本申请涉及纤维材料领域，尤其涉及一种石墨烯复合纤维。
背景技术：
石墨烯作为所有碳材料的最基本结构单元，具有真正的单原子层厚度和严格的二维结构，具有很高的机械强度、弹性、导热性、导电性，石墨烯是一种物化性能十分优异的新型材料，其自发现伊始就引起了广泛的关注。
从实际应用角度考虑，将纳米石墨烯材料转变为宏观结构材料中无疑具有实际意义。石墨烯可以作为一种理想的填料来制备高性能纤维、气凝胶、薄膜、复合纤维等，石墨烯复合纤维综合性能优异。
然而，在制备石墨烯复合纤维过程中，通过氧化石墨烯还原而来的石墨烯(rgo)仍具有结构导电缺陷，同时，就石墨烯或者还原的氧化石墨烯(rgo)而言，由于石墨烯片层间的强范德华力，使其非常容易发生团聚，不利于其整体性能的发挥。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种石墨烯复合纤维，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种石墨烯复合纤维，该石墨烯复合纤维为一种石墨烯/纳晶纤维素/聚苯胺/热塑性聚氨酯复合纤维，其中该石墨烯复合纤维具有介孔结构，该石墨烯复合纤维中还包括碳纳米管、tio2纳米粒子、fe3o4纳米粒子。
优选地，所述石墨烯复合纤维的纤维直径为200～500nm，所述介孔的孔径为30nm。
优选地，所述石墨烯复合纤维中，石墨烯的质量百分比为3％。
优选地，该石墨烯复合纤维中，碳纳米管的质量百分比为3％，tio2纳米粒子的质量百分比为6％，所述tio2纳米粒子的粒径为20nm，fe3o4纳米粒子的质量百分比为5％，所述fe3o4纳米粒子的粒径为50nm。
优选地，所述石墨烯复合纤维的制备方法包括以下步骤：
步骤1.纳晶纤维素、聚苯胺辅助还原氧化石墨烯：
首先，采用改进的hummers法制备氧化石墨烯(go)，然后将制备好的氧化石墨烯(go)水相分散液、纳晶纤维素水相分散液分别稀释至1mg/mg、3mg/ml，将其分别超声分散1h，各取50ml加入到烧瓶中混合，然后加入0.45g的聚苯胺，超声分散3h，再加入0.8ml的水合肼，90℃下磁力搅拌反应5h后，旋蒸至合适浓度，烘干，即得还原氧化石墨烯(rgo)；
步骤2.制备热塑性聚氨酯复合纺丝溶液：
将n,n-二甲基甲酰胺和丙酮按照体积比为6：5混合作为溶剂，加入相应质量的聚氨酯，磁力搅拌2h，得到质量浓度为8％的聚氨酯纺丝液，然后加入一定量上步中辅助还原的氧化石墨烯粉末、以及碳纳米管、tio2纳米粒子、fe3o4纳米粒子，超声分散3h，随后再加入偶氮二甲酸二异丙酯(发泡剂)继续超声1h，得到聚氨酯复合纺丝溶液；
步骤3.熔融纺丝：将上述聚氨酯复合纺丝溶液经熔融纺丝，即得本申请所述石墨烯复合纤维。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1.为解决石墨烯的团聚现象，本申请的石墨烯复合纤维中添加有纳晶纤维素和聚苯胺，纳晶纤维素和聚苯胺与石墨烯之间形成的氢键以及静电力相互作用，并且，一部分纳晶纤维素和聚苯胺有可能穿插在石墨烯片层之间，使得纳晶纤维素、聚苯胺、石墨烯能在溶液中良好分散；此外，在纺丝溶液中添加发泡剂，使得该复合纤维表现为介孔结构；
2.本申请的石墨烯复合纤维中还包含有碳纳米管、tio2纳米粒子、fe3o4纳米粒子，使得该石墨烯复合纤维具有显著的高导电性、强度、韧性，同时，还具有一定的抗菌性、疏水性、吸波性，实现了石墨烯复合纤维综合性能的提升。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本申请的技术方案涉及一种石墨烯复合纤维，该石墨烯复合纤维为一种石墨烯/纳晶纤维素/聚苯胺/热塑性聚氨酯复合纤维，其中该石墨烯复合纤维具有介孔结构，该石墨烯复合纤维中还包括碳纳米管、tio2纳米粒子、fe3o4纳米粒子。
