一种石墨烯增强形状记忆复合纤维及其制备方法与流程

本发明涉及形状记忆复合材料，且特别涉及一种石墨烯增强形状记忆复合纤维及其制备方法。

背景技术：

1、形状记忆聚合物（shape memory polymer，smp）作为一种新型的智能材料，在外力作用下固定成临时形状，能够感知外界环境刺激（温度、光照、电场、磁场、溶剂、ph值等），并对这些刺激做出相应的响应，由临时形状恢复到初始设定形状。smp 与其它形状记忆材料（形状记忆合金、形状记忆陶瓷）比较，具有可回复形变量大、耐腐蚀、价廉、质轻、生物相容性好、转变温度可调、可生物降解、易加工及改性等诸多优点，因而在航空航天、电子机械、生物医药、智能织物等领域得到广泛的应用。但 smp 存在机械强度和模量低、形变回复力弱等缺点，极大限制了其应用前景。与增强填料复合是改善 smp 机械性能和形变回复力的有效途径，但增强填料在增强形状记忆复合材料（shape memory polymer composites，smpc）机械性能的同时，会造成复合材料韧性急剧下降、脆性增加、形变量降低，因此如何实现smpc 强韧化是急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种石墨烯增强形状记忆复合纤维及其制备方法，即采用分散聚合的方法制备导电高分子聚苯胺和聚乙烯醇（pva）共接枝的氧化石墨烯（pp-go），水合肼还原后制得共接枝的石墨烯（pp-rgo）；以 pp-rgo 和 pva 为原料，通过凝胶纺多层膜、扭转成纤、高倍拉伸的方法构筑类贝壳珍珠层的复合纤维，石墨烯上接枝的分子链与pva 基体形成“分子桥”，使得 pva 基体和石墨烯片层间的界面动态配合，复合材料受力时不易被破坏，因此表现出更优异的韧性和强度；同时石墨烯片层与其表面的聚苯胺分子形成三维导电网络，在较低的石墨烯添加份数下具有较高的导电性能，具备电驱动形状记忆性能。石墨烯和聚苯胺的红外光热转换功能能实现复合材料的光驱动形状记忆功能，可应用于生物医药、电子机械等领域。

2、本发明提供一种石墨烯增强形状记忆复合纤维的制备方法，其包括以下步骤：

3、步骤一、采用分散聚合的方法制备聚乙烯醇、聚苯胺共接枝的石墨烯pp-rgo；一定浓度go 和 pva 的混合水溶液与苯胺混合，滴加过硫酸铵aps的盐酸溶液聚合得到共接枝石墨烯pp-go，通过水合肼对 pp-go 还原制备pp-rgo；

4、步骤二、利用凝胶纺丝原理制备层状 pp-rgo/pva 的凝胶薄膜；以 dmso 和水的混合溶液为纺丝溶剂， pva 纺丝液、pp-rgo 纺丝液、pva 纺丝液依次从三孔长方形喷丝孔中喷出，经空气层后，在凝固浴中形成层状的凝胶膜；

5、步骤三、膜扭转成纤制备初生复合纤维；凝胶膜通过预拉伸、扭转成层状凝胶纤维；

6、步骤四、将所述初生凝胶纤维萃取干燥、热拉伸定型制得石墨烯增强形状记忆复合纤维；将上述制备的凝胶纤维在萃取液中萃取溶剂，烘箱干燥后，通过高倍热拉伸定型。

7、所述三孔长方形喷丝孔包括喷丝主管，喷丝主管的进料端设有三个进料支管，三个进料支管并列排布，喷丝主管的出口端为长方形，三个进料支管与出口端连通，所述pva纺丝液、pp-rgo 纺丝液和pva 纺丝液分别从三个进料支管进入，混合后经过喷丝主管的长方形出口端喷出。

8、优选地，步骤一中所述go和pva质量比为0.2~1，go与苯胺的质量比为1~5，反应温度为-20~5℃，苯胺与 aps 的摩尔比为 1:2.5，盐酸浓度0.1~0.5m。

