[发明专利]一种石墨复合纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨复合纤维的制备方法，包括：石墨片准备步骤；一表面改性步骤；一混炼步骤；一母粒制造步骤；以及一抽丝步骤，将该石墨高分子复合母粒熔融抽丝成多个石墨复合纤维，其中该高分子材料包覆该石墨片，且该石墨片以平行于该石墨复合纤维的一轴线的方式排列，该石墨复合纤维的拉伸强度大于200MPa。本发明的石墨复合纤维具有优良的导电、导热，以及机械性质。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，特别是一种石墨复合纤维，本发明还涉及该石墨复合纤维的制备方法。

背景技术

随着在目前市场上，由于碳纤维的众多优点而大量取代镁铝合金，成为很多行业最受欢迎的材料，此外，在航天航空、国防军事工业、汽车产业，以及能源工业等，更看重碳纤维在化学惰性和具有半导体性能上的优点，也广泛地应用。

但目前传统的碳纤维材料，其实际的成本昂贵、设备造价高，在整个市场上仍然无法顺利的引入，因此，需要一种工艺简单、贴近传统纺织制程的方法，能够运用现今的设备来直接制作出石墨复合纤维材料的方法。

发明内容

为解决现有存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种石墨复合纤维及其制备方法。

具体地，一方面地，本发明提供了一种石墨复合纤维，包括：多个石墨片，占总重量百分比为5～12wt％，且各该石墨片由N个石墨层所堆叠形成， N为100～900，且各该石墨片包含至少一改性层，该改性层位于各该石墨片的表面，包含一第一修饰基团以及一第二修饰基团，该第一修饰基团与该石墨层产生化学键；以及一高分子材料，为热塑性高分子，用以包覆该石墨片，与该第二修饰基团产生化学键，其中该石墨片以平行于该石墨复合纤维的一轴线的方式排列，该石墨复合纤维的拉伸强度大于200MPa。

作为优选，石墨片的堆积密度在0.02g/cm³至0.2g/cm³之间，厚度在2nm 至40nm之间、平面横向尺寸在10μm至120μm之间，平面横向尺寸与厚度的比值在100至5000之间，且含氧量小于1wt％，而含碳量大于97wt％。

作为优选，该高分子材料包含聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚酰胺、聚氨基甲酸酯、聚烯睛-丁二烯-苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯、人造橡胶，以及聚酯中一种或多种。

作为优选，该第一修饰基团包含烷氧基、羰基、羧基、酰氧基、酰氨基中的一种；而该第二修饰基团包含乙烯基、脂肪环氧烷基、苯乙烯基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氧基、脂肪基胺基、氯丙烷基、环己烷基、苯基、脂肪基甲酰基、乙酰基、苯甲酰基、氨基及羧酸基中的一种。

作为优选，该石墨复合纤维的导电度为10^-4至10²S/cm。

另一方面，本发明还提供了一种石墨复合纤维的制备方法，该方法包括：石墨片准备步骤，准备多个石墨片，该石墨片由N个石墨层所堆叠形成，N 为100～900；一表面改性步骤，以一表面改性剂在石墨片表面形成至少一改性层，形成多个具有改性层的石墨片，该表面改性剂包含一第一修饰基团，以及一第二修饰基团，该第一修饰基团能与该石墨层产生化学键，而该第二修饰基团位于该石墨片的表面；一混炼步骤，将该具有改性层的石墨片加入一熔融的一高分子材料中，并进行熔融混炼，使该具有改性层的石墨片与该高分子材料均匀混合，该第二有机官能基与该高分子材料产生化学键，其中该具有改性层的石墨片占整体重量的5～12wt％；一母粒制造步骤，将均匀混合的高分子材料与表具有改性层的石墨片，经由造粒机得到多个石墨高分子复合母粒；以及一抽丝步骤，将该石墨高分子复合母粒熔融抽丝成多个石墨复合纤维，其中该高分子材料包覆该石墨片，且该石墨片以平行于该石墨复合纤维的一轴线的方式排列，该石墨复合纤维的拉伸强度大于200MPa。