高性能石墨烯改性芳纶纤维及其制备方法

1.本发明属于纤维制备技术领域，具体涉及一种石墨烯/芳纶复合纤维及其制备方法。


背景技术：

2.芳香族聚酰胺纤维，简称芳纶(英文名aramid fibers)，是由芳香族二胺和芳香族二酰氯反应生成的一种长链聚合物，其中分子主链上至少含有85％的酰胺基和两个芳环连接的长链结构。其中，如间位芳纶具有突出的耐高温、阻燃和绝缘性，主要应用于高温防护服、电绝缘和高温过滤等领域。其具有柔性好，易编织等特性，但其机械性能与同品类的对位芳纶及杂环芳纶相比仍有一定差距，限制了其在高温防护等领域的应用。为了进一步提升多品类芳纶纤维的力学性能，需要对其进行改性处理，最终达到优化间位芳纶综合性能的目的。
3.石墨烯是具有sp2杂化结构的二维纳米碳材料，具有极高的比表面积(～2630m2·
g-1
)、低密度(～0.77g
·
cm-1
)、优异的力学性能(断裂强度130gpa，杨氏模量1.0tpa)和导热性能(～5300w
·
m-1
·
k-1
)。已经有多篇专利对石墨烯改性对位芳纶纤维进行了报道，如专利201410269027.0《一种氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法》以及专利201711022075.x《一种石墨烯增强的对位芳香族聚酰胺纤维束及其制备方法》均采用石墨烯对芳纶纤维进行复合，复合后的芳纶复合纤维强度、断裂伸长率、抗菌性以及远红外发射率等指标均有提升。
4.目前石墨烯的主要负载形式以表面涂覆为主。其主要原因是因为芳纶聚合与纺丝过程涉及有机溶剂体系，但石墨烯不溶于水和有机溶剂，且由于表面原子具有较高的表面能和表面结合能，分散性差且易于形成大的团聚体，且芳纶成丝只有10～20μm，微米级石墨烯以及普通的共混方法很难实现石墨烯的有效分散，且较差的分散性会严重影响后续的可纺性与纤维综合机械性能。基于以上考虑，如何获得分散性号的高性能芳纶/石墨烯复合纤维是亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种石墨烯/芳纶复合纤维及其方法。能够克服石墨烯在芳纶基体中的分散问题，制备出石墨烯分散均匀，高强高韧的复合型芳纶纤维。
6.本发明一方面提供一种芳纶/石墨烯复合纤维材料，以质量分数计，所述复合纤维包括95～99.9％的芳纶和0.1～5％的石墨烯，所述石墨烯的尺寸为50～300nm，层数为1～5层。
7.根据本发明一实施方式，所述石墨烯的碳含量大于99.5wt％，氧含量小于0.5wt％；
8.优选地，所述石墨烯的比表面积大于200m2·
g-1
；
9.优选地，所述石墨烯的拉曼光谱中，d峰(1340cm-1
附近)强度与g峰(1580cm-1
附近)
强度比值小于0.5，2d峰(2700cm-1
附近)强度与g峰强度比值大于0.6。
10.根据本发明一实施方式，所述石墨烯是通过微波等离子体化学气相沉积方法连续制备，具体制备方法如下：
11.1)向微波等离子体化学气相沉积系统中通入惰性气体以产生等离子体；
12.2)向微波等离子体化学气相沉积系统中通入碳源进行石墨烯的气相生长；
13.其中，所述惰性气体选自氩气、氪气和氙气中的一种或多种；
14.所述碳源选自烃、醇、醚、酮和酚中的一种或多种；
15.所述惰性气体流量为1200～2000sccm，所述碳源气体流量2～100sccm；
16.所述微波等离子体化学气相沉积系统的微波功率变化范围为200～2000w。
