一种聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维及其制备方法与应用与流程

本申请属于导电复合材料，尤其涉及一种聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维及其制备方法与应用。

背景技术：

1、将具有优异的导电、导热和力学性能的石墨烯加入到聚合物中进行纺丝是制备导电纤维成本最低的方式，同时也是最具有产业化前景的制备方法。但是，因石墨烯存在大量含氧基团，影响石墨烯的在水相中分散的均匀性和稳定性。目前，聚合物/石墨烯复合材料的制备方法主要采用共混后，通过加入高浓度的氢碘酸、水合肼等有毒试剂将石墨烯进行还原处理，以提高在水相中分散的均匀性。因此，需要开发新型的制备工艺以提高石墨烯在水相中分散的均匀性，进而提高聚合物/石墨烯复合材料的力学性能和导电性能。

2、公告号为cn 111636114 b的现有技术公开了一种高强度高导电性聚乙烯醇/石墨烯复合纤维的制备方法，将石墨烯分散液、pedot：pss分散液、聚乙烯醇和水混合得到纺丝液，将纺丝液经湿法纺丝工艺制备初生纤维，而后经中式化规模设备连续制备了具有高导电性高强度的聚乙烯醇/石墨烯复合纤维。

3、但是，上述聚乙烯醇/石墨烯复合纤维的制备方法存在以下问题：一是采用加入pedot：pss分散液以提高复合纤维的导电性能，并未改变原有石墨烯的电子特性；二是将石墨烯、pedot：pss与聚乙烯醇混合进行纺丝，多组分的添加致使其力学性能变脆；三是制备工艺成本高、污染大，不利于规模化生产。

技术实现思路

1、本申请公开一种聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维及其制备方法与应用，旨在解决现有聚乙烯醇/石墨烯复合纤维的制备技术中存在的外导电物质的加入导致力学性能差的技术问题。

2、为了实现上述目的，本申请的技术方案是：

3、本申请的第一方面提供了一种聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维的制备方法，所述方法包括：

4、在1-10mpa的压力下，将氧化石墨烯加入有机溶剂并超声分散后，加入过硫酸铵和亲水性丙烯酸类单体进行反应，得到亲水氧化石墨烯的反应体系；

5、将维生素c加入到所述亲水氧化石墨烯的反应体系进行还原反应，分离收集改性石墨烯；

6、将改性石墨烯的水分散液与聚乙烯醇的水溶液进行混合，得到聚乙烯醇/功能石墨烯复合纺丝液；

7、将聚乙烯醇/功能石墨烯复合纺丝液经湿法纺丝工艺，制备得到聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维。

8、结合第一方面优选地，所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙醇其中的一种或多种；

9、和/或，氧化石墨烯与有机溶剂的比例为0.1-1g：200ml。

10、结合第一方面优选地，所述超声分散的时间为3-5h。

11、结合第一方面优选地，所述亲水性丙烯酸类单体包括丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或几种；

12、和/或，加入过硫酸铵和亲水性丙烯酸类单体进行反应时，反应温度为50-80℃，时间为3-6h。

13、结合第一方面优选地，将维生素c加入到所述亲水氧化石墨烯的反应体系进行还原反应时，反应温度为90-100℃，时间为2-3h。

14、结合第一方面优选地，将所述改性石墨烯的水分散液的质量份数为3-8％；

15、和/或，所述聚乙烯醇的水溶液的质量份数为6-10％；

16、和/或，所述改性石墨烯的水分散液与所述聚乙烯醇的水溶液的质量比为1:1。

17、结合第一方面优选地，所述湿法纺丝工艺的方法包括：

18、将聚乙烯醇/功能石墨烯复合纺丝液经喷丝挤出工艺，得到初生纤维；

19、将所述初生纤维依次经质量浓度为25-30％na2so4的水溶液第一级凝固浴-第一次拉伸-质量浓度为25-30％na2so4的水溶液第二级凝固浴-第二次拉伸-质量浓度为25-30％na2so4的水溶液第三级凝固浴进行处理，得到初生复合纤维；

