[发明专利]一种高性能石墨烯-聚乙烯醇复合纤维制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能石墨烯‑聚乙烯醇复合纤维制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)石墨烯量子点的封闭异氰酸酯基功能化；2)聚乙烯醇‑石墨烯量子点(PVA‑GQD)纺丝溶液的制备；3)湿法纺丝；4)初生纤维的后处理；本发明简便、流程短、成本低且适合大规模化生产，并无需对现有聚乙烯醇湿法纺丝工艺设备进行改动，所制得PVA‑GQD纤维不仅具有优异的力学性能和易分散特性，并且外观呈现金属光泽，是非常理想的混凝土增强材料、包装材料和服用面料。

技术领域

本发明涉及复合纤维的制备领域，具体是一种高性能石墨烯-聚乙烯醇复合纤维制备方法。

背景技术

聚乙烯醇(PVA)是一种性能优良、用途广泛的聚合物，由其制备的高性能纤维具有优异的耐腐蚀性、耐气候性和与基材界面良好的粘结性能，可制成抗拉强度高、蠕变性好、耐磨、耐化学腐蚀、耐微生物及导水性优良的土工布，用于各种水坝、公路、铁路、桥梁等建筑工程，能显著提高施工质量，降低工程成本。此外PVA纤维具有抗冲击、耐气候性和耐海水腐蚀性等综合性能出众的特点，适宜用作各种类型的渔网、渔具、缆绳等，在海洋捕鱼及交通运输等方面有很好的应用市场。同时PVA纤维还可用作轮胎帘子线、汽车安全带、高性能绳索及塑料、橡胶增强材料等。

随着社会的进步，上述应用领域均对PVA的强度和模量提出了更高的要求，因此发展高强度高模量的PVA纤维制造技术具有重大意义。目前，为提高PVA纤维的强度和模量，国内外均投入大量人力物力竞相研究，如美国、日本等国家开发了PVA凝胶纺丝、PVA含硼交联湿法纺丝、干湿法纺丝等。

我国目前高强度高模量PVA纤维主要采用加硼纺丝技术，所制得的纤维中含有较高比例的硼元素(通常为0.4％)，随着环境保护呼声日益高涨，已逐渐不能满足欧洲等用户国家的产品要求，因此当前开发无硼、生产成本低廉的高强度高模量PVA纤维的制造技术显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种高性能石墨烯-聚乙烯醇复合纤维制备方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种高性能石墨烯-聚乙烯醇复合纤维制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)石墨烯量子点的封闭异氰酸酯基功能化

1.1)将称量好的氧化石墨烯量子点、二异氰酸酯和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)混合得到混合溶液A；

所述氧化石墨烯量子点的重量份数为100～1000份；所述二异氰酸酯的重量份数为1000～10000份；所述N,N-二甲基甲酰胺的重量份数为1000～10000份；

1.2)将步骤1.1)中得到的混合溶液A进行超声处理后，置于80～90℃条件下进行反应，24～48h后冷却至室温，得到产物A；所述超声处理的时间为30～60min；

将产物A进行离心处理后，使用乙醚进行清洗后，得到产物B；

将产物B置于60℃条件下进行干燥，12～48h后得到产物C；

1.3)将称量好的产物C和N,N-二甲基甲酰胺混合后，进行超声得到混合液体B；所述超声时间为20分钟；

将混合液体B置于80～100℃的条件下，加入封闭剂，反应3～6小时后得到混合液体C；

所述产物C的重量份数为100～1000份；所述N,N-二甲基甲酰胺的重量份数为1000～10000份；所述封闭剂的重量份数为100～1000份；

1.4)将步骤1.3)中得到的混合液体C进行抽滤水洗，得到产物D；

将产物D置于80℃条件下，真空干燥12～48h，得到封闭异氰酸酯基功能化的石墨烯量子点(GQD)；

2)聚乙烯醇-石墨烯量子点(PVA-GQD)纺丝溶液的制备