17.本发明另一方面提供一种上述复合纤维材料的制备方法，包括以下制备步骤：
18.s1、石墨烯在溶剂体系中的预分散；
19.s2、石墨烯与芳纶基体复配得到复合聚合液；
20.s3、经由步骤s2得到的复合聚合液的二次处理与二次分散；
21.s4、经由步骤s3得到的复合聚合液进行纺丝。
22.根据本发明一实施方式，在所述步骤s1中，选用芳纶聚合用溶剂dmac(n,n-二甲基乙酰胺)分散石墨烯，利用高功率超声设备，在惰性气体保护下对石墨烯进行分散，分散浓度为：0.1～5wt％，超声功率为：300～600w，超声时间为：1～5h。所述惰性气体可以是氮气、氩气、氦气、二氧化碳中的一种或多种混合。
23.根据本发明一实施方式，在所述步骤s2中，将聚合液加入三口烧瓶中，向三口烧瓶中通入干燥的氮气，并利用聚四氟乙烯搅拌桨进行搅拌，分多次逐步加入石墨烯分散液，石墨烯在芳纶基体中占比为：0.1～5％。搅拌时间为1～3h，可获得颜色均一的复合聚合液。
24.根据本发明一实施方式，所述芳纶聚合液为间位芳纶聚合液；间位芳纶聚合液由间苯二甲酰氯、间苯二胺单体为原料，以dmac为溶剂；芳纶纺丝溶液粘度为3～12万厘泊。
25.通过上述步骤s2获得的复配聚合液为石墨烯与芳纶的均匀混合体系，但由于高粘度芳纶体系内，石墨烯此时的复合属于重新分散，此种机械混合方式的剪切力无法保证石墨烯在芳纶体系内的进行均一单分散。在前期尝试的大量实验中，此阶段分散液若进行直接纺丝，会发生断丝、喷丝板堵孔、毛丝多、束丝力学性能低下等问题。因此，本发明中提出通过步骤s3对经由步骤s2得到的复合聚合液进行二次处理与二次分散。根据本发明一实施方式，在所述步骤s3中，首先将经由步骤s2得到的复合聚合液进行静置稳定，静置时间为12～24h；此步骤主要目的为确保石墨烯在芳纶基体尤其是间位芳纶基体内部的稳定状态，且静置可以有效去除步骤s2的搅拌过程中产生的多余气泡等。随后利用高粘度分散设备对复合聚合液进行二次分散处理，所述高粘度分散设备是三辊机、高分散螺纹套双螺杆挤出机中的一种，处理次数为3～8次，二次分散后，细度为小于5μm，石墨烯分散性优异，无气泡，可纺性好等优点，可以直接适用于湿法纺丝生产。
26.优选地，所述高粘度分散设备是三辊机，所述三辊机狭缝距离为5～10μm，处理次数为3～8次；
27.优选地，所述高粘度分散设备是高分散螺纹套双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机挤出温度为25～40℃，螺杆转速为30～80rpm，循环时间为10～60min。
28.根据本发明一实施方式，所述步骤s4中的纺丝方法为湿法纺丝。
29.根据本发明一实施方式，在所述步骤s4中，将经过步骤s3处理得到的复合聚合液倒入纺丝料筒，在一定压力下挤出，挤出的丝束在凝固浴中发生相分离并且形成皮芯结构，并在热水浴中进行一定倍数的拉伸、水洗并收集；将收集到的丝水洗、干燥，并进行热拉伸处理，最后进行收卷。
30.本发明选取了数十至数百纳米量级、薄层的粉体石墨烯作为增强相，可以有效匹配芳纶纤维成丝尺寸(10～20μm)，且其缺陷较少、含氧量低，可以有效实现在芳纶基体内的良好分散。本发明的芳纶/石墨烯复合纤维的拉伸强度、断裂伸长率都得到了极大的提升，石墨烯在预分散与二次分散后与芳纶基体可形成牢固的界面结合。且较少添加量就可将芳纶纤维的强度提高约40～58％，断裂伸长率提升约70～90％。本发明提出的石墨烯/芳纶复合纤维的制备方法是石墨烯的预分散与复合浆料的二次分散，在进行石墨烯与芳纶复配时，将石墨烯粉体简单分散于芳纶纺丝液所用溶剂中，随后与芳纶纺丝液直接进行复配和二次分散即可，不需要进行溶剂去除，具有操作简单，容易快速规模化生产的特点，可成功地将大比表面积、难分散的石墨烯可控分散在粘度较高的芳纶高分子树脂体系中，为开发轻质、高强、功能化的石墨烯/间位芳纶复合型纤维提供基础。
