[发明专利]石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维及制备方法以及应用

说明书

本发明涉及纳米纤维的制备领域，提供了石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的制备方法，步骤至少包括：(1)将聚丙烯腈纤维毡和/或非织造布浸渍石墨烯分散液，烘干后切分成长条；(2)将长条进行80℃‑150℃热空气牵伸，制备石墨烯涂覆PAN电纺取向纤维丝束；(3)将电纺取向纤维丝束进行空气氧化，惰性气体环化，形成石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物纳米纤维取向丝束，并进一步切割制得石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维。

技术领域

本发明涉及纳米纤维的制备领域，具体的更涉及一种石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维以及制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的不断发展，全球对具有特殊功能的新型纤维的需求不断增加，尤其是具有高强度、高导电性的纤维逐渐被探索应用于增强材料、功能服饰、新能源电极、电磁场、军事等领域。改性纤维材料已经成为复合材料研究领域的热点之一。

石墨烯(Graphene)是一种新型无机材料，由廉价的石墨制成，其极限模量为1.01TPa，极限强度为116GPa，同时，具有高导热性、高比表面积和优异的电子传输性质，是一种涂覆修饰纳米纤维表面的理想材料，以其涂覆修饰梯形聚合物纳米短纤维表面，大幅度改善其作为电极材料使用时的导热导电性能，推动新能源电池行业的快速发展。

梯形聚合物是一种高性能聚合物，由聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)纤维预氧化、环化形成的梯形聚合物纤维是一种高性能聚合物纤维，除了具有高强度、高模量和耐高温等特性，更具有优异的电化学性能，作为新能源电极材料，其理论储电容量高达2300mAh/g，是石墨电极理论容量的6倍以上，有希望发展成为一种超高比容量的新能源电极材料。然而，这种梯形聚合物的导电性能较低，在10-6S/cm以下，还不及半导体的导电性能。作为电极材料，具有良好的导电性是充分发挥其储电功能的关键，因此，非常有必要发展一种具有良好导电性，且具有高度分散性的梯形聚合物纳米短纤维，以期创造一种具有超高储电容量的新能源电池电极材料。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明第一个方面提供了一种石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物超短纳米纤维的制备方法，步骤至少包括：

(1)将聚丙烯腈纤维毡和/或非织造布浸渍石墨烯分散液，烘干后切分成长条；

(2)将长条进行80℃-150℃热空气牵伸，制备石墨烯涂覆PAN电纺取向纤维丝束；

(3)将电纺取向纤维丝束进行空气氧化，惰性气体环化，形成石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物纳米纤维取向丝束，并进一步切割制得石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述石墨烯分散液中的固含量为 0.1-2wt％。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述长条的宽度为0.5-5cm。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述步骤(2)中的热空气牵伸为两段热空气牵伸：第一段牵伸温度为85-100℃，牵伸比为1-3倍；第二段牵伸温度为 125-150℃，牵伸比为2-8倍。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述空气氧化的温度为210-270℃，时间为1.5-3.5小时。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述惰性气体环化的温度为350-620℃，时间为30-90分钟。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述惰性气体选自氩气、氦气、氮气、氖气中的至少一种。

作为一种优选的技术方案，本发明所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的长度为0.1-0.8mm。

本发明的第二个方面提供的是一种所述制备方法制备得到的石墨烯涂覆 PAN基梯形聚合物超短纳米纤维。