CN112680811B - 一种石墨烯/聚丙烯腈复合纤维及其纺丝原液和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种石墨烯/聚丙烯腈复合纤维及其纺丝原液和制备方法，该复合纤维为聚丙烯腈、纳米石墨烯与亚微米石墨烯的共聚物。制备该复合纤维的纺丝原液为均匀溶解有聚丙烯腈且均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液。纺丝原液制备包括先取部分均匀溶解有聚丙烯腈的溶液同均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液混合均匀，制得纺丝前体液；再取部分或全部纺丝前体液同剩余的均匀溶解有聚丙烯腈的溶液混合均匀，制得纺丝原液。利用本发明制备石墨烯/聚丙烯腈复合纤维的原液纺丝能得到具有抗静电、高强度及抗菌等功能的石墨烯/聚丙烯腈复合纤维。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种石墨烯/聚丙烯腈复合纤维及其纺丝原液和制备方法。
背景技术
石墨烯是近年来发现的一种高导电率的纳米材料，作为填料能显著提高聚合物的导电性及强度等。然而，我们研究发现通过原液共混湿法纺丝生产石墨烯/聚丙烯腈纤维时，石墨烯的尺寸直接影响到原液的纺丝性能，石墨烯尺寸大于1微米，原液很难挤出，供纺压力大，纺丝时堵孔、断丝、绕棍等现象严重，必须严格控制石墨烯的尺寸，但是石墨烯的尺寸太小，得到的石墨烯/聚丙烯腈纤维的功能性差，故需要详细研究石墨烯的尺寸。
本发明经研究发现将纳米石墨烯(尺寸在50-300nm之间，厚度在1-1.5nm之间)和亚微米石墨烯(尺寸在400-800nm，厚度在1-1.5nm之间)按照一定比例复配，再添加到聚丙烯腈原液中，得到的原液具有较好的可纺性，纺出的纤维具有较好的抗静电性及较高的力学强度。
发明内容
本发明旨在提供一种石墨烯/聚丙烯腈复合纤维，该复合纤维具有高抗静电、高强度及抗菌等优良性能。
本发明还提供制备石墨烯/聚丙烯腈复合纤维的纺丝原液，该纺丝原液具有较好的纺丝性能，利于成型，且制备的复合纤维抗静电、机械性能及抗菌性能良好。
本发明还提供石墨烯/聚丙烯腈复合纤维的纺丝原液的制备方法，该制备方法简便易操作，设备及工艺条件要求低，节约成本。
本发明的技术方案为，一种石墨烯/聚丙烯腈复合纤维，为聚丙烯腈、纳米石墨烯与亚微米石墨烯的共聚物。
纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.008～0.035：1，优选为0.015～0.028：1，更优选为0.016～0.02：1。
纳米石墨烯与亚微米石墨烯的质量比为1：1～9，优选为1：2～5，更优选为1：2～3。
纳米石墨烯的尺寸为50～300nm，优选小于100nm，厚度为1～1.5nm。
亚微米石墨烯的尺寸为400～800nm，厚度为1～1.5nm。
制备上述石墨烯/聚丙烯腈复合纤维的纺丝原液，为均匀溶解有聚丙烯腈且均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液。
纺丝原液体系中，聚丙烯腈的质量百分比浓度为10％～13％，优选为10％～12％；纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.008～0.035：1，优选为0.015～0.028：1，更优选为0.016～0.02：1。
纳米石墨烯与亚微米石墨烯的质量比为1：1～9，优选为1：2～5，更优选为1：2～3。
纳米石墨烯的尺寸为50～300nm，优选小于100nm，厚度为1～1.5nm。
亚微米石墨烯的尺寸为400～800nm，厚度为1～1.5nm。
纺丝原液体系中所用溶剂包括有机溶剂或无机溶剂，有机溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮或碳酸酯等，无机溶剂包括硫氰酸钠水溶液、浓硝酸或氯化锌水溶液等，优选硫氰酸钠水溶液，硫氰酸钠水溶液的质量百分比浓度为35％～50％，优选为44％～48％，更优选为45％～46％。
上述石墨烯/聚丙烯腈复合纤维的纺丝原液的制备方法，步骤包括：先取部分均匀溶解有聚丙烯腈的溶液同均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液混合均匀，制得纺丝前体液；再取部分或全部纺丝前体液同剩余的均匀溶解有聚丙烯腈的溶液混合均匀，制得纺丝原液。优选取部分纺丝前体液同剩余的均匀溶解有聚丙烯腈的溶液混合均匀。
具体地，先向均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液中加入部分均匀溶解有聚丙烯腈的溶液，边加边施加超声和高剪切作用，至混合均匀，制得纺丝前体液；再向剩余的均匀溶解有聚丙烯腈的溶液中加入部分或全部纺丝前体液，边加边施加超声和高剪切作用，至混合均匀，制得纺丝原液。优选向剩余的均匀溶解有聚丙烯腈的溶液中加入部分纺丝前体液。
纺丝前体液体系中，聚丙烯腈的质量百分比浓度为0.5％～3％，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.5～9：1，优选为0.5～2：1，更优选为1～1.5：1。
纳米石墨烯与亚微米石墨烯的质量比为1：1～9，优选为1：2～5，更优选为1：2～3。
纳米石墨烯的尺寸为50～300nm，优选小于100nm，厚度为1～1.5nm。
亚微米石墨烯的尺寸为400～800nm，厚度为1～1.5nm。
纺丝原液体系中，聚丙烯腈的质量百分比浓度为10％～13％，优选为10％～12％；纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.008～0.035：1，优选为0.015～0.028：1，更优选为0.016～0.02：1。