附图说明
31.附图用于提供对本发明的进一步说明与解释，与下面的具体实施方式一起用于详细阐述本发明，并不构成对本发明的限制。
32.图1为制备例1的石墨烯的拉曼图谱；
33.图2为制备例1的石墨烯的扫描电镜图；
34.图3为实施例1的石墨烯/间位芳纶复合纤维的透射电镜图；
35.图4为实施例1的石墨烯/间位芳纶复合纤维的成丝光学照片；
36.图5为实施例1的石墨烯/间位芳纶复合纤维的拉伸性能表征图为实施例1的石墨烯/间位芳纶复合纤维的成丝光学照片；
37.图6为实施例1、2和对比例1、2的石墨烯/间位芳纶复合纤维的拉伸性能对比图。
具体实施方式：
38.下面以具体实施例对本发明做进一步阐述，但本发明并不仅仅限定于这些实施例，以下实施例有助于理解本发明，但不限制本发明内容。
39.本发明提供了一种芳纶/石墨烯复合纤维的制备方法，以重量分数计，复合纤维中的芳纶为95～99.9％，石墨烯为0.1～5％。其中，所述石墨烯碳含量大于99.5wt％，氧含量小于0.5wt％。石墨烯粉体的片径尺寸为50～300nm，层数为1～5层，且石墨烯的比表面积大于200m2·
g-1
。石墨烯作为增强填料可有效增强基体材料，且石墨烯的本征力学性能越高，对基体的增强效果越好。但目前已有的基于共混方式复合的石墨烯增强基材基本都采用含氧量较高的氧化石墨烯或还原氧化石墨烯来保证分散性，但根据理论计算，碳含量高(＞95wt％)的石墨烯，其力学强度约为还原氧化石墨烯的3倍左右。因此，本发明选取了数十至数百纳米量级、薄层的粉体石墨烯作为增强相，可以有效匹配芳纶纤维成丝尺寸(10～20μm)，且其缺陷较少、含氧量低，可以有效实现在芳纶基体内的良好分散。
40.本发明所述高碳氧比石墨烯可通过微波等离子体化学气相沉积法制备。具体地，
向微波等离子体化学气相沉积系统中通入惰性气体以产生等离子体；向微波等离子体化学气相沉积系统中通入碳源进行石墨烯的气相生长；上述方法中用于产生等离子体的惰性气体选自氩气、氪气和氙气中的一种或多种，碳源选自烃、醇、醚、酮和酚中的一种或多种，其中惰性气体流量为1200～2000sccm，碳源气体流量2～100sccm(sccm，标况毫升每分钟)，石墨烯的气相生长过程中，微波等离子体化学气相沉积系统的微波功率变化范围为200～2000w，微波的功率可影响石墨烯的品质与形貌以及碳源转化率。此外，本发明所用石墨烯制备方法绿色环保，不会产生使用还原氧化石墨烯等进行增强时，还原过程产生的环境污染等问题。
41.当然，只要能够保证本发明所需的石墨烯参数特征，且可以有效增强纤维基体材料即属于本发明构思，例如电弧放电法、射频法制备的高品质石墨烯均可。
