[发明专利]一种复合纤维、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明属于纤维制备领域，具体涉及一种复合纤维、制备方法及其用途，特别涉及一种导电的复合纤维、制备方法及其用途。

背景技术

导电纤维的研制始于20世纪60年代，导电纤维通常是指在标准环境下(温度20℃，湿度65％)，比电阻低于10⁷Ω·cm。其发展历程大致包括4个阶段：金属纤维、碳纤维及含碳黑复合聚合物的复合型导电纤维，含有金属盐的导电纤维，导电高聚物导电纤维。虽然导电纤维得到了长足的发展，但也存在着一定的问题，如由金属导电纤维和镀金属导电纤维制成的织物手感粗糙，舒适性较差，导电聚合物工艺较复杂，污染严重。再者，通过涂覆或者简单的浸渍工艺制备的纤维或纤维制品的石墨烯的附着不牢固，洗涤多次后便失去附加的功能。因此，开发新的制备导电纤维的新方法具有重要意义和实际应用前景。

石墨烯是一种由单层sp2杂化碳原子组成的蜂窝状结构的二维材料，具有许多优异的性能(高强、高导热、高导电、高轻质)，同时也拥有大π共轭体系。自从2004年被发现起，石墨烯就成为了科学界的一大研究热点。在对石墨烯的物理化学性质进行研究的同时，与石墨烯相关的复合材料层出不穷。

CN 105484016 A公开了一种石墨烯复合导电纤维的制备方法，首先使用有机溶剂处理常见的纺织高分子纤维；之后浸入碱液以及氧化石墨烯溶液中，使纤维表面充分接触氧化石墨烯，再经干燥后将带有氧化石墨烯涂层的纤维浸入含有还原剂的溶液中，得到石墨烯复合导电纤维。但所述方法工艺复杂，碱处理步骤损伤纤维，负载石墨烯之后，除了影响纤维的强度，还会造成石墨烯的附着牢固性差，所述纤维的导电性会因为水洗次数的增多而大幅衰减。

本领域需要开发一种复合纤维的制备方法，其与石墨烯复合后，能够改进所述纤维的导电性或远红外等性能，同时保证纤维上复合的石墨烯的牢固性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合纤维的制备方法，所述制备方法为将初生纤维在石墨烯类物质分散液中浸渍，之后经过冷却、干燥，得到复合纤维。

优选地，所述浸渍的温度范围处于初生纤维材料的高弹态温度。

将初生纤维浸渍在所述初生纤维材料的高弹态温度的石墨烯类物质分散液中，其中高弹态是指材料处于玻璃化转变温度和黏流态温度之间，到达材料的玻璃化转变温度能够提高所述纤维中大分子的运动，使得结晶区向非结晶区转化，使得非结晶区的空隙变大，使得结晶区与非结晶区之间区域的大分子间的空隙变大；同时分散在石墨烯类分散液中的石墨烯类物质的颗粒进入所述的空隙；随后浸渍过的初生纤维冷却，使得浸渍过程中进入所述空隙的石墨烯被固定在纤维内部，而因为粒径较大被挡在空隙外部的石墨烯类物质会以包覆、贴合，甚至会以部分进入纤维内部，部分位于初生纤维外部的形式存在。

本领域技术人员应该明了，本发明所述的纤维内部和纤维外部是本领域公知的概念，也可以理解成组成纤维的大分子在空间聚集形成超分子结构，所述大分子聚集的内部存在结晶区、非结晶区、以及结晶区和非结晶区间的区域；而大分子聚集完毕形成的外侧看做纤维的外部。

优选地，所述浸渍温度至少比初生纤维材料的玻璃化转变温度高5℃以上。比纤维材料的玻璃化转变温度高5℃以上有利于纤维分子的蠕动，空隙张开的更迅速，石墨烯类物质进入空隙的时间更短。

优选地，所述石墨烯类物质分散液的浓度为0.1～5wt％，优选0.3～2wt％，例如0.3％、0.5％、0.8％、0.9％、1.3％、1.6％、1.8％、1.9％、1.5％、3％、3.6％、4％、4.5％等，优选0.3～2wt％。

优选地，所述石墨烯类物质分散液中的石墨烯类物质的粒径为不大于20μm；优选为100nm～10μm，进一步优选200nm～5μm；例如30nm、150nm、190nm、230nm、260nm、290nm、330nm、460nm、590nm、630nm、760nm、890nm、930nm、1μm、3μm、8μm、11μm、13μm、18μm等。

优选地，所述浸渍时间为15～120min，例如16min、19min、23min、26min、32min、55min、66min、73min、78min、85min、88min、95min等。

优选地，所述石墨烯类物质分散液中添加有纳米纤维素。

适量的纳米纤维素的加入能够提高将石墨烯类物质缠绕在所述纤维上，且纳米纤维素的缠绕能够提高所述复合纤维的强度。

优选地，所述纳米纤维素的直径不大于10nm，长径比不小于10；