CN110219095A - 一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布，由以下原料百分比制备而成：石墨烯导电浆1％‑5％、乙酸乙酯凝固浴50％‑70％、阻燃玻璃纤维20％‑30％、分散剂0.2％‑0.5％、Go/DMF纺丝剂0.5％‑1％和Go短纤维20％‑35％；本石墨烯纤维阻燃导电无纺，具有以下好处：通过Go/DMF纺丝原液和乙酸乙酯凝固浴中氧化石墨烯纤维的湿熔组装，将独立的纤维整合成一个具有较强纤维间粘结性的整体织物；经3000℃退火后，熔结的石墨烯纤维织物具有韧性、柔韧性、轻量化和高导电性。它们的比电导和热导率是以前的碳基织物的几倍，甚至是单个石墨烯纤维的几倍。

Description

一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电材料技术领域，具体为一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布及其制备方法。
背景技术
目前，平面柔型碳纤维发热材料有造纸工艺法，把纸浆和短切碳纤维混合打浆抄纸法生产导电纸。但是，碳纤维之间导电接触不良，导电纸强度低，不透气，抗水性极低，被寖水后强度减弱70％，导电性能降低60％，电阻率增大60％以上，导致功率大幅度下降。碳纤维是目前世界上优秀的半导体材料，是航天军用高科技走向民用的产品，它以电为能源产生远红外辐射电磁波热源，是一种新型的电采暖发热材料，是采暖领域的革命。
石墨烯是新一代的导电材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，常温下具有非同寻常的导电性能，超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性。石墨烯的出现对现代电子科技领域引发新一轮的革命。
现有的一些石墨烯纤维阻燃导电无纺布导电率较差，并且导热性能不好，柔韧性较差，容易发生损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布及其制备方法，具有优异的机械健壮性和柔韧性，并且拥有优异的电导和导热性能，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布及其制备方法，由以下原料百分比制备而成：石墨烯导电浆1％-5％、乙酸乙酯凝固浴50％-70％、阻燃玻璃纤维20％-30％、分散剂0.2％-0.5％、Go/DMF纺丝剂0.5％-1％和Go短纤维20％-35％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述石墨烯导电浆浓度为5％-10％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述Go短纤维的长度为20cm-35cm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述阻燃玻璃纤维的长度为5cm-10cm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述分散剂是H2O和乙醇的混合物，H2O和乙醇的体积比为3比1。
本发明还包括一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布的制备方法，由以下步骤：
1)连续纺丝：将Go/DMF纺丝原液注入40-50转速的乙酸乙酯凝固浴中，对Go短纤维进行连续纺丝；
2)拉伸：旋转凝固浴通过摩擦力对挤出纤维进行了过度拉伸，形成了具有特定长度的GO短纤维；
3)控制及调节：通过调整注射Go/DMF纺丝原液与旋转的速比，可以很容易地控制Go短纤维的长度，Go短纤维随着速比的增加而增加，直到得到连续的纤维，在纺丝喷嘴位置固定的情况下，连续获得长度均匀的Go短纤维；
4)过滤干燥：通过过滤收集并加入阻燃玻璃纤维在60℃以下干燥，在H2O和乙醇的混合物中再分散后，会形成暂时均一的GO纤维纸浆；
5)形成：再将纺丝后的GO纤维纸浆进行干燥，干燥后成为呈褐色的一种独立的GO纤维织物；
6)热退火：随后的过滤和干燥使Go纤维织物混入石墨烯导电浆中，并通过分别在1000℃、2000℃和3000℃的热退火，进一步将其转化为石墨烯纤维无纺布；
7)成卷：将成型石墨烯纤维无纺布进行热压机压轧处理，最后用复卷机对石墨烯纤维阻燃导电无纺布进行卷绕成卷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过Go/DMF纺丝原液和乙酸乙酯凝固浴中氧化石墨烯纤维的湿熔组装，将独立的纤维整合成一个具有较强纤维间粘结性的整体织物；
