[发明专利]一种石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备方法

权利要求书

1.一种石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备方法，包括：

(1)以天然石墨或人造石墨为原料，超声1-60分钟后先以4000-6000rpm的速度离心2-10分钟，收集上层溶液，再以12000-15000rpm的速度离心1-5分钟，收集沉淀，真空干燥，即得石墨烯；

或者，以天然石墨或人造石墨为原料，采用Hummer法、Staudenmaier法或Brodie法制备氧化石墨；将氧化石墨分散于水中，经超声处理后离心、洗涤、真空干燥，得到氧化石墨烯；将氧化石墨烯分散于有机溶剂中，在常温下超声，得到氧化石墨烯悬浮液；

(2)将二胺和二酐在有机溶剂中混合，在脱氧环境下，-10℃～30℃下进行缩聚反应3～15h，得到聚酰胺酸溶液，其固含量为5～30wt％，将上述石墨烯或氧化石墨烯加入到聚酰胺酸溶液中，得石墨烯/聚酰胺酸纺丝原液；

或者，将二胺、二酐和上述石墨烯或氧化石墨烯在有机溶剂中混合均匀，在脱氧环境下，-10℃～30℃下进行缩聚反应3～15h，得到石墨烯/聚酰胺酸纺丝原液；

(3)将上述纺丝原液通过湿法纺丝或干喷湿纺得到石墨烯/聚酰胺酸初生纤维，真空干燥5～6h后，再经酰亚胺化和拉伸制得石墨烯/聚酰亚胺复合纤维。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和(2)中的有机溶剂为N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的二胺单体为：

中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤

(2)中的二酐单体为：

中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的石墨烯在复合纤维中的重量百分比为0.1％～30％。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的湿法纺丝或干喷湿纺的工艺参数为：喷丝孔数1～20000孔，喷丝孔直径为0.02～1.0mm，纺丝温度10～40℃，喷丝速率2～50m/min。

7.根据权利要求6所述的一种石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备方法，其特征在于：所述湿法纺丝或干喷湿纺所用的凝固浴为甲醇、乙醇、丁醇、乙二醇、丙酮、丁酮、N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和水中的任意一种；或者甲醇、乙醇、丁醇、乙二醇、丙酮、丁酮、N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的任意一种或者两种与水的混合溶液，当凝固浴为甲醇、乙醇、丁醇、乙二醇、丙酮、丁酮、N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中任意一种与水的混合溶液时，有机溶剂与水的体积比优选为2∶8～8∶2，当凝固浴为甲醇、乙醇、丁醇、乙二醇、丙酮、丁酮、N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中是任意两种与水的混合溶液时，第一种有机溶剂、第二种有机溶剂与水的体积比为x∶y∶z，x+y+z＝10，x+y＝2～8，z＝8～2。

8.根据权利要求7所述的一种石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备方法，其特征在于：所述凝固浴为N，N’-二甲基甲酰胺、N，N’-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或两种与水的混合溶液。

9.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的酰亚胺化为热酰亚胺化或化学酰亚胺化；其中，热酰亚胺化以真空或者氮气为酰亚胺化环境，采用热管、热板和高温烘箱中一种或几种，热处理温度为150～450℃，升温速率为3℃/min～10℃/min；化学酰亚胺化采用吡啶、醋酸酐、三乙胺或三者混合物。

10.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的拉伸温度为350～550℃，拉伸倍数为2～8倍。