1.本发明涉及一种石墨烯复合纤维及其制备方法，具体地，涉及一种涂覆石墨烯导电纤维及其制备方法。


背景技术：

2.众所周知并切身体会的是合成纤维已广泛用于诸多用途，包括服装、寝具、室内装饰纤维制品、产业材料、和医用材料等。然而，利用合成纤维的制品，由于摩擦等而容易产生静电(或静电荷)。静电的产生会由于吸引尘埃而损害制品的美观、或由于放电而给人体造成电击或不快的触感。此外，静电的产生有时会引起静电放电时的火花所致的对电子产品的损害、或易燃物质的点火和爆炸。
3.为了解决静电的产生和静电电荷所致的上述问题，已经提出了许多用于对合成纤维或合成纤维制织物赋予导电性的技术。例如抗静电表面处理法、添加抗静电剂(包括表面活性剂型湿度依赖型抗静电剂、掺杂型金属氧化物导静电剂以及碳黑导电剂等)混纺法、添加金属纤维、以及采用复合纺丝工艺生产永久抗静电纤维等。
4.近来，电磁波己被广泛用于各种用途，比如广播、移动通信、雷达、手机、无线lan和个人电脑。与所述用途的增长相应地，电磁波或磁力己被散射于生活空间，且存在下述问题，即，电磁波或磁力所致的人体失调、以及电子产品的故障。在这方面上，提出了下述合成纤维或合成纤维制织物，其中通过将导电金属粒子包含于或附着至所述纤维或织物，例如镀银的方法，以使该纤维或织物具有导电性而更对其赋予电磁波屏蔽能力。此类具有电磁波屏蔽能力的织物用于下述目的，比如服装、墙面涂层材料、仪器用罩、隔离物，以便保护人体和电子仪器免受电磁干扰。然而，含有或附着有导电金属粒子的现有电磁波屏蔽性合成纤维或织物具有一些问题，比如因附着的金属粒子或片的剥落(或脱落)所致的性能降低或灰尘产生，仍然不令人满意。
5.自从碳纳米管在1991年以及石墨烯在2004年被发现以来，人们希望利用其比如优异的机械特性、导电性能、抗静电性、电磁波和磁屏蔽性能、和热稳定性的特性，尝试了碳纳米管或石墨烯用于各种应用或制品的用途。但它们是具有0.5-100纳米尺寸的纳米材料，极易因范德华力而发生凝聚。结果，现状是碳纳米管或石墨烯由其尺寸所致的固有的尺寸优点，比如优异机械特性、电导率和热稳定性的特性不能充分发挥。
6.石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(v
·
s)，这一数值超过了硅材料的10倍，是已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(insb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm2/(v
·
s)。与很多材料不一样，石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，50～500k之间的任何温度下，单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm2/(v
·
s)左右。
7.另外，石墨烯中电子载体和空穴载流子的半整数量子霍尔效应可以通过电场作用改变化学势而被观察到，而科学家在室温条件下就观察到了石墨烯的这种量子霍尔效应。石墨烯中的载流子遵循一种特殊的量子隧道效应，在碰到杂质时不会产生背散射，这是石
墨烯局域超强导电性以及很高的载流子迁移率的原因。石墨烯中的电子和光子均没有静止质量，它们的速度是和动能没有关系的常数。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种石墨烯复合纤维及其制备方法，具有抗紫外功能性，制备方法简单，抗紫外能性能优异，可以广泛应用在防晒纺织品等领域。
9.为了达到上述目的，本发明提供了一种涂覆石墨烯导电纤维，其中，所述的导电纤维设有导电纤维基体和导电增强层，导电增强层采用含有碳纳米管/石墨烯的导电剂涂覆于导电纤维基体的外表面制成，导电纤维基体采用表面具有碳黑导电部分的导电纤维。
10.上述的涂覆石墨烯导电纤维，其中，所述的导电纤维的电阻率为1
×
10-2
～1
×
102ω
·
cm，且电阻值的对数的标准偏差小于1.0。
11.上述的涂覆石墨烯导电纤维，其中，所述的导电增强层按质量百分比计为导电纤维总重量的5～30％，且相对于导电纤维基体的100重量份，碳纳米管和石墨烯总量为0.1～30重量份。
12.上述的涂覆石墨烯导电纤维，其中，所述的导电增强层中，碳米管和石墨烯的重量比为(10:1)～(1:10)。
13.上述的涂覆石墨烯导电纤维，其中，所述的导电增强层的覆盖率大于或等于导电纤维基体整个表面的60％。
14.上述的涂覆石墨烯导电纤维，其中，所述的导电增强层的厚度为0.1～5μm。
15.上述的涂覆石墨烯导电纤维，其中，所述的导电纤维基体的电阻率为100～104ω
