CN106637913A - 一种导电纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电纤维的制备方法，首先配制石墨烯衍生物溶液，然后将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的高分子纤维表面形成复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其表面石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的短暂加热处理，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却,然后复合纤维通过挤压处理即可获得具有良好导电能力的石墨烯层包覆的导电高分子纤维。通过该种方法制备的导电纤维性能优良，可以为导电纤维、石墨烯材料的进一步发展及应用作出贡献。

Description

一种导电纤维的制备方法

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种导电纤维特别是利用微波快速加热的特性及石墨烯衍生物微波吸收特性与高导热能力，通过高分子纤维表面涂布石墨烯衍生物溶液形成高分子纤维表面包覆石墨烯衍生物层的复合纤维，然后复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并对复合纤维表面石墨烯衍生物层短暂加热处理并在随后快速冷却及挤压而获得具有良好导电能力的高分子基复合导电纤维。

背景技术

随着社会的发展，导电纤维在包括导电、传感、加热、电磁屏蔽等领域有着广泛的应用价值而受到人们的高度关注。其中在高分子纤维表面包覆导电材料不仅可以节省导电材料的用量，而且也可以保证其导电特性，因此越来越受到人们的重视。而另一方面石墨烯作为一种导电材料，其出色的性能使得其成为导电修饰的一种良好选择。石墨烯优异的力学性质(杨氏模量高达1.0TPa)、电学性质(电子迁移率高达10⁶cm².v^-1s^-1)、热学性质(热导系数高达5000w.m^-1.k^-1)、光学性质(单层石墨烯的可见光吸收仅有2.3％和优异的锁模特性)，超大的理论比表面积(2630m².g^-1)及单片层结构赋予其独特的化学和电化学活性使得石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。因此人们纷纷研制基于石墨烯的导电纤维，其中主流的方法是由氧化石墨烯通过凝固浴方法制备氧化石墨烯纤维，然后通过高温还原或者化学还原等方法制备还原型氧化石墨烯纤维。虽然目前通过这种方法制备得到的还原型氧化石墨烯纤维在机械强度、导电、导热等方面均已表现出不俗的性能，然而其不易控制的粗糙不规则的表面及相对昂贵石墨烯的大的用量限制了其广泛应用。也有人试图通过混合的方法在高分子纤维内掺杂石墨烯而提高复合纤维的电学性能，但与纯的石墨烯纤维或者氧化石墨烯纤维相比则差距很大，因此其应用范围受限。一种较理想的方法是在高分子纤维表面包覆石墨烯薄膜而形成内为高分子纤维而外为石墨烯的核壳结构复合纤维。然而由于高分子纤维通常耐高温有限，使得不能直接在高分子纤维上通过化学气相沉积石墨烯薄膜层；而还原较为充分的石墨烯粉末通常在溶剂中分散性能不佳，因此人们开发的石墨烯粉末静电喷涂实际上是把团聚的石墨烯颗粒粘到材料表面并不能形成石墨烯铺展开包覆在材料表面的状况，因此其对于石墨烯性能的发挥有着极大的制约；而通过能够在溶液中分散性能较好的氧化石墨烯或者还原氧化石墨烯溶液涂布在高分子纤维表面，然后进行化学还原可以获得还原氧化石墨烯层包覆的高分子导电纤维，但是化学还原可能带来的环境问题、对高分子纤维的损伤问题及难以获得高还原水平的石墨烯的问题限制了其进一步的推广应用。因此人们迫切期待出现高分子纤维表面均匀包覆石墨烯层的新技术、新方法。而另外一方面石墨烯具有吸收微波的特性，因此当石墨烯衍生物上有石墨烯微区时，其即具有吸收微波并发热的特性，为此本发明在国际上首次提出将高分子纤维表面通过溶液涂布石墨烯衍生物层形成复合纤维，然后复合纤维以设定速度运动通过一定尺寸的微波加热区的方式以设定的时间在设定气氛的微波中短暂加热处理石墨烯衍生物层使得氧化的石墨烯被还原而边缘功能化石墨烯则脱边缘官能团从而使得石墨烯衍生物层转化为石墨烯层，随后复合纤维继续运动离开微波加热区域并被冷却，经过单次或者多次就可以获得具有良好导电能力的石墨烯层包覆的复合导电纤维。由于微波加热只短暂处理石墨烯衍生物层而对高分子纤维本身除了导热因素外并没有其它作用，加之石墨烯衍生物层导热能力强且薄有利于散热，因此相较于高温气相沉积本发明方法可以避免长时间高温处理对高分子纤维的损伤。另一方面，复合纤维以设定速度运动通过微波加热区不仅可以精确控制复合纤维的加热时间，如一般微波炉加热时间设定有30秒为单位的多个档次，但是实验表明在保护气氛下加热一个整档就可能发生由于升温过快而导致涂布的石墨烯衍生物层散乱甚至脱落，即使精密微波炉可以设定微波脉冲长度，但也难以设定可能最优的加热时间如1.2秒，而复合纤维以设定速度通过微波加热区则可以根据微波加热区尺寸轻松获得精确的最佳加热时间。复合纤维以设定速度通过微波加热区还可以避免微波加热区不同区域加热效果不同带来的加热不均。事实上，将复合纤维放置在微波炉中加热一段时间，取出后可以明显感觉到放置在不同加热区域的复合纤维加热效果不一样，这与微波炉中加热电场的均匀性有关，虽然可以通过设计如曲面天线结构等方式提高微波炉加热均匀性，但其也有一定限度。而复合纤维以设定速度通过整个微波加热区则由于所有复合纤维均通过整个加热区而获得一致的加热效果。当然复合纤维以设定速度通过整个微波加热区还可以精确控制其冷却时机，从而有助于减少高温对高分子纤维的损伤。而本发明的复合纤维以设定速度通过整个微波加热区的方法还与纤维加工的工艺兼容，因此有助于导电复合纤维的批量生产。所以本申请制备的复合导电高分子纤维能够充分发挥高分子纤维的廉价、易得及石墨烯优异的性能，有望为石墨烯复合导电纤维的进一步推广应用作出贡献。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种导电纤维的制备方法，导电纤维特别是石墨烯层包覆高分子纤维的导电纤维，通过在特定的还原性气氛、惰性气氛或者真空环境中微波短暂高温处理设定速度运动的石墨烯衍生物层包覆的复合高分子纤维上的石墨烯衍生物层，然后继续运动离开并快速冷却，从而避免长时间高温处理而损伤高分子纤维的基础上有效地局域短暂高温处理石墨烯衍生物层而获得具有良好性能的导电复合高分子纤维。该方法有助于高分子纤维、石墨烯材料更好地服务社会。