优选地，所述石墨烯复合纤维的纤维直径为200～500nm，介孔孔径为30nm。
优选地，所述石墨烯复合纤维中，石墨烯的质量百分比为3％。
其中，上述的碳纳米管、tio2纳米粒子、fe3o4纳米粒子作为纳米填料，可以有效提高所述石墨烯复合纤维的强度、导电性、疏水性等，有效提高石墨烯复合纤维的综合性能。
将石墨烯材料转变为宏观结构应用的方法之一，是将石墨烯与聚合物结合制成复合纤维，该复合纤维在机械性能、导热、导电等性能方面均具有优势，然而，石墨烯的团聚现象不利于其在溶液中分散，从而影响复合纤维性能的发挥；本申请的技术方案中，将石墨烯添加到热塑性聚氨酯基质中，制备了石墨烯复合纤维，同时，为解决石墨烯的团聚现象，添加有纳晶纤维素和聚苯胺，纳晶纤维素和聚苯胺与石墨烯之间形成的氢键以及静电力相互作用，并且，一部分纳晶纤维素和聚苯胺有可能穿插在石墨烯片层之间，使得纳晶纤维素、聚苯胺、石墨烯能在溶液中良好分散；此外，在纺丝溶液中添加发泡剂，使得该复合纤维表现为介孔结构。
本申请的技术方案中，该石墨烯复合纤维中包含碳纳米管，碳纳米管的质量百分比为3％。
碳纳米管是一种重要的一维纳米材料，具有多方面的优异性能，可看成是由片层结构的石墨卷成的无缝中空的纳米级同轴圆柱体，其耐强酸、强碱，热稳定性好，其轴向导电性良好，在场致电子发射、储氢等方面具有广泛应用；本申请技术方案中，在石墨烯复合纤维中添加碳纳米管，该碳纳米管沿复合纤维方向排列，使得复合石墨烯纤维轴向表现优异的导电性、强度、韧性。
本申请的技术方案中，该石墨烯复合纤维中包含tio2纳米粒子，tio2纳米粒子的质量百分比为6％，tio2纳米粒子的粒径为20nm。
tio2是一种重要的半导体材料，纳米tio2具有许多独特的性质，通常用于抗腐蚀材料、光催化材料等。作为光催化剂材料，tio2具有光降解有机物、催化杀菌等作用，纳米tio2在一定波长的光照下能使有机物发生降解；本申请技术方案中，在石墨烯复合纤维中添加tio2纳米粒子，该tio2纳米粒子在复合纤维中均匀分布，使得石墨烯复合纤维表现优异的抗菌性。
同时，由于热塑性聚氨酯是一种疏水性的高分子材料，tio2纳米粒子与热塑性聚氨酯结合，有利于石墨烯复合纤维疏水性的提升。
本申请的技术方案中，该石墨烯复合纤维中包含fe3o4纳米粒子，fe3o4纳米粒子的质量百分比为5％，fe3o4纳米粒子的粒径为50nm。
fe3o4具有高的磁导率，是一种重要的吸波材料，本申请的石墨烯复合纤维中，通过添加fe3o4纳米粒子，将其与石墨烯、碳纳米管结合，使得该石墨烯复合纤维表现良好的吸波性能，对电磁波具有一定的屏蔽能力。
上述的石墨烯复合纤维具有显著的高导电性、强度、韧性，同时，还具有一定的抗菌性、疏水性、吸波性，实现了石墨烯复合纤维综合性能的提升。
本申请所述石墨烯复合纤维的制备方法，主要包括以下步骤：
1.纳晶纤维素、聚苯胺辅助还原氧化石墨烯：
首先，采用改进的hummers法制备氧化石墨烯(go)，然后将制备好的氧化石墨烯(go)水相分散液、纳晶纤维素水相分散液分别稀释至1mg/mg、3mg/ml，将其分别超声分散1h，各取50ml加入到烧瓶中混合，然后加入0.45g的聚苯胺，超声分散3h，再加入0.8ml的水合肼，90℃下磁力搅拌反应5h后，旋蒸至合适浓度，烘干，即得还原氧化石墨烯(rgo)；
2.制备热塑性聚氨酯复合纺丝溶液：
