[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。现有技术将石墨烯与纺织纤维复合，期望能够获得具有导电性和远红外等功能性纤维性纤维的同时，进一步保障石墨烯在纤维上的牢固度，使其功能不因水洗次数的增多而大幅度衰减。

本领域需要开发一种复合纤维，其与石墨烯类材料复合，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，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将初生纤维在粒径小于1μm(例如0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm等)的石墨烯类物质分散液中，进行第一次浸渍，得到浸渍有粒径小于1μm的石墨烯类物质的纤维；

(2)将步骤(1)得到的浸渍有粒径小于1μm的石墨烯类物质的纤维在粒径为1～20μm(例如1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm等)的石墨烯类物质分散液中，进行第二次浸渍，之后经过冷却、干燥，得到复合纤维。

优选地，所述第二次浸渍的温度比第一次浸渍的温度低。

将初生纤维浸渍在粒径小于1μm的石墨烯类物质分散液中，能够使得粒径小于1μm的石墨烯类物质进入所述纤维的内部(如非结晶区、或结晶区与非结晶区的空隙)，之后浸渍粒径为1～20μm的石墨烯类物质分散液，能够使大于1μm的石墨烯颗粒包覆或贴合在纤维外部，部分能够堵塞填充有1μm以内的石墨烯类物质的空隙的洞口，提高石墨烯类物质的牢固度。本发明将所述二次浸渍温度设置为低于一次浸渍温度，避免纤维内部石墨烯类物质跑出，但是通过二次浸渍也能更好的将纤维内部石墨烯类物质固定并在纤维外部形成保护层。

优选地，所述第一次浸渍的温度范围处于初生纤维材料的高弹态温度。

进一步优选地，所述第一次浸渍和第二次浸渍的浸渍温度范围均处于初生纤维材料的高弹态温度，且第二次浸渍温度小于第一次浸渍温度。

优选地，所述第一次浸渍和/或第二次浸渍温度比初生纤维材料的玻璃化转变温度至少高5℃。

所述浸渍温度处于初生纤维材料的高弹态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；从而使得进入纤维内部的石墨烯类物质增多，另一方面，降温后，部分石墨烯能够进入低温下的结晶区，牢固存在于所述纤维内部，提高石墨烯类物质在纤维中的牢固度。

本发明所述高弹态温度指所述纤维材料达到高弹态时的最低温度；所述玻璃化温度指所述纤维材料达到玻璃态时的最低温度；所述粘流态温度指所述纤维材料达到粘流态的最低温度。

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。

比纤维材料的高弹态温度高5℃以上更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。