技术方案：本发明的一种导电纤维的制备方法为：首先配制石墨烯衍生物溶液，然后将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的高分子纤维表面形成复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其表面石墨烯衍生物被微波进行设定时间的短暂加热处理，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却,最后复合纤维通过挤压处理即可获得具有良好导电能力的石墨烯层包覆的导电高分子纤维。

其中：

所述石墨烯衍生物是指石墨烯的氧化物，包括氧化石墨烯和还原氧化石墨烯及石墨烯边缘衍生物。

所述高分子纤维在涂布石墨烯衍生物前进行耐温处理。

所述石墨烯衍生物被微波短暂加热处理是指石墨烯衍生物吸收微波而升温并导致氧化的石墨烯被还原，而石墨烯边缘衍生物则发生脱边缘官能团的反应；所述短暂加热是指复合纤维以设定速度通过一定尺寸的微波加热区而确定加热时间，时间少于10秒。

所述设定气氛是指惰性气氛、还原性气氛或者真空状态。

所述惰性气氛是指气体不与石墨烯衍生物反应的气体，如氮气、氦气、氩气；还原性气氛是指气体中含有还原石墨烯衍生物的气体，如氢气、醇类、烷烃类气体；真空状态是指气压小于4KPa，相对真空度小于-20KPa。