纳米石墨烯与亚微米石墨烯的质量比为1：1～9，优选为1：2～5，更优选为1：2～3。
纳米石墨烯的尺寸为50～300nm，优选小于100nm，厚度为1～1.5nm。
亚微米石墨烯的尺寸为400～800nm，厚度为1～1.5nm。
纺丝前体液体系与纺丝原液体系中所用溶剂包括有机溶剂或无机溶剂，有机溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮或碳酸酯等，无机溶剂包括硫氰酸钠水溶液、浓硝酸或氯化锌水溶液等，优选硫氰酸钠水溶液，硫氰酸钠水溶液的质量百分比浓度为35％～50％，优选为44％～48％，更优选为45％～46％。
均匀溶解有聚丙烯腈溶液中聚丙烯腈的质量百分比浓度为13％。
均匀溶解有聚丙烯腈的溶液的制备包括：先向聚丙烯腈中加入前置溶剂，搅拌溶胀后，再加入后置溶剂高剪切溶解，即得均匀溶解有聚丙烯腈的溶液。优选，前置溶剂与后置溶剂的种类相同，后置溶剂的浓度高于前置溶剂。
溶胀反应时间为0.5～1小时，高剪切溶解时间为1～2小时。
前置溶剂与后置溶剂所用溶剂包括有机溶剂或无机溶剂，有机溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮或碳酸酯等，无机溶剂包括硫氰酸钠水溶液、浓硝酸或氯化锌水溶液等，优选硫氰酸钠水溶液，硫氰酸钠水溶液的质量百分比浓度为35％～50％，优选为44％～48％，更优选为45％～46％。
均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液的制备包括：于高剪切和超声作用下，将纳米石墨烯与亚微米石墨烯均匀分散于溶剂中，即得均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液。
均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液体系中，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的质量比为1：1～9，优选为1：2～5，更优选为1：2～3。
纳米石墨烯的尺寸为50～300nm，优选小于100nm，厚度为1～1.5nm。
亚微米石墨烯的尺寸为400～800nm，厚度为1～1.5nm。
所述溶剂包括有机溶剂或无机溶剂，有机溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮或碳酸酯等，无机溶剂包括硫氰酸钠水溶液、浓硝酸或氯化锌水溶液等，优选硫氰酸钠水溶液，硫氰酸钠水溶液的质量百分比浓度为35％～50％，优选为44％～48％，更优选为45％～46％。
作为本发明的优选方案，先向均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的硫氰酸钠水溶液中加入部分均匀溶解有聚丙烯腈的硫氰酸钠水溶液，边加边施加超声和高剪切作用，至混合均匀，制得纺丝前体液；再向剩余的均匀溶解有聚丙烯腈的硫氰酸钠水溶液中加入部分纺丝前体液，边加边施加超声和高剪切作用，至混合均匀，制得纺丝原液；
均匀溶解有聚丙烯腈的硫氰酸钠水溶液中，聚丙烯腈的质量百分比为13％；
纺丝前体液中，聚丙烯腈的质量百分比浓度为0.5％～3％，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.5～9：1，优选为0.5～2：1，更优选为1～1.5：1；
纺丝原液中，聚丙烯腈的质量百分比浓度为10％～13％，优选为10％～12％；纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.008～0.035：1，优选为0.015～0.028：1，更优选为0.016～0.02：1；
纺丝前体液与纺丝原液中，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的质量比为1：1～9，优选为1：2～5，更优选为1：2～3；
纳米石墨烯的尺寸为50～300nm，优选小于100nm，厚度为1～1.5nm；
亚微米石墨烯的尺寸为400～800nm，厚度为1～1.5nm。
均匀溶解有聚丙烯腈的硫氰酸钠水溶液的制备包括：先向聚丙烯腈中加入前置硫氰酸钠水溶液，搅拌溶胀后，再加入后置硫氰酸钠水溶液高剪切溶解，即得均匀溶解有聚丙烯腈的溶液。前置硫氰酸钠水溶液的质量百分比浓度为39％，后置硫氰酸钠水溶液的质量百分比浓度为58％。
溶胀反应时间为0.5～1小时，高剪切溶解时间为1～2小时。
均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的硫氰酸钠水溶液的制备包括：于高剪切和超声作用下，先将纳米石墨烯与亚微米石墨烯均匀分散于水溶液中，再加入硫氰酸钠，即得均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的硫氰酸钠水溶液。
均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液体系中，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的质量比为1：1～9，优选为1：2～5，更优选为1：2～3。
纳米石墨烯的尺寸为50～300nm，优选小于100nm，厚度为1～1.5nm。
亚微米石墨烯的尺寸为400～800nm，厚度为1～1.5nm。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
(1)采用本发明方法制备的石墨烯/聚丙烯腈复合纤维的纺丝原液的可纺性好，合理的纺丝工艺下不会出现堵孔、断丝及绕棍。
(2)通过调节纳米石墨烯与亚微米石墨烯不同的配比，可以得到具有不同抗静电性及强度石墨烯/聚丙烯腈纤维。
(3)利用本发明纺丝原液制备的石墨烯/聚丙烯腈复合纤维的比电阻达到106-107，比纯的聚丙烯腈纤维的比电阻提高5-6个数量级。
