一种石墨复合纤维制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨复合纤维，包含：多个石墨片，占总重量百分比为5～12wt％，且各该石墨片系由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。本发明专利技术的石墨复合纤维具有优良的导电、导热，以及机械性质。

A Graphite Composite Fiber

The invention discloses a graphite composite fiber, which comprises: a plurality of graphite sheets, accounting for 5-12wt% of the total weight, and each graphite sheet system is formed by stacking N graphite layers, N is 100-900, and each graphite sheet contains at least one modified layer, which is located on the surface of each graphite sheet, including a first modified group and a second modified group, the first modified group. Chemical bonds are formed with the graphite layer, and a macromolecule material, a thermoplastic polymer, is used to coat the graphite sheet and form chemical bonds with the second modified group, in which the graphite sheets are arranged in an axis parallel to the graphite composite fiber. The graphite composite fiber of the invention has excellent electrical conductivity, thermal conductivity and mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨复合纤维
本专利技术涉及一种复合材料，特别是一种石墨复合纤维，本专利技术还涉及该石墨复合纤维的制备方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
为解决现有存在的技术问题，本专利技术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，本专利技术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％，且各该石墨片系由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，本专利技术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，系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。作为优选，石墨片的堆积密度在0.2g/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，该高分子材料为热塑性高分子，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，以及聚酯中的一种或多种。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，该混炼步骤是在一混炼机、一捏合机、一均质机或一搅拌机中进行熔融混炼，而该抽丝步骤是以熔融抽丝法或熔喷法进行抽丝。与现有技术比较，本专利技术的石墨复合纤维具有优良的导电、导热，以及机械性质，并且能应用传统的纺织方法来进行，由于制程简单，能够降低成本，能够取代目前应用于特殊需要高性能的军事工业、能源工业，以及休闲产业的中的碳纤维。附图说明图1为本专利技术石墨复合纤维的示意图。图2为图1中石墨片的放大示意图。图3为本专利技术石墨复合纤维的制备方法的流程图。【主要附图标记】1…石墨复合纤维10…石墨片15…石墨层17…改性层20…高分子材料S1…石墨复合纤维的制备方法S10…石墨片准备步骤S20…表面改性步骤S30…混炼步骤S40…母粒制造步骤S50…抽丝步骤具体实施方式以下结合附图对本专利技术的技术方案做进一步详细的说明。如图1所示，本专利技术石墨复合纤维1包含多个石墨片10，以及一高分子材料20，该石墨片10以平行于该石墨复合纤维1的轴线A的方式排列，且占该石墨复合纤维1的重量百分比为5～12wt％，且石墨片10的厚度在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。该高分子材料20包覆该石墨片10。该石墨复合纤维1的导电度为10-3至102S/cm、热传导系数大于5W/mK、拉伸强度大于200MPa。该石墨片10的含氧量小于1wt％，而含碳量大于97wt％，且比表面积为20至750m2/g。该高分子材料20为热塑性高分子，用于包覆该石墨片，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，以及聚酯的中的一种或多种。如图2所示，图1中的各该石墨片10实际上是由N个石墨层15所堆叠形成，N为100～900，且该石墨片10的堆积密度(tapdensity)在0.2g/cm3至0.2g/cm3之间。石墨片10还包含至少一改性层17，该改性层17位于石墨片10的表面，该改性层17包含一第一修饰基团，以及一第二修饰基团，第一修饰基团能与该石墨层15产生化学键，而该第二修饰基团位于该石墨片10的表面，而利于石墨片10与高分子材料20产生化学键，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或多种。如图3所示，本专利技术石墨复合纤维的制备方法包括：石墨片准备步骤S10、表面改性步骤S20、混炼步骤S30、母粒制造步骤S40以及抽丝步骤S50。石墨片准备步骤S10是准备多个石墨片，该石墨片由N个石墨层所堆叠形成，N为100～900。该石墨片的含氧量小于1wt％，而含碳量大于97wt％，且比表面积为20至750m2/g，此外，该石墨片10的堆积密度(tapdensity)在0.2g/cm3至0.2g/cm3之间，且石墨片10的厚度在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。表面改性步骤S20使用表面改性剂将石墨片表面形成一改性层，该表面改性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨复合纤维，包含：多个石墨片，占总重量百分比为5～12wt％，且各该石墨片系由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。

【技术特征摘要】
1.一种石墨复合纤维，包含：多个石墨片，占总重量百分比为5～12wt％，且各该石墨片系由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。2.如权利要求1所述的石墨复合纤维，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：金闯，
申请(专利权)人：太仓斯迪克新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32