所述复合纤维离开微波加热区并被冷却是指通过冷的氛围而冷却复合纤维。

所述微波短暂加热处理，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却,最后复合纤维通过挤压处理的过程重复以多次高温处理石墨烯衍生物涂层。

所述将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的高分子纤维表面形成复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其表面石墨烯衍生物被微波进行设定时间的短暂加热处理，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却,最后复合纤维通过挤压处理的系列过程可以重复多次，即可以多次涂布石墨烯衍生物并进行微波高温处理以获取增厚的石墨烯层。

所述石墨烯层包覆的导电复合高分子纤维中的石墨烯层中碳含量大于90％。

所述涂布包括浸涂、喷涂、刷涂、泡沫涂布、层层组装涂布、接触涂布。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本申请首次将能够快速加热的微波技术与石墨烯衍生物微波吸收特性及石墨烯高的导热能力和高分子纤维表面石墨烯衍生物涂层的热量易于被快速交换转移的特性结合，通过设定表面涂布石墨烯衍生物层的高分子复合纤维在微波加热区的运动速度并在微波加热后复合纤维即进入冷却区进行冷却从而使得复合纤维在避免长期高温而引发的热损伤高分子纤维的基础上短时、均匀高温处理石墨烯衍生物层即还原氧化的石墨烯或者对边缘功能化石墨烯进行脱边缘官能团反应而获得石墨烯层包裹的复合导电高分子纤维，通过该种方法制备的导电纤维性能优良，可以为导电纤维、石墨烯材料的进一步发展及应用作出贡献。

附图说明

图1是导电纤维制备流程示意图。

图2是纤维通过导轮绕过金属挡板示意图。

图中有：高分子纤维1、浸液池2、溶液2a、挤液辊3、烘房4、前控温5、控温流体入口5a、控温流体出口5b、带孔金属挡板6、微波加热炉7、微波输入7a、气氛腔8、气体人口8a、气体出口8b、中控温9、控温流体入口9a、控温流体出口9b、后控温10、控温流体入口10a、控温流体出口10b、导轮11、挤压辊12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

首先高分子纤维1籍由导轮11通过浸液池2中溶液2a而涂布石墨烯衍生物溶液，然后涂布了石墨烯衍生物层的复合纤维通过挤液辊3挤去多余溶液，随后复合纤维通过烘房4进行干燥，随即进入前控温区5利用温控流体入口5a(如一定温度的空气、水等)及温控流体出口5b设定温度循环流体而控制进入微波加热前复合纤维的温度，随后复合纤维进入由开有小孔的金属挡板6防护的微波炉7中。在微波炉加热区域设置气氛腔8并利用气体入口8a及气体出口8b而控制在微波加热区域复合纤维周围的气氛环境；同时在微波加热区域还设置中控温9以利用温控流体入口9a及温控流体出口9b设定温度循环流体而控制微波加热时的复合纤维周围的温度环境。然后籍由微波输入7a输入微波在设定气氛及温度环境下对复合纤维上的石墨烯衍生物层通过微波短暂加热，随后经过开有小孔的金属挡板离开微波炉7并进入后控温10区并利用温控流体入口10a及温控流体出口10b设定温度循环流体而冷却微波加热处理后的复合纤维的温度，随后经过微波加热处理过的复合纤维通过挤压辊12的挤压而获得由石墨烯层包覆的复合导电纤维。