2、经3000℃退火后，熔结的石墨烯纤维织物具有韧性、柔韧性、轻量化和高导电性。它们的比电导和热导率是以前的碳基织物的几倍，甚至是单个石墨烯纤维的几倍。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布及其制备方法，由以下原料百分比制备而成：石墨烯导电浆1％、乙酸乙酯凝固浴50％、阻燃玻璃纤维20％、分散剂0.2％、Go/DMF纺丝剂0.5％和Go短纤维20％。
石墨烯导电浆浓度为5％。
Go短纤维的长度为20cm。
阻燃玻璃纤维的长度为5cm。
分散剂是H2O和乙醇的混合物，H2O和乙醇的体积比为3比1。
本发明还包括一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布的制备方法，由以下步骤：
1)连续纺丝：将Go/DMF纺丝原液注入40转速的乙酸乙酯凝固浴中，对Go短纤维进行连续纺丝；
2)拉伸：旋转凝固浴通过摩擦力对挤出纤维进行了过度拉伸，形成了具有特定长度的GO短纤维；
3)控制及调节：通过调整注射Go/DMF纺丝原液与旋转的速比，可以很容易地控制Go短纤维的长度，Go短纤维随着速比的增加而增加，直到得到连续的纤维，在纺丝喷嘴位置固定的情况下，连续获得长度均匀的Go短纤维；
4)过滤干燥：通过过滤收集并加入阻燃玻璃纤维在60℃以下干燥，在H2O和乙醇的混合物中再分散后，会形成暂时均一的GO纤维纸浆；
5)形成：再将纺丝后的GO纤维纸浆进行干燥，干燥后成为呈褐色的一种独立的GO纤维织物；
6)热退火：随后的过滤和干燥使Go纤维织物混入石墨烯导电浆中，并通过分别在1000℃、2000℃和3000℃的热退火，进一步将其转化为石墨烯纤维无纺布；
7)成卷：将成型石墨烯纤维无纺布进行热压机压轧处理，最后用复卷机对石墨烯纤维阻燃导电无纺布进行卷绕成卷。
本实施例中，对Go短纤维的搅拌时间为40分钟，该石膏板的导热系数和导电能力一般。
实施例二：
一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布及其制备方法，由以下原料百分比制备而成：石墨烯导电浆4％、乙酸乙酯凝固浴60％、阻燃玻璃纤维25％、分散剂0.3％、Go/DMF纺丝剂0.7％和Go短纤维30％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述石墨烯导电浆浓度为7％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述Go短纤维的长度为27cm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述阻燃玻璃纤维的长度为7cm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述分散剂是H2O和乙醇的混合物，H2O和乙醇的体积比为3比1。
本发明还包括一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布的制备方法，由以下步骤：
1)连续纺丝：将Go/DMF纺丝原液注入45转速的乙酸乙酯凝固浴中，对Go短纤维进行连续纺丝；
2)拉伸：旋转凝固浴通过摩擦力对挤出纤维进行了过度拉伸，形成了具有特定长度的GO短纤维；
3)控制及调节：通过调整注射Go/DMF纺丝原液与旋转的速比，可以很容易地控制Go短纤维的长度，Go短纤维随着速比的增加而增加，直到得到连续的纤维，在纺丝喷嘴位置固定的情况下，连续获得长度均匀的Go短纤维；
4)过滤干燥：通过过滤收集并加入阻燃玻璃纤维在60℃以下干燥，在H2O和乙醇的混合物中再分散后，会形成暂时均一的GO纤维纸浆；
5)形成：再将纺丝后的GO纤维纸浆进行干燥，干燥后成为呈褐色的一种独立的GO纤维织物；
6)热退火：随后的过滤和干燥使Go纤维织物混入石墨烯导电浆中，并通过分别在1000℃、2000℃和3000℃的热退火，进一步将其转化为石墨烯纤维无纺布；
7)成卷：将成型石墨烯纤维无纺布进行热压机压轧处理，最后用复卷机对石墨烯纤维阻燃导电无纺布进行卷绕成卷。
本实施例中，对Go短纤维的搅拌时间为50分钟，该石膏板的导热系数和导电能力较好。
实施例三：
一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布及其制备方法，由以下原料百分比制备而成：石墨烯导电浆5％、乙酸乙酯凝固浴70％、阻燃玻璃纤维30％、分散剂0.5％、Go/DMF纺丝剂1％和Go短纤维235％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述石墨烯导电浆浓度为10％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述Go短纤维的长度为35cm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述阻燃玻璃纤维的长度为10cm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述分散剂是H2O和乙醇的混合物，H2O和乙醇的体积比为3比1。
