CN110289123A - 一种石墨烯复合导电织物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导电织物技术领域，尤其是一种石墨烯复合导电织物，包含高分子织物，所述高分子织物表面均匀喷涂有石墨烯，所述石墨烯与高分子织物的质量比为（0.00001～0.01）：1，所述石墨烯的片层厚度为1～8层厚度，石墨烯复合导电织物是将氧化石墨烯或石墨烯溶于溶剂中得到氧化石墨烯或石墨烯分散液，再通过喷涂加烘干的方式得到石墨烯复合导电织物，采用本制备方法，在加热烘干的过程中，石墨烯的二维片层之间及石墨烯二维片层和高分子织物间的范德华力较强，从而获得较强附着力，本发明的方法简单，能耗较低，环保无污染，可用于大规模商业化生产，利用石墨烯的导电性能好、机械强度高、附着能力强等优点，提高导电织物的导电性能、使用耐久性能。

Description

一种石墨烯复合导电织物及其制备方法

技术领域

本发明涉及导电织物技术领域，尤其是一种石墨烯复合导电织物及其制备方法。

背景技术

导电织物是赋予传统织物以导电性能，从而应用于各个行业领域，使得传统织物可以在很多特殊应用场合摆脱静电问题带来的困扰。

导电织物的制备仍在不断探索中，目前制备导电织物的方法有抗静电剂浸渍法，它的优点是成本低、工艺简单，但缺点是导电率低、耐久性和耐洗涤性比较差；有织物中掺入导电纤维法，它的优点是性能良好、机械强度高，但缺点是工艺复杂、成本较高；有直接涂层法，它的有点是涂层通常固定在织物表面，减小了对织物手感和悬垂性的影像，缺点是产品不具有整体导电性，当涂层织物处于动态或者涂层后的形状处于形变时，纤维间的涂层易断裂而导致涂层织物的导电性大大削弱。

发明内容

为了克服现有的导电织物导电率差或工艺负杂或整体导电性差的不足，本发明提供了一种石墨烯复合导电织物，本发明还提供了其详细的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯复合导电织物，包含高分子织物，所述高分子织物表面均匀喷涂有石墨烯，所述石墨烯与高分子织物的质量比为（0.00001～0.01）：1，优选为（0.0001～0.01）：1，更为优选为（0.001～0.01）：1，所述石墨烯的片层厚度为1～8层厚度，可以为1层，3层，5层或8层。

另一方面本发明提供了前述一种石墨烯复合导电织物的制备方法，包含以下步骤：

①将氧化石墨烯或石墨烯与溶剂混合，得到氧化石墨烯或石墨烯分散液；

②将步骤①制备的氧化石墨烯或石墨烯分散液通过高压喷枪均匀喷涂在高分子织物表面，得到石墨烯分散织物；

③将步骤②制备的石墨烯分散织物进行加热处理，得到石墨烯复合导电织物。

值得一提的是，步骤②喷涂的方式，使石墨烯或氧化石墨烯均匀地覆盖在高分子织物表面，石墨烯或氧化石墨烯的用量少、浪费少同时污染少，高压喷枪为现有技术，能使液体具有一定压力地喷出，喷涂在织物上，在此不再赘述，如果选用的是氧化石墨烯分散液，在步骤③中，由于加热烘干，会使氧化石墨烯热还原成石墨烯，也就是说，不论是石墨烯还是氧化石墨烯分散液，最后均会得到石墨烯复合导电织物，同时采用本制备方法，也会得到较强的附着力，原因是，在加热烘干的过程中，石墨烯的二维片层之间及石墨烯二维片层和高分子织物间的范德华力较强，从而获得较强的附着力，相对于浸渍、涂层的方法，石墨烯的用量少，加热效率高，也使石墨烯复合导电织物获得较强的附着力。

优选的，所述步骤①氧化石墨烯或石墨烯分散液的质量浓度为0.01～2%，可以为0.01%，0.05%，0.1%，0.3%，0.5%，0.8%，1%，1.2%，1.5%，1.8%或2%。

优选的，所述步骤①氧化石墨烯或石墨烯分散液是在超声条件下制备，超声功率范围为200～950W,具体可以为200W,300W,400W,600W,800W或950W,超声时间为5～60min，具体可以为5min，15min，25min，30min，35min，45min或60min，本发明对于提供所述超声条件的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够满足上述超声条件要求的设备即可，如采用细胞粉碎机制备氧化石墨烯或石墨烯分散液，混合在室温条件下进行，不需要额外的加热或降温。

优选的，所述步骤①中的溶剂为水、甲醇、乙醇、二甲基亚砜中的任意一种或至少两种的混合物。

优选的，所述步骤②中高压喷枪的压力为，具体可以为。

优选的，所述步骤②中高分子织物为聚酯织物、聚酰胺织物、聚丙烯腈织物、聚乙烯醇缩甲醛织物、聚氯乙烯织物中的任意一种。

优选的，所述步骤③加热处理的温度为30～200℃，具体可以为30℃，50℃，80℃，120℃，150℃或200℃，加热处理的时间为5～30min，具体可以为5min，8min，10min，20min或30min，加热处理一方面能让氧化石墨烯热还原为石墨烯，另一方面能够让石墨烯与高分子织物复合的更加紧密，有利于提高石墨烯复合导电织物的导电性能、机械强度、附着能力。