其中金属挡板6可以由开小孔而利于纤维连续运行改为由导轮11引导纤维绕过金属挡板而连续运行从而有利于阻挡微波而增强对人体的防护。如图2所示。

高分子纤维表面包覆石墨烯衍生物层后转化为石墨烯层是人们需要解决的一个挑战。除了特别高的温度长时间处理，普通化学还原及高温还原方法处理石墨烯衍生物后其中碳的含量很难超过90％，而特别高的温度长时间处理不仅能耗大，而且还会对石墨烯衍生物的薄层结构造成损伤。因此迫切需要开发新的技术以将石墨烯衍生物层转化为石墨烯层。为此本发明在国际上首次利用石墨烯衍生物具微波吸收特性及微波具有升温快速的特点，通过将石墨烯衍生物层在设定气氛下以设定速度通过微波加热区，从而在精确控制加热时间及避免加热不均的情况下加热处理石墨烯衍生物层并将石墨烯衍生物层转化为石墨烯层。事实上，微波处理在石墨烯相关材料中应用已经有一些相关研究。例如人们制备氧化石墨烯的一种方法就是微波处理氧化石墨，籍由微波加热达两千多摄氏度的高温导致氧化石墨内部产生大量气体而将石墨中少层甚至单层氧化石墨烯相互分离开来。而两千摄氏度以上高温已经几乎可以彻底还原氧化石墨烯而将其转化为石墨烯。我们的实验表明在非氧化气氛下微波加热处理包括氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯边缘衍生物在内的石墨烯衍生物可以高效地转化为石墨烯。问题是普通微波加热处理由于集中加热，因此局部温度高，导致剧烈反应产生气体并使得石墨烯衍生物材料的结构发生破坏，石墨烯衍生物层变成碎屑，因此必须有效控制微波加热过程使得既能够有效高温处理石墨烯衍生物，又可以避免剧烈反应对石墨烯衍生物材料结构的破坏。我们的实验表明在设定气氛下时间小于3秒的短暂的微波加热即可以将石墨烯衍生物有效转化为石墨烯，但是由于还原产生的包括水气在内的气体的急剧膨胀是导致石墨烯衍生物材料结构破坏的一个重要推手，因此我们就产生了快速微波加热，随后快速冷却导致还原产生的水汽等避免急剧膨胀的思路。实验表明通过通入冷的氮气的情况下，石墨烯衍生物材料在被微波快速加热后由于快速冷却还原产生的气体因此能够较好地保持石墨烯衍生物材料的结构并最终转化为石墨烯材料。当然一边通入冷却的氮气冷却一边加热材料，从能量消耗的角度看还有待改进。石墨烯衍生物材料微波加热处理的另外一个问题是微波加热区加热不均匀的问题，这与微波炉中加热电场的均匀性有关，虽然可以通过设计如曲面天线结构等方式提高微波炉加热均匀性，但电场不均匀难以避免，而不均匀加热的效果则导致石墨烯衍生物材料转化为石墨烯的效果在不同区域存在差异并影响整体性能，并且如果提高加热时间则可能发生一部分石墨烯衍生物材料因为加热过度而受到破坏，而另外一部分则可能还没有很好地还原。所以为了减少一边微波加热，一边冷却流体冷却带来能耗的增加及提高微波加热处理的均匀性，我们考虑了石墨烯衍生物材料在设定气氛下以设定速度通过微波加热区加热而精确控制加热时间，然后快速冷却的方法，使得所有区域的石墨烯衍生物均通过整个微波加热区而获得相对一致的加热，并且微波加热完成后除非特殊需要降温就先室温冷却，然后离开微波炉再通过冷却装置进行冷却从而减少冷却的能耗。实验表明我们的方法效果良好，就石墨烯衍生物层转化为石墨烯层而言，石墨烯层的碳的含量超过90％，由于普通石墨吸附有3％的氧气，因此接近完全还原，并且呈现出良好的电性能。

