酰氯化掺氮石墨烯改性芳纶III纤维及其制备方法与流程

本发明涉及杂环芳纶的改性领域，更具体涉及酰氯化掺氮石墨烯改性芳纶iii纤维及其制备方法。

背景技术：

1、芳纶纤维的大分子链上至少有85％的酰胺链(-conh-)直接与两个苯环相连接，全称为“芳香族聚酰胺纤维”，芳纶纤维的品种主要有芳纶1313(间位芳纶)、芳纶1414(对位芳纶，也称芳纶ⅱ)，芳纶ⅲ(对位杂环芳纶)。杂环芳纶具有高强高模、耐高温、耐酸耐碱等优良性能，与碳纤维相比较，其伸长率高，破坏特征为塑性破坏，承受动载能力强，耐局部冲击能力强，在航空航天、军事、机械等领域有不可比拟的优势。

2、烯碳材料是指由sp2碳构成的纳米碳材料，主要包括石墨烯、碳纳米管和富勒烯等，具有较高的比表面积，高的导电导热性，用于纤维中可以很好的改善纤维的耐磨性能、强度，增加纤维的导电导热能力。在石墨烯用于芳纶纤维方面已经有一些专利予以报道，主要是用石墨烯使芳纶纤维被覆盖，更好地保护芳纶纤维免受紫外光辐射的损害。现有的石墨烯掺杂方法不能有效改善石墨烯与芳纶之间的结合力，复合纤维力学性能并未得到显著提升。同时，包覆的方法使用的石墨烯原料较多，后处理工艺复杂，不可忽视其经济、环保等方面的问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种酰氯化掺氮石墨烯改性芳纶纤维及其制备方法。

2、本发明一方面提供一种酰氯化掺氮石墨烯改性芳纶iii纤维，所述酰氯化掺氮石墨烯通过共价键与所述芳纶iii聚合物连接。

3、根据本发明的一实施方式，所述酰氯化掺氮石墨烯占所述芳纶iii聚合物的0.01-1wt％。

4、根据本发明的另一实施方式，所述酰氯化掺氮石墨烯的层数为1～10层、片径为0.5～5μm、掺氮量为0.1～10％。

5、根据本发明的另一实施方式，所述酰氯化掺氮石墨烯粒子的平均粒径 d50可以为0.01μm≤d50≤1μm。

6、根据本发明的另一实施方式，所述石墨烯改性芳纶iii纤维的断裂强度 29-35cn/dtex，弹性模量800-1200cn/dtex，断裂伸长3.3-5.7％。

7、本发明另一方面提供一种上述酰氯化掺氮石墨烯改性杂环芳纶纤维的制备方法，包括：所述酰氯化石墨烯在所述芳纶iii聚合物聚合之前加入到生成所述芳纶iii的聚合反应体系中，参与所述芳纶iii的聚合过程形成复合纺丝液。

8、根据本发明的一实施方式，所述制备方法包括：s1，配置所述酰氯化掺氮石墨烯的n,n-二甲基乙酰胺分散液，所述分散液中包含浓度为0.05～1wt％的氯化锂，所述分散液中水含量为0-500ppm；及s2，将第三单体和对苯二胺在氮气保护下预先溶解于氯化锂浓度为0.5-5wt％的n,n-二甲基乙酰胺溶液中，然后将温度降至-20-10℃，分批次加入对苯二甲酰氯，所述酰氯化掺氮石墨烯分散液在对苯二甲酰氯添加前加入到体系中，最后得到聚合物可纺动力粘度在30000-200000厘泊的复合纺丝液。

9、根据本发明的另一实施方式，所述s1步骤中所述酰氯化掺氮石墨烯分散液中所述酰氯化掺氮石墨烯的浓度为1～10wt％，所述酰氯化石墨烯分散液中所述酰氯化掺氮石墨烯的二次粒径≤1.5μm。

10、根据本发明的另一实施方式，所述s2步骤中的对苯二胺包括含氯对苯二胺、含氟对苯二胺，第三单体包括2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑、3,4- 二氨基二苯醚。

11、根据本发明的另一实施方式，所述s3步骤中所述复合纺丝液的固含量为2％-8％。

12、本发明通过在石墨烯中掺氮并傅克酰基化处理，从而使得石墨烯能够均匀地分散在制备芳纶ⅲ所需的有机溶剂n,n二甲基乙酰胺中，进而在芳纶iii 的聚合过程中加入可以通过原位聚合的方式将石墨烯与芳纶ⅲ的进行复合。制备的酰氯化掺氮石墨烯在聚合过程中可以与芳纶ⅲ形成共价键，提高了石墨烯与纤维的结合紧密度，从而提高纤维的力学性能。制备工艺简单、力学强度高、易于工业化推广。

技术特征：

1.一种酰氯化掺氮石墨烯改性芳纶iii纤维，其特征在于，所述酰氯化掺氮石墨烯通过共价键与所述芳纶iii聚合物连接。

2.根据权利要求1所述的酰氯化掺氮石墨烯改性芳纶纤维，其特征在于，所述酰氯化掺氮石墨烯占所述芳纶iii聚合物的0.01-1wt％。

3.根据权利要求1所述的酰氯化掺氮石墨烯改性芳纶纤维，其特征在于，所述酰氯化掺氮石墨烯的层数为1～10层、片径为0.5～5μm、掺氮量为0.1～10％。

4.根据权利要求1所述的酰氯化掺氮石墨烯改性芳纶纤维，其特征在于，所述酰氯化掺氮石墨烯粒子的平均粒径d50可以为0.01μm≤d50≤1μm。

5.根据权利要求1所述的石墨烯改性芳纶iii纤维，其特征在于，所述石墨烯改性芳纶iii纤维的断裂强度29-35cn/dtex，弹性模量800-1200cn/dtex，断裂伸长3.3-5.7％。

6.一种权利要求1-5所述的酰氯化掺氮石墨烯改性杂环芳纶纤维的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述s1步骤中所述酰氯化掺氮石墨烯分散液中所述酰氯化掺氮石墨烯的浓度为1～10wt％，所述酰氯化石墨烯分散液中所述酰氯化掺氮石墨烯的二次粒径≤1.5μm。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述s2步骤中的对苯二胺包括含氯对苯二胺、含氟对苯二胺，第三单体包括2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑、3,4-二氨基二苯醚。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述s3步骤中所述复合纺丝液的固含量为2％-8％。

技术总结
本发明公开一种酰氯化掺氮石墨烯改性芳纶III纤维及其制备方法，所述酰氯化掺氮石墨烯通过共价键与所述芳纶III聚合物连接。本发明通过在石墨烯中掺氮并傅克酰基化处理，从而使得石墨烯能够均匀地分散在制备芳纶Ⅲ所需的有机溶剂N,N二甲基乙酰胺中，进而在芳纶III的聚合过程中加入可以通过原位聚合的方式将石墨烯与芳纶Ⅲ的进行复合。制备的酰氯化掺氮石墨烯在聚合过程中可以与芳纶Ⅲ形成共价键，提高了石墨烯与纤维的结合紧密度，从而提高纤维的力学性能。制备工艺简单、力学强度高、易于工业化推广。

技术研发人员：焦琨,刘舒,张锦,高振飞,李春,张子怡
受保护的技术使用者：北京石墨烯研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16