42.本发明在进行石墨烯与芳纶复配时，将石墨烯粉体简单分散于芳纶纺丝液所用溶剂中，随后与芳纶纺丝液直接进行复配和二次分散即可，不需要进行溶剂去除，简单易行。且石墨烯的加入可以增加体系粘度，不会发生石墨烯分散液引入导致的粘度下降问题，且石墨烯也不用进行还原等处理，工序简单，易于环节把控与体系放大。所涉及的二次分散主要包括利用三辊机或双螺杆挤出机等进行的二次剪切分散过程。经过复配，石墨烯在芳纶基体内易形成由粘度差异引起的絮凝现象，通过高粘度物料剪切分散可实现石墨烯片层在芳纶基体中的纳米级分散。当然，此二次分散方法依然依赖于石墨烯尺寸的选择，例如，微米级氧化石墨烯等在高粘度基体内进行三辊机分散，由于尺寸较大，易在狭缝处发生挤压引起微观叠层，不利于后续纺丝过程。其中，优选地，三辊机狭缝距离为5～10μm，处理次数为3～8次；双螺杆挤出机挤出温度为25～40℃，螺杆转速为30～80rpm，循环时间为10～60min。
43.采用湿法纺丝制备芳纶/石墨烯复合纤维，对于纺丝主机挤出速度、凝固浴温度、水洗浴温度、凝固浴拉伸倍率、水洗浴拉升倍率、热处理温度、热处理拉伸倍率都有要求。本专利发明人通过阐述摸索确定了合适的工艺条件，获得最优纺丝条件。其中优选地，纺丝主机挤出速度为2～6m/min，凝固浴温度为20～50℃、热水浴温度为60～100℃，凝固浴拉伸倍率为0.2～0.8，热水浴拉伸倍率为1～3，热处理温度为270～320℃，热处理拉伸倍率为1～4。
44.本发明的芳纶/石墨烯复合纤维的拉伸强度、断裂伸长率都得到了极大的提升，石墨烯在预分散与二次分散后与芳纶基体可形成牢固的界面结合。且较少添加量就可将芳纶纤维的强度提高约40～58％，断裂伸长率提升约70～90％。
45.综上，本发明提供了一种芳纶/石墨烯复合纤维及制备方法，通过采用特定尺寸与品质的石墨烯，并经过二次分散与湿法纺丝过程，制备了力学性能提升的复合纤维材料，其在石墨烯基复合材料工业生产过程中具有极大前景。
46.下面将通过具体实施例来进一步解释本发明，但本发明并不因此受到任何限制。如无特殊说明，下述实施例或制备例中所使用的实验方法均为常规方法。下述实施例或制备例中所用的材料、试剂等均可从商业途径得到。
47.制备例1
48.本制备例用于说明高品质石墨烯粉体的制备过程。
49.本发明利用微波等离子体化学气相沉积系统，通入1500sccm氩气去除体系中残留
的空气。通过调节微波功率至800w并引发体系产生氩气等离子体，之后通入4sccm甲烷进入体系中。此时体系产生电晕放电现象，同时在石英管尾端可见石墨烯粉体持续飘离体系，收集石墨烯粉体。反应约30分钟后关闭甲烷流量计，并可见微波反应腔区域的石英管壁残留较多的石墨烯粉体。在相同功率下，向体系通入8sccm氧气，约1～2min后可见反应腔区域石英管壁无明显黑色物质残留，表明该区域残留石墨烯被刻蚀完全。连续重复上述步骤反应约5h，得到大量粉体石墨烯。所得石墨烯的碳含量为98.85％，氧含量为1.15％，片层数为3～5层，比表面积为240m2/g)。
50.图1是制备例1的石墨烯的拉曼图谱，可见石墨烯具有极高的品质，其中id/ig《0.4，i
2d
/ig》0.65。
51.图2是制备例1的石墨烯的扫描电镜(sem)图，可以看出其石墨烯的尺寸在50～300nm之间。
52.实施例1
53.本实施例用于说明采用制备例1的石墨烯制备芳纶/石墨烯复合纤维材料。
54.选用制备例1中制备的石墨烯于dmac溶液中进行分散，利用超声分散设备，超声功率为300w，在氮气保护下制成0.1wt％浓度的分散液。选取三口烧瓶称取适量间位芳纶聚合液，间位芳纶聚合液粘度为12万厘泊，随后在聚四氟搅拌桨搅拌下将石墨烯分散液分5次加入聚合液中，搅拌1h后，得到颜色均一、表面光洁的石墨烯/间位芳纶复合聚合液，随后将复合聚合液静置12h。