(4)利用本发明纺丝原液制备的石墨烯/聚丙烯腈复合纤维强度能比纯的聚丙烯腈纤维强度提高20％以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
下述实施例中纳米石墨烯的尺寸为50～300nm，优选小于100nm，厚度为1～1.5nm；亚微米石墨烯的尺寸为400～800nm，厚度为1～1.5nm。
实施例1
(1)在聚丙烯腈粉末中加入质量百分比浓度约39％的硫氰酸钠水溶液，机械搅拌0.5-1h溶胀，然后加入质量百分比浓度约58％的硫氰酸钠水溶液髙剪切溶解处理1-2h，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约13％的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(2)通过髙剪切和超声处理将纳米石墨烯与亚微米石墨烯按质量比1:3复配成均匀分散的水相石墨烯分散液，然后加入硫氰酸钠，使得水相石墨烯分散液中的硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(3)在步骤(2)中得到的石墨烯分散液中加入适量步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约3％，石墨烯质量百分比浓度约3.5％的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液；
(4)在步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液中加入适量步骤(3)中得到的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约13％，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.02：1的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液。
实施例2
(1)在聚丙烯腈粉末中加入适量质量百分比浓度约39％的硫氰酸钠水溶液，机械搅拌0.5-1h溶胀，然后加入质量百分比浓度约58％的硫氰酸钠水溶液髙剪切溶解处理1-2h，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约13％的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(2)通过髙剪切和超声处理将纳米石墨烯与亚微米石墨烯按质量比1:4复配成均匀分散的水相石墨烯分散液，然后加入硫氰酸钠，使得水相石墨烯分散液中的硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(3)在步骤(2)中得到的石墨烯分散液中加入适量步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约2％，石墨烯质量百分比浓度约3％的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液；
(4)在步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液中加入适量步骤(3)中得到的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约13％，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.02：1的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液。
实施例3
(1)在聚丙烯腈粉末中加入适量质量百分比浓度约39％的硫氰酸钠水溶液，机械搅拌0.5-1h溶胀，然后加入质量百分比浓度约58％的硫氰酸钠水溶液髙剪切溶解处理1-2h，得到聚丙烯腈浓度约13％的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(2)通过髙剪切和超声处理将纳米石墨烯与亚微米石墨烯按质量比1:9复配成均匀分散的水相石墨烯分散液，然后加入硫氰酸钠，使得水相石墨烯分散液中的硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(3)在步骤(2)中得到的石墨烯分散液中加入适量步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约3.5％，石墨烯质量百分比浓度约4％的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液；
(4)在步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液中加入适量步骤(3)中得到的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约13％，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.02：1的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液。
实施例4