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：

首先制备氧化石墨烯粉末和还原氧化石墨烯粉末。30克石墨混合15g硝酸钠和750毫升浓硫酸。将混合物在冰浴中冷却到0摄氏度，并搅拌2h后，缓慢加入90克高锰酸钾，保持混合过程中混合物温度低于5摄氏度。该混合物再搅拌一个小时，并通过移除冰浴而加热到室温。混合物中添加1升蒸馏水并在油浴中的温度增加到90摄氏度。另外添加300毫升水，并再搅拌一个半小时。混合物的颜色变成棕色。混合物然后用30％的300毫升过氧化氢和30升热水处理和稀释。该混合物进一步用过量的水洗涤，直到滤液的pH值几乎是中性的从而获得氧化石墨烯。然后将氧化石墨烯在水中分散并用水合肼在80摄氏度还原12小时。还原氧化石墨烯以黑色沉淀形成，用0.45μm PTFE膜过滤收集，并用大量的水冲洗。产品通过甲醇、四氢呋喃(THF)和水用索氏提取法进一步纯化。最后，所获得的还原氧化石墨烯在0.05毫米汞柱真空环境下零下120摄氏度冻干。随后用去离子水配制0.5毫克/毫升的还原氧化石墨烯水溶液。

然后配制含1wt％美国Hybrid Plastics公司的EP0409型多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)与1wt％陶氏化学公司牌号为DER331的环氧树脂的耐高温环氧上浆剂乳液。

再次获取Tawaron 1008 1680dtex/1000F芳纶纤维，随后对芳纶纤维进行耐高温环氧上浆处理形成表面包覆耐高温环氧涂层的芳纶复合纤维。然后将上述复合纤维以60米/分钟的速度通过0.5毫克/毫升的还原氧化石墨烯水溶液浸液池进行涂布，随后复合纤维通过线压力为250牛/厘米硬度为85度的挤液辊去除多余的溶液，然后复合纤维进入150摄氏度烘房干燥，得到表面涂布有还原氧化石墨烯层的复合芳纶纤维丝束。然后复合芳纶纤维丝束在前控温区籍由0摄氏度的冷空气冷却至0摄氏度，随后通过开有小孔的不锈钢金属挡板进入氩气保护的中控温籍由循环冰水控制为0摄氏度的微波加热区。微波加热区由10个500W微波炉连接而成，加热区长度达到1米，复合芳纶纤维丝束籍由微波加热约1秒，随后通过金属挡板上小孔进入由循环冰水控制温度为0摄氏度的后控温区进行冷却，其后复合芳纶纤维丝束通过线压力为1300牛/厘米的挤压辊进行挤压处理。重复上述涂布-冷却-微波加热-冷却-挤压过程三次获得石墨烯层碳含量大于90％电导率大于5000Sm^-1的石墨烯层包覆的1680dtex/1000F芳纶-石墨烯复合导电纤维。

实施例二：

首先获取20D/4f的氨纶丝束。其次获取固含量为2wt％的聚酰亚胺树脂GCPI和环氧树脂618按质量比为65:35的耐高温乳液上浆剂。然后对氨纶纤维丝束上浆以形成复合纤维丝束提高其耐温性能。随后将复合纤维丝束以0.1米/秒的速度通过30厘米长的10毫克/毫升的氧化石墨烯水溶液，干燥后获得表面涂布了氧化石墨烯层的复合纤维丝束。将该复合纤维丝束在水合肼蒸汽中95摄氏度处理24小时以还原氧化石墨烯层而获得表面包覆有还原氧化石墨烯层包覆的氨纶复合纤维丝束。随后在室温氮气保护下以0.2米/秒的速度通过功率为550W的微波炉直径10厘米加热区进行加热约0.5秒，随后再次进入室温区域进行冷却，重复上述微波加热-冷却过程30次，随后在800牛/厘米的线压力下对复合纤维丝束通过挤压辊进行挤压获得石墨烯衍生物层碳含量大于90％，电导率大于5000S/M的石墨烯层包覆的氨纶导电复合纤维丝束。