将n,n-二甲基甲酰胺和丙酮按照体积比为6：5混合作为溶剂，加入相应质量的聚氨酯，磁力搅拌2h，得到质量浓度为8％的聚氨酯纺丝液，然后加入一定量上步中辅助还原的氧化石墨烯粉末、以及碳纳米管、tio2纳米粒子、fe3o4纳米粒子，超声分散3h，随后再加入偶氮二甲酸二异丙酯作为发泡剂，继续超声1h，得到聚氨酯复合纺丝溶液；
3.熔融纺丝：将上述聚氨酯复合纺丝溶液经熔融纺丝，即得本申请所述石墨烯复合纤维。
实施例1
本申请所述石墨烯复合纤维的制备方法，主要包括以下步骤：
1.纳晶纤维素、聚苯胺辅助还原氧化石墨烯：
首先，采用改进的hummers法制备氧化石墨烯(go)，然后将制备好的氧化石墨烯(go)水相分散液、纳晶纤维素水相分散液分别稀释至1mg/mg、3mg/ml，将其分别超声分散1h，各取50ml加入到烧瓶中混合，然后加入0.45g的聚苯胺，超声分散3h，再加入0.8ml的水合肼，90℃下磁力搅拌反应5h后，旋蒸至合适浓度，烘干，即得还原氧化石墨烯(rgo)；
2.制备热塑性聚氨酯复合纺丝溶液：
将n,n-二甲基甲酰胺和丙酮按照体积比为6：5混合作为溶剂，加入相应质量的聚氨酯，磁力搅拌2h，得到质量浓度为8％的聚氨酯纺丝液，然后加入一定量上步中辅助还原的氧化石墨烯粉末、以及碳纳米管、tio2纳米粒子、fe3o4纳米粒子，超声分散3h，随后再加入偶氮二甲酸二异丙酯(发泡剂)继续超声1h，得到聚氨酯复合纺丝溶液；
3.熔融纺丝：将上述聚氨酯复合纺丝溶液经熔融纺丝，即得本申请所述石墨烯复合纤维。
实施例2
本申请所述石墨烯复合纤维的制备方法，主要包括以下步骤：
1.纳晶纤维素、聚苯胺辅助还原氧化石墨烯：
首先，采用改进的hummers法制备氧化石墨烯(go)，然后将制备好的氧化石墨烯(go)水相分散液、纳晶纤维素水相分散液分别稀释至1mg/mg、3mg/ml，将其分别超声分散1h，各取50ml加入到烧瓶中混合，然后加入0.45g的聚苯胺，超声分散3h，再加入0.8ml的水合肼，90℃下磁力搅拌反应5h后，旋蒸至合适浓度，烘干，即得还原氧化石墨烯(rgo)；
2.制备热塑性聚氨酯复合纺丝溶液：
将n,n-二甲基甲酰胺和丙酮按照体积比为6：5混合作为溶剂，加入相应质量的聚氨酯，磁力搅拌2h，得到质量浓度为8％的聚氨酯纺丝液，然后加入一定量上步中辅助还原的氧化石墨烯粉末、以及碳纳米管、fe3o4纳米粒子，超声分散3h，随后再加入偶氮二甲酸二异丙酯(发泡剂)继续超声1h，得到聚氨酯复合纺丝溶液；
3.熔融纺丝：将上述聚氨酯复合纺丝溶液经熔融纺丝，即得本申请所述石墨烯复合纤维。
实施例3
本申请所述石墨烯复合纤维的制备方法，主要包括以下步骤：
1.纳晶纤维素、聚苯胺辅助还原氧化石墨烯：
首先，采用改进的hummers法制备氧化石墨烯(go)，然后将制备好的氧化石墨烯(go)水相分散液、纳晶纤维素水相分散液分别稀释至1mg/mg、3mg/ml，将其分别超声分散1h，各取50ml加入到烧瓶中混合，然后加入0.45g的聚苯胺，超声分散3h，再加入0.8ml的水合肼，90℃下磁力搅拌反应5h后，旋蒸至合适浓度，烘干，即得还原氧化石墨烯(rgo)；
2.制备热塑性聚氨酯复合纺丝溶液：
将n,n-二甲基甲酰胺和丙酮按照体积比为6：5混合作为溶剂，加入相应质量的聚氨酯，磁力搅拌2h，得到质量浓度为8％的聚氨酯纺丝液，然后加入一定量上步中辅助还原的氧化石墨烯粉末、以及碳纳米管、tio2纳米粒子，超声分散3h，随后再加入偶氮二甲酸二异丙酯(发泡剂)继续超声1h，得到聚氨酯复合纺丝溶液；
3.熔融纺丝：将上述聚氨酯复合纺丝溶液经熔融纺丝，即得本申请所述石墨烯复合纤维。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。