9、优选地，步骤一中所述水合肼与go的质量比为1~10，反应温度为80~95℃。

10、优选地，步骤二中所述纺丝溶剂中dmso与水的质量比为1~8，凝固浴为甲醇、乙醇的一种或多种。

11、优选地，步骤二中所述纺丝液pva的质量分数为8~20wt.%，pp-rgo的质量分数为5~10wt.%。

12、优选地，步骤三中所述凝胶膜预拉伸比为1.5~5，扭转比为5圈/米~10圈/米。

13、优选地，步骤四中所述萃取溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、丙三醇的一种或多种。

14、优选地，步骤四中所述烘箱烘干温度为30~80℃。

15、优选地，步骤四中所述热拉伸温度为100~200℃，热拉伸倍数为8~18，拉伸速度为5~20 m/s。

16、本发明中提出一种类贝壳珍珠层复合纤维合成新方法，所制备的复合纤维中石墨烯上接枝的分子链与 pva 基体形成“分子桥”，使得 pva 基体和石墨烯片层间的界面动态配合，复合材料受力时不易被破坏，因此表现出更优异的韧性和强度；同时石墨烯片层与其表面的聚苯胺分子形成三维导电网络，在较低的石墨烯添加份数下具有较高的导电性能，具备电驱动形状记忆性能。石墨烯和聚苯胺的红外光热转换功能能实现复合材料的光驱动形状记忆功能。

17、本发明采用的方法工艺简便、成本低，所制得的类贝壳珍珠层形状记忆复合纤维拉伸强度在600~1200mpa，力学性能优良，并具有多响应形状记忆等功能特性，易实现规模化连续生产。

技术特征：

1.一种石墨烯增强形状记忆复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的石墨烯增强形状记忆复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述氧化石墨烯go和聚乙烯醇pva质量比为0.2~1，氧化石墨烯go与苯胺的质量比为1~5，反应温度为-20~5℃，苯胺与过硫酸铵aps 的摩尔比为 1:2.5，盐酸浓度0.1~0.5m。

3.根据权利要求1所述的石墨烯增强形状记忆复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述pva 纺丝液的质量分数为8~20wt.%，pp-rgo纺丝液的质量分数为5~10wt.%。

4.根据权利要求1所述的石墨烯增强形状记忆复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述纺丝溶剂中二甲基亚砜dmso与水的质量比为1~8，凝固浴为甲醇、乙醇的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的石墨烯增强形状记忆复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述凝胶膜预拉伸比为1.5~5，扭转比为5圈/米~10圈/米。

6.根据权利要求1所述的石墨烯增强形状记忆复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述萃取溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、丙三醇的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的石墨烯增强形状记忆复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述烘箱烘干温度为30~80℃。

8.根据权利要求1所述的石墨烯增强形状记忆复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述热拉伸温度为100~200℃，热拉伸倍数为8~18，拉伸速度为5~20 m/s。

9.根据权利要求1所述的石墨烯增强形状记忆复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述三孔长方形喷丝孔包括喷丝主管， 喷丝主管的进料端设有三个进料支管，三个进料支管并列排布，喷丝主管的出口端为长方形，三个进料支管与出口端连通，所述pva 纺丝液、pp-rgo 纺丝液和pva 纺丝液分别从三个进料支管进入，混合后经过喷丝主管的长方形出口端喷出。

10.一种采用如权利要求1-9任一项石墨烯增强形状记忆复合纤维的制备方法制得石墨烯增强形状记忆复合纤维。

技术总结本发明公开了一种石墨烯增强形状记忆复合纤维及其制备方法。制备方法包括：采用分散聚合的方法制备导电高分子聚苯胺和聚乙烯醇PVA共接枝的氧化石墨烯PP‑GO，水合肼还原后制得共接枝的石墨烯PP‑RGO；以PP‑RGO和PVA为原料，通过凝胶纺多层膜、扭转成纤、高倍拉伸的方法构筑类贝壳珍珠层的复合纤维。本发明的所述工艺简单、成本低，易规模化生产，所制得复合纤维具有优异的力学及热致形状记忆性能。技术研发人员：胡新军,拜永孝,梁峰受保护的技术使用者：方大炭素新材料科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11