[发明专利]石墨烯涂敷碳掺杂PI复合导电纳米纤维长线纱的制备方法

说明书

本发明涉及聚酰亚胺纳米纤维的制备领域，提供了石墨烯涂敷碳掺杂PI复合导电纳米纤维长线纱的制备方法，步骤至少包括：(1)制备聚酰胺酸/羟烷基纤维素共混纺丝溶液；(2)静电纺丝制备纤维毡和/或非织造布；(3)浸渍石墨烯的分散液，烘干、切分成长条；(4)加热牵伸，制备纳米纤维取向丝束；(5)加捻，制备得到石墨烯涂敷碳掺杂PI复合导电纳米纤维长线纱；其中所述石墨烯的厚度为1‑10层；所述分散液中的石墨烯质量浓度为1.0‑5.0％。

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺纳米纤维的制备领域，具体的更涉及石墨烯涂敷碳掺杂PI复合导电纳米纤维长线纱及制备方法与应用。

背景技术

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，与单壁碳纳米管(SWCNT)相当，另外，石墨烯质量轻、导热性好、比表面积大，具有极好的电子传输性质。石墨烯的一系列优点，使其在石墨烯纳米聚合物复合材料、电子运输器件、单电子晶体管、超导材料等方面具有光明的应用前景。使用石墨烯与基体聚合物复合制备纤维复合材料，能够明显改善纤维材料的性能，如提高物理机械性能、改善电学性能等等。聚酰亚胺作为众多热塑性耐高温聚合物基体材料中的重要一员，由于其主链中含有的高密度苯环及酰亚胺五元环形成的芳杂环共轭结构，使其不仅具有优异的热稳定性能，而且拥有良好的电性能、优异的机械性能、阻燃性、高耐辐射性以及独特的光学性能等，已经较广泛应用于电子电器、机械化工和航空航天等军民领域。目前，石墨烯因其独特的二维结构，使其具有质量轻、导热性好、透明性高、导电性高等特性，可被广泛应用在能源、电学、生物等领域。因此，许多学者试着将石墨烯与聚酰亚胺进行复合形成复合材料，来改进聚酰亚胺的性能。但是由石墨烯与聚酰亚胺之间相容性比较差，并且制备的长线纱的导电性能不够优良，并且手感较差，不能应用于制备高档导电发热服装面料，应用领域较窄。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的第一个方面提供了一种石墨烯涂敷碳掺杂PI复合导电纳米纤维长线纱的制备方法，步骤至少包括：

(1)制备聚酰胺酸/羟烷基纤维素共混纺丝溶液；

(2)静电纺丝制备纤维毡和/或非织造布；

(3)浸渍石墨烯的分散液，烘干、切分成长条；

(4)加热牵伸，制备纳米纤维取向丝束；

(5)加捻，制备得到石墨烯涂敷碳掺杂PI复合导电纳米纤维长线纱；

其中所述石墨烯的厚度为1-10层；所述分散液中的石墨烯质量浓度为1.0-5.0％。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述聚酰胺酸/羟烷基纤维素的质量比为(1-10)：1。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述聚酰胺酸是由二酐和二胺聚合得到；所述二酐的通式结构为(I)；其中R₁为C4-C30的四酸二酐单体的残基结构；

作为一种优选的技术方案，本发明中所述二胺的通式结构为(II)；其中R₂为C6-C30二胺单体的残基结构；

H₂N-R₂-NH₂

(II)。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述羟烷基纤维素中的羟烷基的碳原子数为C1-C10。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述石墨烯的厚度为2-8层。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述石墨烯的分散液中分散剂与石墨烯的重量比例为1：(0.1-1)。