(1)在聚丙烯腈粉末中加入适量质量百分比浓度约39％的硫氰酸钠水溶液，机械搅拌0.5-1h溶胀，然后加入质量百分比浓度约58％的硫氰酸钠水溶液髙剪切溶解处理1-2h，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约13％的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(2)通过髙剪切和超声处理将纳米石墨烯与亚微米石墨烯按质量比1:2.5复配成均匀分散的水相石墨烯分散液，然后加入硫氰酸钠，使得水相石墨烯分散液中的硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(3)在步骤(2)中得到的石墨烯分散液中加入适量步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约3％，石墨烯质量百分比浓度约3.5％的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液；
(4)在步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液中加入适量步骤(3)中得到的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约13％，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.02：1的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液。
实施例5
(1)在聚丙烯腈粉末中加入适量质量百分比浓度约39％的硫氰酸钠水溶液，机械搅拌0.5-1h溶胀，然后加入质量百分比浓度约58％的硫氰酸钠水溶液髙剪切溶解处理1-2h，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约13％的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(2)通过髙剪切和超声处理将纳米石墨烯与亚微米石墨烯按质量比1:3复配成均匀分散的水相石墨烯分散液，然后加入硫氰酸钠，使得水相石墨烯分散液中的硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(3)在步骤(2)中得到的石墨烯分散液中加入适量步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约3.5％，石墨烯质量百分比浓度约2％的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液；
(4)在步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液中加入适量步骤(3)中得到的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约13％，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.035：1的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液。
实施例6
(1)在聚丙烯腈粉末中加入适量质量百分比浓度约39％的硫氰酸钠水溶液，机械搅拌0.5-1h溶胀，然后加入质量百分比约58％的硫氰酸钠水溶液髙剪切溶解处理1-2h，得到聚丙烯腈浓度约13％的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(2)通过髙剪切和超声处理将纳米石墨烯与亚微米石墨烯按质量比1：9复配成均匀分散的水相石墨烯分散液，然后加入硫氰酸钠，使得水相石墨烯分散液中的硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(3)在步骤(2)中得到的石墨烯分散液中加入适量步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约3.5％，石墨烯质量百分比浓度约4.5％的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液；
(4)在步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液中加入适量步骤(3)中得到的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约13％，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.035：1的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液。
实施例7
(1)在聚丙烯腈粉末中加入适量质量百分比浓度约39％的硫氰酸钠水溶液，机械搅拌0.5-1h溶胀，然后加入质量百分比约58％的硫氰酸钠水溶液髙剪切溶解处理1-2h，得到聚丙烯腈浓度约13％的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(2)通过髙剪切和超声处理将纳米石墨烯配成均匀分散的水相石墨烯分散液，然后加入硫氰酸钠，使得水相石墨烯分散液中的硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(3)在步骤(2)中得到的石墨烯分散液中加入适量步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约3.5％，石墨烯质量百分比浓度约3％的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液；
(4)在步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液中加入适量步骤(3)中得到的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约12％，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.02：1的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液。