实施例三：

首先获取2000dtex/1000F高强PVA纤维。然后配制含1wt％美国Hybrid Plastics公司的EP0402型多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)与1wt％陶氏化学公司牌号为DER331的环氧树脂的耐高温环氧上浆剂乳液。随后对高强PVA纤维进行耐高温环氧上浆处理形成表面包覆耐高温环氧涂层的高强PVA复合纤维。然后将上述复合纤维以0.01米/秒的速度通过30厘米长的2毫克/毫升的还原氧化石墨烯水溶液，干燥后获得表面涂布了还原氧化石墨烯层的高强PVA复合纤维丝束。将该复合纤维丝束在氦气保护下以0.1米/秒的速度通过零下10摄氏度的前控温的温控区域使得纤维处于零下10摄氏度，然后通过功率为600W的微波炉直径10厘米加热区进行加热约1秒，随后再次进入零下10摄氏度区域进行冷却，重复上述冷却-微波加热-冷却过程10次，随后复合纤维丝束通过线压力为1300牛/厘米的挤压辊进行挤压处理获得碳含量大于90％电导率大于5000Sm^-1石墨烯层包覆的高强PVA导电复合纤维丝束。

实施例四：

首先制备边缘羧基化的石墨烯薄片。5克石墨和100克干冰加入含有1000克的直径5毫米不锈钢球的不锈钢胶囊内。容器被密封并固定在行星球磨机(F-P4000)，并以500rpm(转/分)速度搅拌48小时。随后，内部压力通过一个气体出口缓慢释放。在球磨结束时通过在空气中打开容器盖，由空气中的湿汽引发羧化物发生剧烈的水化反应生成羧酸而发闪光。所得产品用1M盐酸溶液进行索氏抽提以彻底酸化羧酸盐和去除可能有的金属杂质。最终在0.05毫米汞柱真空环境下零下120摄氏度冻干48小时获得边缘羧基化石墨烯纳米片的暗黑色粉末。将0.1wt％的边缘羧基化石墨烯纳米片通过在异丙醇中超声30分钟获得均匀分散的溶液。其次获取直径约约0.2毫米的高强涤纶线，将其以0.1米/秒的速度运行，并通过喷头将0.1wt％边缘羧基化石墨烯纳米片异丙醇溶液喷淋至上，重复运行100米间隔后用另外的喷头对高强涤纶线喷淋，喷涂5次后，50摄氏度真空干燥24小时获得边缘羧基化石墨烯层包裹的复合高强涤纶线。将该复合高强涤纶线在氦气保护下以0.05米/秒的速度通过零下10摄氏度的温控区域使得复合纤维处于零下10摄氏度，然后通过功率为900W的微波炉直径10厘米加热区进行加热约2秒，随后再次进入零下10摄氏度区域进行冷却，随后复合纤维通过线压力为500牛/厘米的挤压辊进行挤压处理获得石墨烯层碳含量大于90％电导率大于5000Sm^-1的石墨烯层包覆的复合导电高强涤纶线。

实施例五

首先制备边缘卤代石墨烯纳米片。5克石墨加入含有1000克的直径5毫米不锈钢球的不锈钢胶囊内。然后胶囊密封并在0.05毫米汞柱真空压力条件下五次循环充和放氩气。此后，通过气缸压力为8.75atm从气体入口加入氯气。容器被密封并固定在行星球磨机(F-P4000)，并以500rpm(转/分)速度搅拌48小时。所得产品先后用甲醇和1M盐酸溶液进行索氏抽提以彻底去除小分子有机杂质及可能有的金属杂质。最终在0.05毫米汞柱真空环境下零下120摄氏度冻干48小时获得边缘氯化石墨烯纳米片的暗黑色粉末。然后配制0.01毫克/毫升的边缘氯代石墨烯异丙醇溶液。

其次获取1.5D的聚丙烯腈纤维。然后将聚丙烯腈纤维以1分米/秒的速度运行，并让聚丙烯腈距离静电喷雾器喷嘴6厘米，静电喷雾喷嘴上施加8KV的电压，并以200微升/分钟的速度通过喷嘴将0.01毫克/毫升的边缘氯代石墨烯异丙醇溶液喷涂到聚丙烯腈纤维上，随后室温干燥，并重复静电喷涂及室温干燥10次，得到边缘氯代石墨烯包覆的聚丙烯腈复合纤维。将该复合纤维在50摄氏度真空干燥10小时。然后在氮气保护下将复合纤维以0.05米/秒的速度通过室温区域使得纤维为室温状态，然后通过功率为1000W的微波炉直径10厘米加热区进行加热约2秒，随后再次进入室温区域进行冷却，重复上述微波加热-冷却过程5次，随后复合纤维通过线压力为800牛/厘米的挤压辊进行挤压处理获得石墨烯衍生物层碳含量大于90％的电导率大于5000S/M的石墨烯层包覆的聚丙烯腈复合导电纤维。