本发明的有益效果是，石墨烯复合导电织物是将氧化石墨烯或石墨烯溶于溶剂中得到氧化石墨烯或石墨烯分散液，再通过喷涂加烘干的方式得到石墨烯复合导电织物，采用本制备方法，在加热烘干的过程中，石墨烯的二维片层之间及石墨烯二维片层和高分子织物间的范德华力较强，从而获得较强的附着力，相对于浸渍、涂层的方法，石墨烯的用量少，加热效率高，附着力好，同时本发明的方法简单，能耗较低，环保无污染，可用于大规模商业化生产，利用石墨烯的导电性能好、机械强度高、附着能力强等优点，有效提高导电织物的整体的导电性能、使用耐久性能，并且具有耐洗涤、不易断裂的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是原始织物纤维表面形态图；

图2是石墨烯分散织物纤维表面形态图；

图3是石墨烯复合导电织物纤维表面形态图。

具体实施方式

一种石墨烯复合导电织物，包含高分子织物，所述高分子织物表面均匀喷涂有石墨烯，所述石墨烯与高分子织物的质量比为（0.00001～0.01）：1，优选为（0.0001～0.01）：1，更为优选为（0.001～0.01）：1，所述石墨烯的片层厚度为1～8层厚度，可以为1层，3层，5层或8层。

另一方面本发明提供了前述一种石墨烯复合导电织物的制备方法，包含以下步骤：

①将氧化石墨烯或石墨烯与溶剂混合，得到氧化石墨烯或石墨烯分散液；

②将步骤①制备的氧化石墨烯或石墨烯分散液通过高压喷枪均匀喷涂在高分子织物表面，得到石墨烯分散织物；

③将步骤②制备的石墨烯分散织物进行加热处理，得到石墨烯复合导电织物。

值得一提的是，步骤②喷涂的方式，是石墨烯或氧化石墨烯均匀地覆盖在高分子织物表面，石墨烯或氧化石墨烯的用量少、浪费少同时污染少，如果选用的是氧化石墨烯分散液，在步骤③中，由于加热烘干，会使氧化石墨烯热还原成石墨烯，也就是说，不论是石墨烯还是氧化石墨烯，最后均会得到石墨烯复合导电织物，同时采用本制备方法，也会得到较强的附着力，原因是，在加热烘干的过程中，石墨烯的二维片层之间及石墨烯二维片层和高分子织物间的范德华力较强，从而获得较强的附着力，相对于浸渍、涂层的方法，石墨烯的用量少，加热效率高，也使石墨烯复合导电织物获得较强的附着力，具有优良的整体导电性能，并且耐洗涤、不易断裂。

优选的，所述步骤①氧化石墨烯或石墨烯分散液的质量浓度为0.01～2%，可以为0.01%，0.05%，0.1%，0.3%，0.5%，0.8%，1%，1.2%，1.5%，1.8%或2%。

优选的，所述步骤①氧化石墨烯或石墨烯分散液是在超声条件下制备，超声功率范围为200～950W,具体可以为200W,300W,400W,600W,800W或950W,超声时间为5～60min，具体可以为5min，15min，25min，30min，35min，45min或60min，本发明对于提供所述超声条件的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够满足上述超声条件要求的设备即可，如采用细胞粉碎机制备氧化石墨烯或石墨烯分散液，混合在室温条件下进行即可，不需要额外地加热或降温。

优选的，所述步骤①中的溶剂为水、甲醇、乙醇、二甲基亚砜中的任意一种或至少两种的混合物。

优选的，所述步骤②中高压喷枪的压力为，具体可以为。

优选的，所述步骤②中高分子织物为聚酯织物、聚酰胺织物、聚丙烯腈织物、聚乙烯醇缩甲醛织物、聚氯乙烯织物中的任意一种。

优选的，所述步骤③加热处理的温度为30～200℃，具体可以为30℃，50℃，80℃，120℃，150℃或200℃，加热处理的时间为5～30min，具体可以为5min，8min，10min，20min或30min，加热处理一方面能让氧化石墨烯热还原为石墨烯，另一方面能够让石墨烯与高分子织物复合的更加紧密，有利于提高石墨烯复合导电织物的导电性能、机械强度、附着能力。

实施例1

将1g石墨烯加到1kg水中，利用细胞粉碎机超声25min，功率设置为400W，温度为室温，得到质量分数为0.1%的石墨烯分散液；将所述石墨烯通过高压喷枪均匀喷涂在聚酰胺织物表面，压力设置为，得到石墨烯分散织物；然后在100℃条件下进行加热处理10min，得到石墨烯复合导电织物。