实施例8
(1)在聚丙烯腈粉末中加入适量质量百分比浓度约39％的硫氰酸钠水溶液，机械搅拌0.5-1h溶胀，然后加入质量百分比约58％的硫氰酸钠水溶液髙剪切溶解处理1-2h，得到聚丙烯腈浓度约13％的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(2)通过髙剪切和超声处理将亚微米石墨烯配成均匀分散的水相石墨烯分散液，然后加入硫氰酸钠，使得水相石墨烯分散液中的硫氰酸钠质量百分比浓度约45％-46％；
(3)在步骤(2)中得到的石墨烯分散液中加入适量步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约3.5％，石墨烯质量百分比浓度约4.5％的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液；
(4)在步骤(1)中得到的聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液中加入适量步骤(3)中得到的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液，通过髙剪切和超声处理，得到聚丙烯腈质量百分比浓度约13％，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.035：1的石墨烯/聚丙烯腈/硫氰酸钠溶液。
实施例1～6所得纺丝原液均具有良好的可纺性，与现有技术的纯聚丙烯腈纤维(对比例)相比，采用该纺丝原液制备的石墨烯/聚丙烯腈纤维的比电阻提高3-5个数量级，强度提高20％以上，如表1所示。
表1采用实施例的纺丝原液制备的石墨烯/聚丙烯腈纤维性能数据
| 实施例 | 比电阻(Ω·cm) | 强度(cN/dtex) |
| 实施例1 | 2.9×107 | 5.02 |
| 实施例2 | 3.2×107 | 4.89 |
| 实施例3 | 7.6×107 | 4.25 |
| 实施例4 | 3.2×106 | 5.00 |
| 实施例5 | 6.3×107 | 5.12 |
| 实施例6 | 4.8×107 | 4.79 |
| 实施例7 | 7.9×109 | 4.82 |
| 实施例8 | 6.5×1010 | 4.63 |
| 对比例 | 9.6×1012 | 3.82 |
Claims (7)
1.一种石墨烯/聚丙烯腈复合纤维，其特征在于，所述石墨烯/聚丙烯腈复合纤维的纺丝原液为均匀溶解有聚丙烯腈且均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液；
所述纺丝原液的制备方法包括：先取部分均匀溶解有聚丙烯腈的溶液同均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液混合均匀，制得纺丝前体液；再取部分或全部纺丝前体液同剩余的均匀溶解有聚丙烯腈的溶液混合均匀，制得纺丝原液；
所述纳米石墨烯与所述亚微米石墨烯的总量同所述聚丙烯腈的质量比为0.008～0.035：1，所述纳米石墨烯与所述亚微米石墨烯的质量比为1：1～9；
所述纳米石墨烯的尺寸为50～300nm，厚度为1～1.5nm；
所述亚微米石墨烯的尺寸为400～800nm，厚度为1～1.5nm。
2.用于制备权利要求1所述石墨烯/聚丙烯腈复合纤维的纺丝原液，其特征在于，所述纺丝原液体系中，所述聚丙烯腈的质量百分比浓度为10％～13％。
3.权利要求2所述制备石墨烯/聚丙烯腈复合纤维的纺丝原液的制备方法，其特征在于，步骤包括：先取部分均匀溶解有聚丙烯腈的溶液同均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液混合均匀，制得纺丝前体液；再取部分或全部纺丝前体液同剩余的均匀溶解有聚丙烯腈的溶液混合均匀，制得纺丝原液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤包括：先向均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液中加入部分均匀溶解有聚丙烯腈的溶液，边加边施加超声和高剪切作用，至混合均匀，制得纺丝前体液；再向剩余的均匀溶解有聚丙烯腈的溶液中加入部分或全部纺丝前体液，边加边施加超声和高剪切作用，至混合均匀，制得纺丝原液。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，纺丝前体液体系中，聚丙烯腈的质量百分比浓度为0.5％～3％，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.5～9：1；
纺丝原液体系中，聚丙烯腈的质量百分比浓度为10％～13％，纳米石墨烯与亚微米石墨烯的总量同聚丙烯腈的质量比为0.008～0.035：1；
纺丝前体液体系与纺丝原液体系中所用溶剂包括有机溶剂或无机溶剂，有机溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、丙酮或碳酸酯，无机溶剂包括硫氰酸钠水溶液、浓硝酸或氯化锌水溶液。
6.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，均匀溶解有聚丙烯腈的溶液的制备包括：先向聚丙烯腈中加入前置硫氰酸钠水溶液，搅拌溶胀后，再加入后置硫氰酸钠水溶液高剪切溶解，即得均匀溶解有聚丙烯腈的溶液。
7.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液的制备包括：于高剪切和超声作用下，将纳米石墨烯与亚微米石墨烯均匀分散于溶剂中，即得均匀分散有纳米石墨烯与亚微米石墨烯的溶液。
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