20、将所述初生复合纤维依次经第一次热拉伸-萃取-第二次热拉伸，再经松弛热定型、冷却、卷绕，得到聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维。

21、结合第一方面优选地，将聚乙烯醇/功能石墨烯复合纺丝溶液经喷丝挤出工艺时，喷丝孔挤出速率为4-8ml/min，温度为85-90℃，喷丝孔孔径为0.1-0.3mm。

22、本申请的第二方面提供了第一方面所述的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维的制备方法制成的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维。

23、本申请的第三方面提供了第二方面所述的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维在制备智能服装、增强材料、建筑材料、柔性电子器件中的应用。

24、与现有技术相比，本申请实施例的优点或有益效果至少包括：

25、本申请提供的制备方法通过将氧化石墨烯与亲水性丙烯酸类单体进行共价键接枝改性，并采用维生素c进行还原，与聚乙烯醇水溶液经湿法纺丝工艺，得到聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维。其中，一方面将亲水性丙烯酸类单体中的功能化基团与氧化石墨烯表面丰富的含氧基团进行共价键接枝改性，利用维生素c中的二烯醇结构和其进行还原反应，不仅实现了石墨烯在水相中的分散均匀性和稳定性，继而提高与聚乙烯醇之间的相容性，使两者之间堆叠少、均匀分散度高、增强效果明显，而且能够提高氧化石墨烯的电子性能，同时提高复合纺丝液的成丝效果；另一方面，能够使制成的纤维内部微晶的扩展和取向联合构筑了纤维内部导电网络，实现纤维的高导电率，而且能够使纤维中聚合物分子链呈现规整排列的伸展状态和石墨烯规则定向排列，提高纤维结晶度和取向度，进而提高纤维的力学性能；与此同时，本申请提供的制备方法绿色环保，简单易行，适合工业化生产，经济效益良好。

技术特征：

1.一种聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、乙醇其中的一种或多种；

3.根据权利要求1所述的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维的制备方法，其特征在于，所述超声分散的时间为3-5h。

4.根据权利要求1所述的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维的制备方法，其特征在于，所述亲水性丙烯酸类单体包括丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或几种；

5.根据权利要求1所述的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维的制备方法，其特征在于，将维生素c加入到所述亲水氧化石墨烯的反应体系进行还原反应时，反应温度为90-100℃，时间为2-3h。

6.根据权利要求1所述的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维的制备方法，其特征在于，将所述改性石墨烯的水分散液的质量份数为3-8％；

7.根据权利要求1所述的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维的制备方法，其特征在于，所述湿法纺丝工艺的方法包括：

8.根据权利要求7所述的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维的制备方法，其特征在于，将聚乙烯醇/功能石墨烯复合纺丝液经喷丝挤出工艺时，喷丝孔挤出速率为4-8ml/min，温度为85-90℃，喷丝孔孔径为0.1-0.3mm。

9.一种根据权利要求1-8任一所述的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维的制备方法制成的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维。

10.一种根据权利要求9所述的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维在制备智能服装、增强材料、建筑材料、柔性电子器件中的应用。

技术总结本申请公开了一种聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维及其制备方法与应用，属于导电复合材料技术领域。本申请提供的制备方法通过将氧化石墨烯与亲水性丙烯酸类单体进行共价键接枝改性，并经维生素C进行还原，得到导电性和分散性能优异的石墨烯的水分散液与聚乙烯醇水溶液共混，得到复合纺丝液，经第一级凝固浴‑第一次拉伸‑第二级凝固浴‑第二次拉伸‑第三级凝固浴进行处理，再经第一次热拉伸‑萃取‑第二次热拉伸之后，经松弛热定型、冷却、卷绕，可得到聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维，并且本申请提供的制备方法采用维生素C还原工艺，简单易行，适合工业化生产。同时，制备的聚乙烯醇/功能石墨烯复合导电纤维具有优异的力学性能和导电性能，可在制备增强材料、建筑材料、智能服装、柔性电子器件中有广泛的应用。技术研发人员：魏艳红,阎卫东,曹建华,李兼玲,纪俊玲,谈君婕,罗欣然受保护的技术使用者：江苏集萃先进纤维材料研究所有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17