实施例2

将10g氧化石墨烯加到1kg乙醇中，利用细胞粉碎机超声30min，功率设置为500W，温度为室温，得到质量分数为1%的氧化石墨烯分散液；将所述石墨烯通过高压喷枪均匀喷涂在聚乙烯醇缩甲醛织物表面，压力设置为，得到石墨烯分散织物；然后在80℃条件下进行加热处理20min，得到石墨烯复合导电织物。

实施例3

将8g氧化石墨烯加到1kg二甲亚砜中，利用细胞粉碎机超声35min，功率设置为600W，温度为室温，得到质量分数为0.8%的氧化石墨烯分散液；将所述石墨烯通过高压喷枪均匀喷涂在聚酯织物表面，得到石墨烯分散织物；压力设置为然后在120℃条件下进行加热处理8min，得到石墨烯复合导电织物。

实施例4

将3g石墨烯加到1kg甲醇中，利用细胞粉碎机超声60min，功率设置为550W，温度为室温，得到质量分数为0.3%的石墨烯分散液；将所述石墨烯通过高压喷枪均匀喷涂在聚酰胺织物表面，压力设置为，得到石墨烯分散织物；然后在150℃条件下进行加热处理5min，得到石墨烯复合导电织物。

将原始织物、实施例1步骤②得到的石墨烯分散织物、实施例1最终得到的石墨烯复合导电织物的纤维表面形态图进行对比，见图1至3所示，由图1可知，原始织物纤维表面光滑整齐；由图2可知，石墨烯分散织物纤维中石墨烯均匀地裹附在织物纤维的表面；由图3可知，石墨烯复合导电织物中石墨烯在经过加热处理后更加紧密地裹附在织物纤维的表面。

一方面，将实施例1至4得到的石墨烯复合导电织物的机械强度性能进行测试，主要是通过加热的方式，比较加热前后石墨烯复合导电织物的机械强度的大小，具体如下：

取相同长度大小的实施例1-4得到的石墨烯复合导电织物与原始织物，将实施例1-4放置于不同温度的烘箱中加热若干小时，将加热后的石墨烯复合导电织物与原始织物通过抗拉强度机进行测试，观察石墨烯复合导电织物与原始织物机械强度的区别，实验结果如下表所示：

由上表可以得出：实施例1-4得到的石墨烯复合导电织物相对于原始织物来讲，机械强度均明显增加，表明石墨烯的存在增强了织物的机械性能，同时加热前后，石墨烯复合导电织物的机械强度基本保持不变，表明石墨烯复合导电织物的机械强度具有较好的稳定性，从而使其获得耐洗涤、不易断裂的优良性能。

另一方面，将实施例1至4得到的石墨烯复合导电织物测试其导电性能，利用宽频介电谱仪来测量不同热处理温度制备的石墨烯复合导电织物的电导率，获得的电导率值如下表所示，电导率值越大表明石墨烯复合导电织的导电性能越好。

由上表可以得出，实施例1-4均可以获得较好的电导率，即石墨烯复合导电织物的整体导电性能优良。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种石墨烯复合导电织物的制备方法，其特征是，包含以下步骤：

①将氧化石墨烯或石墨烯与溶剂混合，得到氧化石墨烯或石墨烯分散液；

②将步骤①制备的氧化石墨烯或石墨烯分散液通过高压喷枪均匀喷涂在高分子织物表面，得到石墨烯分散织物；

③将步骤②制备的石墨烯分散织物进行加热处理，得到石墨烯复合导电织物。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合导电织物的制备方法，其特征是，所述步骤①氧化石墨烯或石墨烯分散液的质量浓度为0.01～2%。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合导电织物的制备方法，其特征是，所述步骤①氧化石墨烯或石墨烯分散液是在超声条件下制备，超声功率范围为200～950W,超声时间为5～60min。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合导电织物的制备方法，其特征是，所述步骤①中的溶剂为水、甲醇、乙醇、二甲基亚砜中的任意一种或至少两种的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合导电织物的制备方法，其特征是，所述步骤②中高压喷枪的压力为。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合导电织物的制备方法，其特征是，所述步骤②中高分子织物为聚酯织物、聚酰胺织物、聚丙烯腈织物、聚乙烯醇缩甲醛织物、聚氯乙烯织物中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合导电织物的制备方法，其特征是，所述步骤③加热处理的温度为30～200℃，加热处理的时间为5～30min。

8.一种由权利要求1至7任意一项所述的方法制备的石墨烯复合导电织物，包含高分子织物，其特征是，所述高分子织物表面均匀喷涂有石墨烯。

9.根据权利要求8所述的一种石墨烯复合导电织物，其特征是，所述石墨烯与高分子织物的质量比为（0.00001～0.01）：1。

10.根据权利要求9所述的一种石墨烯复合导电织物，其特征是，所述石墨烯的片层厚度为1～8层厚度。