纤维/泡沫镍复合电极。然后通过电解刻蚀的方法去除泡沫镍，得到石墨烯/碳纤维三维复合结构体。最后通过熔融共混技术制备石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维，其优点在于制备过程安全，简单易行并且原料易得。通过制造母料，添加分散剂、构筑石墨烯/碳纤维三维复合结构体，使得填料均匀分散于聚丙烯体系中，得到导电性能优良的石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维。通过熔融共混技术可以防止填料的脱落，得到导电性能更持久的石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维。此外，在电化学沉积制备石墨烯/碳纤维/泡沫镍复合材料过程中，石墨烯会有部分残余的含氧官能团，可作为碳纤维良好的分散剂，两者的插层和隔离作用使得石墨烯/碳纤维三维复合结构体在聚丙烯体系中保持良好的分散性。
[0017]本专利技术的优点：1.本专利技术工艺简单、容易控制、安全无污染且原料易得；2.当石墨烯/碳纤维三维复合结构体质量分数为1%时（硅烷偶联剂为KH550），石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维的电导率为4.8
×
10
‑
7 S m
‑1，相较于聚丙烯的电导率4.08
×
10
‑
13 S m
‑1提高了6个数量级。室温放置10天后，电导率为5.2
×
10
‑
7 S m
‑1，室温放置20天后，电导率为5.4
×
10
‑
7 S m
‑1，室温放置30天后，电导率为5.4
×
10
‑
7 S m
‑1；3.本专利技术制得的石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维导电性能优良，可应用于静电、导电领域。
具体实施方式
[0018]结合实施例对本专利技术进行详细说明。对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本
专利技术构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0019]一种导电性能优良的石墨烯/碳纤维/聚丙烯本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种导电性能优良的石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）碳纤维/泡沫镍复合材料的制备将质量浓度50
‑
90% 的乙醇水溶液和硅烷偶联剂按质量比100：2
‑
5混合均匀，形成混合液；将碳纤维加入水中，超声搅拌，制得浓度为1mol/L
‑
3mol/L的悬浮液；将混合液和悬浮液按体积比1:100
‑
1:20混合，随后加入1.5mm
×
2cm
×
2cm的泡沫镍，在65
‑
75℃条件下超声1
‑
1.2h；经离心、干燥得碳纤维/泡沫镍复合材料；（2）石墨烯/碳纤维三维复合结构体的制备以碳纤维/泡沫镍为阳极，铂电极为阴极，以氧化石墨烯分散液为电解液，采用电化学沉积方法在碳纤维/泡沫镍复合材料表面沉积一层还原的氧化石墨烯，得到石墨烯/碳纤维/泡沫镍复合电极；将电解液换成氯化钠溶液，以石墨烯/碳纤维/泡沫镍为阳极进行电解刻蚀去除泡沫镍，然后在盐酸溶液中浸泡12h，得到石墨烯/碳纤维三维复合结构体；（3）石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维的制备按石墨烯/碳纤维三维复合结构体：分散剂质量比3:1，将石墨烯/碳纤维三维复合结构体分散在分散剂中，然后与聚丙烯混合均匀，控制石墨烯/碳纤维三维复合结构体：聚丙烯质量比为1:8
‑
10，进行熔融共混制造母料，随后将母料与聚丙烯按质量比1:8
‑
10混合均匀，熔融共混后经纺丝得到石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维。2.根据权利要求1所述一种导电性能优良的石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中硅烷偶联剂为KH550，KH560，KH570或KH792。3.根据权利要求1所述一种导电性能优良的石墨烯/碳纤维/聚丙烯纤维的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：任东风，文贵强，高微，李玉峰，刘海东，陈涛，李新雨，王文齐，
申请(专利权)人：凯盛石墨碳材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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