石墨烯改性芳纶制造技术

本发明专利技术公开一种石墨烯改性芳纶

【技术实现步骤摘要】
石墨烯改性芳纶III纤维及其制备方法


[0001]本专利技术属于石墨烯应用
，具体涉及一种石墨烯改性芳纶
III
纤维及其制备方法
。

技术介绍

[0002]石墨烯是一种由碳原子以
sp2杂化轨道形成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，其厚度为一个碳原子层的厚度
(0.35nm)。
石墨烯具有独特的物理化学性质，是目前已知的硬度最高的物质，杨氏模量超过
1000GPa
，同时具有较好的韧性；热导率
3000W/mK
；电荷迁移速度为2×
105cm2/Vs
；比表面积高达
2600m2/g。
氧化石墨烯
(GO)
是在石墨烯片层上引入功能性的基团，使其具有某些新特性的一种功能化的石墨烯，功能性的基团包括位于氧化石墨烯的基面上的羟基和环氧基以及边缘处的羧基和羟基，利用氧化石墨烯表面基团可以和其他材料进行复合反应，其中引入其他基团的功能化石墨烯在高分子复合材料中的应用较广泛
。
[0003]芳纶Ⅲ纤维是一种重要的国防军工材料，在国防
、
航空航天等高端领域具有机器重要的意义，可用于防弹装甲或者火箭的结构材料
。
目前国产芳纶Ⅲ的拉伸强度已达到
5.0GPa
，拉伸模量达
130
‑
160GPa。
在配方
、
工艺相对成熟的条件下，为了进一步提高芳纶Ⅲ纤维的力学性能，最有效和直接的途径是将芳纶Ⅲ与力学性能更好的材料进行复合
。
石墨烯作为新型纳米碳材料，具有超高的强度和模量，有望通过复合的方式进一步提高芳纶Ⅲ的力学性能
。
[0004]为了达到理想的增强效果，石墨烯在纤维中的分散性至关重要
。
为了达到一个较好的分散性，通常先将石墨烯分散在特定溶剂中，再通过原位聚合的方式进行石墨烯与芳纶Ⅲ的进行复合
。
然而，用于芳纶Ⅲ制备的溶剂
N,N
二甲基乙酰胺，并不能很好的分散氧化石墨烯，因而不能得到理想力学性能的改性芳纶
III
纤维
。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种石墨烯改性芳纶
III
纤维及其制备方法
。
[0006]本专利技术一方面提供一种石墨烯改性芳纶
III
纤维，所述石墨烯改性芳纶
III
纤维包含的石墨烯通过共价键与芳纶
III
聚合物连接
。
[0007]根据本专利技术的一实施方式，所述共价键是酰胺键
。
[0008]根据本专利技术的另一实施方式，以所述石墨烯改性芳纶
III
纤维的总质量为
100
％，所述石墨烯的质量含量为
0.05
‑
10wt
％
。
[0009]根据本专利技术的另一实施方式，所述石墨烯改性芳纶
III
纤维中所述石墨烯的尺寸为
100nm
‑1μ
m。
[0010]根据本专利技术的另一实施方式，所述石墨烯改性芳纶
III
纤维的拉伸强度为
30
‑
35cN/dTex
，拉伸模量为
900
‑
1000cN/dTex。
[0011]本专利技术另一方面提供一种上述石墨烯改性芳纶
III
纤维的制备方法，包括：
S1
，将表面修饰有胺基的石墨烯分散于
N,N
二甲基乙酰胺中，形成分散均匀的第一分散液；
S2
，在
形成所述芳纶
III
聚合物的聚合过程中加入所述第一分散液
。
[0012]根据本专利技术的一实施方式，所述表面修饰有胺基的石墨烯的制备过程包括：
S01
，将氧化石墨烯加入
N,N
二甲基乙酰胺中，分散均匀后对所述氧化石墨烯进行破碎形成第二分散液；
S02
，将具有至少两个胺基的化合物加入至所述第二分散液中与所述氧化石墨烯反应以在石墨烯表面接枝氨基官能团