55.在氮气保护下，将静置后的复合聚合液物料下入三辊机进行二次分散，用手轮调节辊间狭缝宽度，由全闭向全开方向调节，操作过程注意观察是否发生漏料。注意调节辊间宽度，调节前辊与中辊宽度为10μm，中辊与后辊宽度为5μm，研磨结束后取料测试细度，细度达到5μm以下时停止操作，收取聚合液，复合后粘度为8万厘泊。
56.将二次分散后的复合聚合液下入纺丝主机，调节主机循环水温度为40℃，待聚合液流平后进行常规纺丝、一次凝固浴、二次凝固浴、水洗、干燥。并于300℃下热拉伸初生丝30s。随后卷绕成丝，成丝为石墨烯质量分数为1％的石墨烯/间位芳纶复合纤维，其断裂强度为4.4cn/dtex，断裂伸长率为22％。取所得复合纤维进行超薄切片，并利用透射电镜(tem)观察其界面，可以发现石墨烯纳米片均匀分散与芳纶基体内(图3)，与其粉体尺寸(50～300nm)相匹配，说明该方法制得的复合纤维中实现了的石墨烯均匀分布，未发生团聚现象。
57.实施例2
58.选用石墨烯于dmac溶液中进行分散，利用超声分散设备，超声功率为400w，在氮气保护下制成5wt％浓度的分散液。选取三口烧瓶称取适量间位芳纶聚合液，间位芳纶聚合液粘度为12万厘泊，随后在聚四氟搅拌桨搅拌下将石墨烯分散液分5次加入聚合液中，搅拌1.5h后，得到颜色均一、表面光洁的石墨烯/间位芳纶复合聚合液。
59.在氮气保护下，将聚合液物料下入高分散螺纹套双螺杆挤出机进行二次分散，事先需要对设备进行预热，保持温度为40℃，并保持40min以上，起始物料为清洗物料，带出料速度稳定后，调节喂料速度与螺杆转速为80rpm，混料20min后结束混料，取料测试细度，细度达到5μm以下时停止操作，收取聚合液，复合后粘度为8万厘泊。
60.将二次分散后的复合聚合液下入纺丝主机，调节主机循环水温度为40℃，待聚合
液流平后进行常规纺丝、一次凝固浴、二次凝固浴、水洗、干燥。并于300℃下热拉伸初生丝30s。随后卷绕成丝，成丝为石墨烯质量分数为1.5％的间位芳纶/石墨烯复合纤维，其断裂强度为4.0cn/dtex，断裂伸长率为18％。如图4所示，复合纤维颜色均匀，且纺丝过程未发生堵孔、纤度下降等现象，说明复合纺丝液具有优异的可纺性。纤维力学性能较纯间位芳纶纤维有明显提升，如图5所示。
61.对比例1
62.选用利特纳米石墨烯公司购得的氧化石墨烯(尺寸2～10μm，石墨烯的碳含量为60％，氧含量为40％，按照实施例1中的分散方法获得的氧化石墨烯/间位芳纶复合聚合液。
63.在氮气保护下，将聚合液物料下入高分散螺纹套双螺杆挤出机进行二次分散，事先需要对设备进行预热，保持温度为40℃，并保持40min以上，起始物料为清洗物料，带出料速度稳定后，调节喂料速度与螺杆转速为80rpm，混料20min后结束混料，取料测试细度，细度达到5μm以下时停止操作，收取聚合液，复合后粘度为10万厘泊。
64.将二次分散后的复合聚合液下入纺丝主机，调节主机循环水温度为40℃，待聚合液流平后进行常规纺丝、一次凝固浴、二次凝固浴、水洗、干燥。并于300℃下热拉伸初生丝30s。随后卷绕成丝，成丝为石墨烯质量分数为1％的还原氧化石墨烯/间位芳纶复合纤维，其断裂强度为2.4cn/dtex，断裂伸长率为8.5％。
65.对比例2
66.按照实施例1中的分散方法获得的复配的石墨烯/间位芳纶复合聚合液，不进行二次分散，复合后纺丝液粘度为7万厘泊。
67.将未经过二次分散的复合聚合液下入纺丝主机，调节主机循环水温度为40℃，待聚合液流平后进行常规纺丝、一次凝固浴、二次凝固浴、水洗、干燥。并于400℃下热拉伸初生丝30s。随后卷绕成丝，成丝为石墨烯质量分数为1％的还原氧化石墨烯/间位芳纶复合纤维，其断裂强度为1.8cn/dtex，断裂伸长率为5.7％。
