[发明专利]一种高性能石墨烯纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能石墨烯纤维的制备方法，属于功能纤维制备技术领域，包括如下步骤：将改性氧化石墨烯、聚丙烯酸和聚酰胺加入至DMF中，先超声，再在室温下搅拌，得到纺丝液；将纺丝液进行静电纺丝，纺丝完成后，真空干燥，得石墨烯纤维。本发明的氧化石墨烯表面通过化学键合作用接枝有聚丙烯酸分子链，其上的柔性分子链会与聚丙烯酸基体相互缠绕、融合，进而能有效改善与聚合物的界面相容性，并促进氧化石墨烯在聚合物中的均匀分散；纤维中均匀分布的石墨烯，能够形成更加有效的导电网路，便于电子传导，提升石墨烯纤维导电性能；聚酰胺能够与聚丙烯酸形成互穿网络结构体系，且二者之间具有强烈的氢键作用，能够提升纤维的力学性能。

技术领域

本发明属于功能纤维制备技术领域，具体地，涉及一种高性能石墨烯纤维的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种新兴的碳材料，它由单层的碳原子按照sp²排列组成，具有极高的强度、模量、电导率和热导率。由于其优异的性能，不仅石墨烯单体可被应用于导电、储能、传感等诸多领域，石墨烯的宏观组装体，例如石墨烯膜，石墨烯纤维，也能广泛地应用于日常生活、电子通讯、工业生产等领域。

而其中石墨烯纤维由于具有良好的的导电性，在导电材料中具有极重要的应用价值。现有技术中有利用湿法纺丝制备石墨烯纤维，获得导电性能良好的导电材料。近年来，为改善石墨烯纤维的力学性能，研究者们在氧化石墨烯液晶结构优化、改性等方面做了很多研究工作，基于有机聚合物改性石墨烯纤维，既能提高石墨烯纤维的力学性能，又可以从分子结构单元进行合成，从而调控石墨烯纤维的导电性能。

然而，制备这类材料通常是同时将石墨烯与聚合物溶液共混后纺丝，但往往由于聚合物和石墨烯相容性差，导致石墨烯聚集，从而影响其导电性能的发挥。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种高性能石墨烯纤维的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高性能石墨烯纤维的制备方法，包括如下步骤：

第一步、将改性氧化石墨烯、聚丙烯酸和聚酰胺加入至DMF中，先超声30min，再在室温下搅拌2h，得到纺丝液；

第二步、将纺丝液进行静电纺丝，静电纺丝参数：纺丝距离为19-21cm、纺丝电压为14-16kV、溶液流速为0.45-0.55mL/h、时间为2h，纺丝完成后，真空干燥，得石墨烯纤维。

进一步地，纺丝液中改性氧化石墨烯、聚丙烯酸、聚酰胺、DMF的质量之比为2:1:2:16。

进一步地，所述改性氧化石墨烯通过如下步骤制备：

S1、将氧化石墨烯(GO)与DMF(N,N-二甲基甲酰胺)混合后，超声10min，再于搅拌条件下将乙二胺加入到体系中，继续搅拌1h，然后再加入EDC-HCl(偶联剂，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐)，将混合液转移至60℃水浴中继续搅拌反应6h，离心分离、并用无水乙醇洗涤3-4次，最后在60℃真空干燥24h，得到中间体1；氧化石墨烯、DMF、乙二胺和EDC-HCl的用量之比为0.2g:100mL:1.2g:10mg；

在EDC-HCl作用下，氧化石墨烯表面含有的-COOH与乙二胺分子上的-NH₂发生酰胺化反应，在位阻作用以及用量控制下，乙二胺只有一端的-NH₂参与到反应，从而在氧化石墨烯表面接枝-NH₂，获得中间体1，反应过程如下所示：