实施例六

首先制备边缘硫化石墨烯纳米片。5克石墨和20克硫加入含有1000克的直径5毫米不锈钢球的不锈钢胶囊内。然后胶囊密封并在0.05毫米汞柱真空压力条件下五次循环充和放氩气。然后胶囊固定在行星球磨机(F-P4000)，并以500rpm(转/分)速度搅拌48小时。所得产品先后用二硫化碳和1M盐酸溶液进行索氏抽提以彻底去除残余硫及可能有的金属杂质。最终在0.05毫米汞柱真空环境下零下120摄氏度冻干48小时获得摄取至少0.75g硫的5.75克边缘硫化石墨烯纳米片的暗黑色粉末。将边缘硫化石墨烯纳米片以N-甲基-2-吡咯烷酮配制0.1毫克/毫升的溶液。

其次获取1000D/144f的丙纶丝束，然后将丙纶丝束以1厘米/秒的速度运行，并让丙纶丝束距离静电喷雾器喷嘴6厘米，静电喷雾喷嘴上施加8KV的电压，并以200微升/分钟的速度通过喷嘴将0.1毫克/毫升的边缘硫化石墨烯纳米片N-甲基-2-吡咯烷酮溶液喷涂到丙纶丝束上，随后室温干燥，并重复静电喷涂及室温干燥5次，得到边缘硫化石墨烯包覆的丙纶丝束复合纤维。将该复合纤维在60摄氏度真空干燥10小时。然后在氦气保护下将复合纤维以0.03米/秒的速度通过0摄氏度恒温区域使得复合纤维为0摄氏度，然后通过功率为600W的微波炉直径10厘米加热区进行加热约3.3秒，随后再次进入0摄氏度区域进行冷却，重复上述冷却-微波加热-冷却过程5次，随后复合纤维通过线压力为1100牛/厘米的挤压辊进行挤压处理获得石墨烯衍生物层碳含量大于90％电导率大于5000S/M的石墨烯层包覆的丙纶丝束复合导电纤维。

实施例七：

首先制备边缘氮化石墨烯纳米片。5克石墨加入含有1000克的直径5毫米不锈钢球的不锈钢胶囊内。然后胶囊密封并在8bar压力条件下五次循环充和放氮气。然后密封胶囊并固定在行星球磨机(F-P4000)，随后以500rpm(转/分)速度搅拌48小时。所得产品先后用甲醇和1M盐酸溶液进行索氏抽提以彻底去除可能有的金属杂质。然后重复用乙二胺四乙酸(EDTA)、浓氨水、和1M盐酸溶液处理，直到XPS检测不出金属残余物。最终在0.05毫米汞柱真空环境下零下120摄氏度冻干48小时获得摄取至少0.67g氮的5.67克边缘氮化石墨烯纳米片的暗黑色粉末。将边缘氮化石墨烯纳米片用N,N-二甲基乙酰胺溶剂配制0.1毫克/毫升溶液。