68.图6为实施例1、2和对比例1、2的间位芳纶/石墨烯复合纤维的力学性能对比图，具体包括拉伸强度和断裂伸长率两项。由图中可看出，相较于市售石墨烯粉体，本发明所制备石墨烯对芳纶基体的力学性能增强效果明显。而利用较大尺寸氧化石墨烯作为增强相时，间位芳纶纤维拉伸强度略微下降，尤其断裂伸长率下降明显，主要是因为大尺寸石墨烯在基体中分散性较差，且其尺寸与芳纶纤维直径尺寸相近，在拉伸过程中极易导致应力集中，成为失效位点。而未经过二次分散的芳纶/石墨烯复合纺丝液粘度较小，且均匀性差，纺丝过程极易堵孔导致断丝，所纺纤维拉伸强度与断裂伸长率下降明显，这主要是因为未二次分散的石墨烯团聚严重，石墨烯表面未与芳纶基体间形成有效界面，导致性能下降。
69.综上，本发明所使用的石墨烯具有缺陷度低、碳含量高等优点，且尺寸为数十至数百纳米量级，通过本发明所述分散方法可在芳纶基体中实现高效分散。与其他制备方法如在芳纶表面涂覆石墨烯等方法相比，共混纺丝纤维具有结合力强，质地均匀、石墨烯不易脱落等优点。且石墨烯品质较高，相较于含氧量较高的氧化石墨烯与还原氧化石墨烯更利用对纤维进行力学增强。本发明工艺简单，石墨烯分散液与基体复配后不用去除溶剂，且所用二次分散设备简单，有利于体系放大，具备快速生产能力。本发明所制备的复合纤维在1％等较小石墨烯添加量下即可实现断裂强度与断裂伸长率的极大提升，具有良好工业化前景。

技术特征：
1.一种芳纶/石墨烯复合纤维材料，其特征在于，以质量分数计，所述复合纤维包括95～99.9％的芳纶和0.1～5％的石墨烯，所述石墨烯的尺寸为50～300nm，层数为1～5层。2.根据权利要求1所述的复合纤维材料，其特征在于，所述石墨烯碳含量大于99.5wt％，氧含量小于0.5wt％；优选地，所述石墨烯的比表面积大于200m2·
g-1
；优选地，所述石墨烯的拉曼光谱中，d峰(1340cm-1
附近)强度与g峰(1580cm-1
附近)强度比值小于0.5，2d峰(2700cm-1
附近)强度与g峰强度比值大于0.6。3.根据权利要求1或2所述的复合纤维材料，其特征在于，所述石墨烯是通过微波等离子体化学气相沉积方法连续制备，具体制备方法如下：首先，通入惰性气体去除体系中残留的空气，通过调节微波功率引发体系产生等离子体，之后通入碳源进入体系中，此时体系产生电晕放电现象，同时在石英管尾端可见石墨烯粉体持续飘离体系，收集石墨烯粉体；反应一定时间后关闭碳源流量计，并可见微波反应腔区域的石英管壁残留较多的石墨烯粉体；在相同功率下，向体系通入氧气，约1～2min后可见反应腔区域石英管壁无明显黑色物质残留，表明该区域残留石墨烯被刻蚀完全，连续重复上述步骤反应约5h，得到大量粉体石墨烯；其中，所述惰性气体选自氩气、氪气和氙气中的一种或多种，优选氩气；所述碳源选自烃、醇、醚、酮和酚中的一种或多种，优选甲烷；所述惰性气体流量为1200～2000sccm，优选1500sccm；所述碳源气体流量2～100sccm，优选4sccm；所述微波等离子体化学气相沉积系统的微波功率变化范围为200～2000w，优选800w。4.权利要求1-3任一项所述复合纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：s1、石墨烯在溶剂体系中的预分散；s2、石墨烯与芳纶基体复配得到复合聚合液；s3、经由步骤s2得到的复合聚合液的二次处理与二次分散；s4、经由步骤s3得到的复合聚合液进行纺丝。