。
[0013]根据本专利技术的另一实施方式，所述
S01
步骤中，所述第二分散液中氧化石墨烯的浓度为2～
50mg/mL。
[0014]根据本专利技术的另一实施方式，在所述
S02
步骤中加入的具有至少两个胺基的化合物的质量相当于所述氧化石墨烯质量的
50
～
250
％
。
[0015]根据本专利技术的另一实施方式，所述具有至少两个胺基的化合物选自间苯二胺
、
对苯二胺
、
间氨基苄胺和对氨基苄胺中的一种或几种
。
[0016]本专利技术通过在石墨烯表面修饰胺基，从而使得石墨烯能够均匀地分散在制备芳纶Ⅲ所需的有机溶剂
N,N
二甲基乙酰胺中，进而在芳纶
III
的聚合过程中加入可以通过原位聚合的方式将石墨烯与芳纶Ⅲ的进行复合
。
制备的胺基化石墨烯上的胺基可以与芳纶Ⅲ形成共价键，提高了石墨烯与纤维的结合紧密度，从而提高纤维的力学性能
。
附图说明
[0017]图1为功能化石墨烯的合成机理示意图
[0018]图2为实施例1与对比例1中胺基化石墨烯与氧化石墨烯的红外光谱对比图
。
[0019]图3为实施例1与对比例1中胺基化氧化石墨烯与氧化石墨烯在
N,N
二甲基乙酰胺分散情况的对比图
。
[0020]图4为实施例1与对比例1中胺基化石墨烯
/
芳纶Ⅲ复合纤维和氧化石墨烯
/
芳纶Ⅲ复合纤维的力学性能测试图
。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行详细的说明，但是所述实施例的说明，仅仅是本专利技术的一部分实施例，并不仅限于此
。
[0022]本专利技术的石墨烯改性芳纶
III
纤维，包含的石墨烯通过共价键与芳纶
III
聚合物连接
。
[0023]在可选的实施方式中，共价键是酰胺键
。
[0024]在可选的实施方式中，以石墨烯改性芳纶
III
纤维的总质量为
100
％，石墨烯的质量含量为
0.05
‑
10wt
％
。
改性纤维中石墨烯的含量小于
0.05wt
％，则力学性能提升效果不显著；大于
10wt
％则影响纺丝效果
。
[0025]在可选的实施方式中，石墨烯改性芳纶
III...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种石墨烯改性芳纶
III
纤维，其特征在于，所述石墨烯改性芳纶
III
纤维包含的石墨烯通过共价键与芳纶
III
聚合物连接
。2.
根据权利要求1所述的石墨烯改性芳纶
III
纤维，其特征在于，所述共价键是酰胺键
。3.
根据权利要求1所述的石墨烯改性芳纶
III
纤维，其特征在于，以所述石墨烯改性芳纶
III
纤维的总质量为
100
％，所述石墨烯的质量含量为
0.05
‑
10wt
％
。4.
根据权利要求1所述的石墨烯改性芳纶
III
纤维，其特征在于，所述石墨烯改性芳纶
III
纤维中所述石墨烯的尺寸为
100nm
‑1μ
m。5.
根据权利要求1所述的石墨烯改性芳纶
III
纤维，其特征在于，所述石墨烯改性芳纶
III
纤维的拉伸强度为
30
‑
35cN/dTex
，拉伸模量为
900
‑
1000cN/dTex。6.
一种权利要求1‑5所述的石墨烯改性芳纶
III
纤维的制备方法，其特征在于，包括：
S1
，将表面修饰有胺基的石墨烯分散于
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锦，周航，焦琨，高振飞，李春，李兰英，彭涛，林志娇，张子怡，
申请(专利权)人：北京大学中蓝晨光化工有限公司，
类型：发明
国别省市：