·
cm，导电纤维基体的单丝线径为5～100微米。
16.上述的涂覆石墨烯导电纤维，其中，所述的导电纤维基体采用融熔纺丝制备，设有碳黑导电部分和非导电部分。
17.上述的涂覆石墨烯导电纤维，其中，所述的导电纤维基体采用皮芯结构，皮层为碳黑导电部分；或者，导电纤维基体采用复合结构，碳黑导电部分嵌于非导电部分内，且碳黑导电部分的局部外露于导电纤维基体的表面。
18.本发明还提供了上述的涂覆石墨烯导电纤维的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，通过融熔纺丝制备导电纤维基体；步骤2，使用含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤维基体的表面以形成导电增强层，导电纤维基体的表面具有碳黑导电部分；步骤3，对步骤2处理后所得的导电纤维进行干燥。
19.本发明提供的涂覆石墨烯导电纤维及其制备方法具有以下优点：
20.本发明复合结构的导电纤维的电阻率为1
×
10-2～1
×
102ω
·
cm范围，且电阻值的对数的标准偏差小于1.0。
21.本发明复合结构的导电纤维表面附着碳纳米管/石墨烯，具有良好的导电性及柔软性，可用于智能穿戴织物和纤维型传感器的制造。
22.本方法制备的涂覆石墨烯导电纤维，工艺简单易操作，成本低廉，经济效益高，适合大规模工业化生产。
具体实施方式
23.以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
24.本发明提供的涂覆石墨烯导电纤维，该导电纤维设有导电纤维基体和导电增强层，导电增强层采用含有碳纳米管/石墨烯的导电剂涂覆于导电纤维基体的外表面制成，导电纤维基体采用表面具有碳黑导电部分的导电纤维。
25.该复合结构的导电纤维的电阻率为1
×
10-2
～1
×
102ω
·
cm，且电阻值的对数的标准偏差小于1.0。
26.导电增强层按质量百分比计为导电纤维总重量的5～30％，且相对于导电纤维基体的100重量份，碳纳米管和石墨烯总量为0.1～30重量份。
27.导电增强层中，碳米管和石墨烯的重量比为(10:1)～(1:10)，优选为(10:1)～(2:1)。
28.导电增强层的覆盖率大于或等于导电纤维基体整个表面的60％，优选为不小于90％。
29.导电增强层的厚度为0.1～5μm。
30.导电纤维基体的电阻率为100～104ω
·
cm，导电纤维基体的单丝线径为5～100微米。
31.导电纤维基体采用融熔复合纺丝工艺制备，设有碳黑导电部分和非导电部分。
32.导电纤维基体采用皮芯结构，皮层为碳黑导电部分；或者，导电纤维基体采用复合结构，碳黑导电部分嵌于非导电部分内，且碳黑导电部分的局部外露于导电纤维基体的表面。
33.本发明还提供了该涂覆石墨烯导电纤维的制备方法，其包含：步骤1，通过融熔纺丝制备导电纤维基体；步骤2，使用含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤维基体的表面以形成导电增强层，导电纤维基体的表面具有碳黑导电部分；涂覆液的其他成分采用现有的纤维涂覆浆料成分。优选地，将导电纤维基体浸渍于含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液中，并在超声环境下将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤维基体表面，以增强涂覆效果。步骤3，对步骤2处理后所得的导电纤维进行干燥。
34.本发明中采用的设备和加工工艺的条件参数等均为本领域内技术人员所知的。
35.下面结合实施例对本发明提供的涂覆石墨烯导电纤维及其制备方法做更进一步描述。
36.实施例1
37.一种涂覆石墨烯导电纤维，该导电纤维设有导电纤维基体和导电增强层，导电增强层采用含有碳纳米管/石墨烯的导电剂涂覆于导电纤维基体的外表面制成，导电纤维基体采用表面具有碳黑导电部分的导电纤维。
38.该复合结构的导电纤维的电阻率为1
×
10-2
～1
×
102ω
·
cm，且电阻值的对数的标准偏差小于1.0。
39.导电增强层按质量百分比计为导电纤维总重量的5％，且相对于导电纤维基体的100重量份，碳纳米管和石墨烯总量为0.1重量份。
40.导电增强层中，碳米管和石墨烯的重量比为10:1。
41.导电增强层的覆盖率大于或等于导电纤维基体整个表面的60％，优选为不小于
90％。
42.导电增强层的厚度为0.1～5μm。
43.导电纤维基体的电阻率为100～104ω
·
cm，导电纤维基体的单丝线径为5～100微米。
44.导电纤维基体采用融熔复合纺丝工艺制备，设有碳黑导电部分和非导电部分。