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤s1中，采用dmac(n,n-二甲基乙酰胺)分散石墨烯，利用高功率超声设备，在惰性气体保护下对石墨烯进行分散，分散浓度为：0.1～5wt％；超声功率为：300～600w；超声时间为：1～5h；所述惰性气体是氮气、氩气、氦气、二氧化碳中的一种或多种。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤s2中，将芳纶聚合液加入三口烧瓶中，向三口烧瓶中通入干燥的氮气，并利用聚四氟乙烯搅拌桨进行搅拌，分多次逐步加入石墨烯分散液，搅拌时间为1～3h，获得颜色均一的复合聚合液；所述石墨烯在所述芳纶基体中占比为0.1～5％。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述芳纶聚合液为间位芳纶聚合液；间位芳纶聚合液由间苯二甲酰氯、间苯二胺单体为原料，以dmac为溶剂；芳纶聚合液粘度为3-12万厘泊。8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤s3中，首先将经由步骤s2
得到的复合聚合液进行静置稳定，静置时间为12～24h；随后利用高粘度分散设备对复合聚合液进行二次分散处理，所述高粘度分散设备是三辊机、高分散螺纹套双螺杆挤出机中的一种，二次分散后，细度要求为小于5μm；优选地，所述粘度分散设备是三辊机，所述三辊机狭缝距离为5～10μm，处理道次为3～8次；优选地，所述粘度分散设备是高分散螺纹套双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机挤出温度为25～40℃，螺杆转速为30～80rpm，循环时间为10～60min。9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中的纺丝方法为湿法纺丝。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤s4中，将经过步骤s3处理得到的复合聚合液倒入纺丝料筒，在一定压力下挤出，挤出的丝束在凝固浴中发生相分离并且形成皮芯结构，并在热水浴中进行一定倍数的拉伸、水洗并收集；将收集到的丝水洗、干燥，并进行热拉伸处理，最后进行收卷；优选地，纺丝主机挤出速度为2～6m/min，凝固浴温度为20～50℃，热水浴温度为60～100℃，热水浴拉伸倍率为1～3，热处理温度为270～320℃，热处理拉伸倍率为1～4。

技术总结
本发明公开了一种芳纶/石墨烯复合纤维材料，以质量分数计，所述复合纤维包括95～99.9％的芳纶和0.1～5％的石墨烯，石墨烯的尺寸为50～300nm，层数为1～5层，所述石墨烯是通过微波等离子体化学气相沉积方法连续制备。还公开了所述复合纤维材料的具体制备方法。本发明可以有效实现石墨烯在芳纶基体内的良好分散，复合纤维的拉伸强度、断裂伸长率都得到了极大的提升。极大的提升。极大的提升。


技术研发人员：高振飞 宋清泉 于俊荣 张锦 史述宾 杨欣玥
受保护的技术使用者：北京大学 东华大学
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2023/9/23