本发明还包括一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布的制备方法，由以下步骤：
1)连续纺丝：将Go/DMF纺丝原液注入50转速的乙酸乙酯凝固浴中，对Go短纤维进行连续纺丝；
2)拉伸：旋转凝固浴通过摩擦力对挤出纤维进行了过度拉伸，形成了具有特定长度的GO短纤维；
3)控制及调节：通过调整注射Go/DMF纺丝原液与旋转的速比，可以很容易地控制Go短纤维的长度，Go短纤维随着速比的增加而增加，直到得到连续的纤维，在纺丝喷嘴位置固定的情况下，连续获得长度均匀的Go短纤维；
4)过滤干燥：通过过滤收集并加入阻燃玻璃纤维在60℃以下干燥，在H2O和乙醇的混合物中再分散后，会形成暂时均一的GO纤维纸浆；
5)形成：再将纺丝后的GO纤维纸浆进行干燥，干燥后成为呈褐色的一种独立的GO纤维织物；
6)热退火：随后的过滤和干燥使Go纤维织物混入石墨烯导电浆中，并通过分别在1000℃、2000℃和3000℃的热退火，进一步将其转化为石墨烯纤维无纺布；
7)成卷：将成型石墨烯纤维无纺布进行热压机压轧处理，最后用复卷机对石墨烯纤维阻燃导电无纺布进行卷绕成卷。
本实施例中，对Go短纤维的搅拌时间为60分钟，该石膏板的导热系数和导电能力最好。
本发明经过湿熔组装法制备，具有多孔性和轻质性，具有较高的平面导电性扩大了实用性能和应用的范围，具有优异的机械健壮性和柔韧性，并且拥有优异的电导和导热性能，延长了使用寿命，达到了节能目的，把电热产品创新升级了一代。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布，其特征在于：由以下原料百分比制备而成：石墨烯导电浆1％-5％、乙酸乙酯凝固浴50％-70％、阻燃玻璃纤维20％-30％、分散剂0.2％-0.5％、Go/DMF纺丝剂0.5％-1％和Go短纤维20％-35％。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布，其特征在于：所述石墨烯导电浆浓度为5％-10％。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布，其特征在于：所述Go短纤维的长度为20cm-35cm。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布，其特征在于：所述阻燃玻璃纤维的长度为5cm-10cm。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布，其特征在于：所述分散剂是H2O和乙醇的混合物，H2O和乙醇的体积比为3比1。
6.一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布的制备方法，其特征在于：由以下步骤：
1)连续纺丝：将Go/DMF纺丝原液注入40-50转速的乙酸乙酯凝固浴中，对Go短纤维进行连续纺丝；
2)拉伸：旋转凝固浴通过摩擦力对挤出纤维进行了过度拉伸，形成了具有特定长度的GO短纤维；
3)控制及调节：通过调整注射Go/DMF纺丝原液与旋转的速比，可以很容易地控制Go短纤维的长度，Go短纤维随着速比的增加而增加，直到得到连续的纤维，在纺丝喷嘴位置固定的情况下，连续获得长度均匀的Go短纤维；
4)过滤干燥：通过过滤收集并加入阻燃玻璃纤维在60℃以下干燥，在H2O和乙醇的混合物中再分散后，会形成暂时均一的GO纤维纸浆；
5)形成：再将纺丝后的GO纤维纸浆进行干燥，干燥后成为呈褐色的一种独立的GO纤维织物；
6)热退火：随后的过滤和干燥使Go纤维织物混入石墨烯导电浆中，并通过分别在1000℃、2000℃和3000℃的热退火，进一步将其转化为石墨烯纤维无纺布；
7)成卷：将成型石墨烯纤维无纺布进行热压机压轧处理，最后用复卷机对石墨烯纤维阻燃导电无纺布进行卷绕成卷。
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CN112647158B (zh) * 2019-10-10 2023-08-29 中国科学技术大学 一种石墨烯基微米棒的宏量制备方法

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