其次获取797dtex/20F高强PE纤维,然后将其用氧等离子处理使得表面含有羟基、羧基官能团。将其以0.1米/秒的速度运行，并通过喷头将0.1毫克/毫升边缘氮化石墨烯纳米片N,N-二甲基乙酰胺溶液喷淋其上，重复运行100米间隔后用另外的喷头对高强涤纶线喷淋，喷涂5次后，50摄氏度真空干燥24小时获得边缘氮化石墨烯层包裹的高强PE复合纤维。然后在氦气保护下将复合纤维以0.03米/秒的速度通过0摄氏度恒温区域使得复合纤维为0摄氏度，然后通过功率为500W的微波炉直径10厘米加热区进行加热约3.3秒，随后再次进入0摄氏度区域进行冷却，重复上述冷却-微波加热-冷却过程20次，随后复合纤维通过线压力为1100牛/厘米的挤压辊进行挤压处理获得石墨烯衍生物层碳含量大于90％电导率大于5000S/M的石墨烯层包覆的高强PE复合导电纤维。

实施例八

首先获取3000D/1860f的凯夫拉纤维,然后随后将纤维以1米/秒的速度通过30厘米长的6毫克/毫升的氧化石墨烯水溶液，干燥后获得表面涂布了氧化石墨烯层的凯夫拉复合纤维丝束。将该纤维在氮气与氢气比例为55:1的还原气氛下以0.03米/秒的速度在200摄氏度下通过功率为1000W的微波炉直径10厘米加热区进行加热约3.3秒，随后再次进入室温区域进行冷却，重复上述微波加热-冷却过程40次，随后复合纤维通过线压力为1300牛/厘米的挤压辊进行挤压处理获得石墨烯衍生物层碳含量大于90％电导率大于5000S/M的石墨烯层包覆的凯夫拉纤维复合导电纤维丝束。

实施例九

首先获取1.5D的聚乳酸纤维,然后随后将纤维以0.1米/秒的速度通过30厘米长的2毫克/毫升的还原氧化石墨烯水溶液，干燥后获得表面涂布了还原氧化石墨烯层的聚乳酸复合纤维。将该纤维在2KPa的真空环境下以0.1米/秒的速度在室温条件通过功率为500W的微波炉直径10厘米加热区进行加热约1秒，随后再次进入室温区域进行冷却，重复上述冷却-微波加热-冷却过程10次，随后复合纤维通过线压力为500牛/厘米的挤压辊进行挤压处理获得石墨烯衍生物层碳含量大于90％电导率大于5000S/M的石墨烯层包覆的聚乳酸复合导电纤维。

Claims (10)

1.一种导电纤维的制备方法，其特征在于，首先配制石墨烯衍生物溶液，然后将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的高分子纤维表面形成复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其表面石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的短暂加热处理，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却,然后复合纤维通过挤压处理即可获得具有良好导电能力的石墨烯层包覆的导电高分子纤维。

2.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述石墨烯衍生物是指石墨烯的氧化物，包括氧化石墨烯和还原氧化石墨烯及石墨烯边缘衍生物。

3.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述高分子纤维在涂布石墨烯衍生物前进行耐温处理。

4.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述石墨烯衍生物被微波短暂加热处理是指石墨烯衍生物吸收微波而升温并导致氧化的石墨烯被还原，而石墨烯边缘衍生物则发生脱边缘官能团的反应；所述短暂加热是指复合纤维以设定速度通过一定尺寸的微波加热区而确定加热时间，时间少于10秒。

5.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述设定气氛是指惰性气氛、还原性气氛或者真空状态。

6.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述惰性气氛是指气体不与石墨烯衍生物反应的气体；还原性气氛是指气体中含有还原石墨烯衍生物的气体；真空状态是指气压小于4KPa，相对真空度小于-20KPa。

7.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述复合纤维离开微波加热区并被冷却是指通过冷的氛围而冷却复合纤维。

8.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的短暂加热处理可以重复以多次高温处理石墨烯衍生物涂层。

9.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的高分子纤维表面形成复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其表面石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的短暂加热处理，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却,最后复合纤维通过挤压处理的系列过程可以重复多次，即可以多次涂布石墨烯衍生物并进行微波高温处理以获取增厚的石墨烯层。

10.根据权利要求1所述的一种导电纤维的制备方法，其特征在于所述石墨烯层包覆的导电复合高分子纤维中的石墨烯层中碳含量大于90％。