45.导电纤维基体采用皮芯结构，皮层为碳黑导电部分；或者，导电纤维基体采用复合结构，碳黑导电部分嵌于非导电部分内，且碳黑导电部分的局部外露于导电纤维基体的表面。
46.本实施例还提供了该涂覆石墨烯导电纤维的制备方法，其包含：
47.步骤1，通过融熔纺丝制备导电纤维基体。采用的设备和加工工艺的条件参数等均为本领域内技术人员所知的。
48.步骤2，使用含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤维基体的表面以形成导电增强层，导电纤维基体的表面具有碳黑导电部分；涂覆液的其他成分采用现有的纤维涂覆浆料成分。
49.优选地，将导电纤维基体浸渍于含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液中，并在超声环境下将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤维基体表面，以增强涂覆效果。
50.步骤3，对步骤2处理后所得的导电纤维进行干燥。
51.实施例2
52.一种涂覆石墨烯导电纤维，该导电纤维设有导电纤维基体和导电增强层，导电增强层采用含有碳纳米管/石墨烯的导电剂涂覆于导电纤维基体的外表面制成，导电纤维基体采用表面具有碳黑导电部分的导电纤维。
53.该复合结构的导电纤维的电阻率为1
×
10-2
～1
×
102ω
·
cm，且电阻值的对数的标准偏差小于1.0。
54.导电增强层按质量百分比计为导电纤维总重量的10％，且相对于导电纤维基体的100重量份，碳纳米管和石墨烯总量为10重量份。
55.导电增强层中，碳米管和石墨烯的重量比为5:1。
56.导电增强层的覆盖率大于或等于导电纤维基体整个表面的60％，优选为不小于90％。
57.导电增强层的厚度为0.1～5μm。
58.导电纤维基体的电阻率为100～104ω
·
cm，导电纤维基体的单丝线径为5～100微米。
59.导电纤维基体采用融熔复合纺丝工艺制备，设有碳黑导电部分和非导电部分。
60.导电纤维基体采用皮芯结构，皮层为碳黑导电部分；或者，导电纤维基体采用复合结构，碳黑导电部分嵌于非导电部分内，且碳黑导电部分的局部外露于导电纤维基体的表面。
61.本实施例还提供了该涂覆石墨烯导电纤维的制备方法，其包含：
62.步骤1，通过融熔纺丝制备导电纤维基体。采用的设备和加工工艺的条件参数等均为本领域内技术人员所知的。
63.步骤2，使用含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤
维基体的表面以形成导电增强层，导电纤维基体的表面具有碳黑导电部分；涂覆液的其他成分采用现有的纤维涂覆浆料成分。
64.优选地，将导电纤维基体浸渍于含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液中，并在超声环境下将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤维基体表面，以增强涂覆效果。
65.步骤3，对步骤2处理后所得的导电纤维进行干燥。
66.实施例3
67.一种涂覆石墨烯导电纤维，该导电纤维设有导电纤维基体和导电增强层，导电增强层采用含有碳纳米管/石墨烯的导电剂涂覆于导电纤维基体的外表面制成，导电纤维基体采用表面具有碳黑导电部分的导电纤维。
68.该复合结构的导电纤维的电阻率为1
×
10-2
～1
×
102ω
·
cm，且电阻值的对数的标准偏差小于1.0。
69.导电增强层按质量百分比计为导电纤维总重量的18％，且相对于导电纤维基体的100重量份，碳纳米管和石墨烯总量为15重量份。
70.导电增强层中，碳米管和石墨烯的重量比为2:1。
71.导电增强层的覆盖率大于或等于导电纤维基体整个表面的60％，优选为不小于90％。
72.导电增强层的厚度为0.1～5μm。
73.导电纤维基体的电阻率为100～104ω
·
cm，导电纤维基体的单丝线径为5～100微米。
74.导电纤维基体采用融熔复合纺丝工艺制备，设有碳黑导电部分和非导电部分。
75.导电纤维基体采用皮芯结构，皮层为碳黑导电部分；或者，导电纤维基体采用复合结构，碳黑导电部分嵌于非导电部分内，且碳黑导电部分的局部外露于导电纤维基体的表面。
76.本实施例还提供了该涂覆石墨烯导电纤维的制备方法，其包含：
77.步骤1，通过融熔纺丝制备导电纤维基体。采用的设备和加工工艺的条件参数等均为本领域内技术人员所知的。
78.步骤2，使用含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤维基体的表面以形成导电增强层，导电纤维基体的表面具有碳黑导电部分；涂覆液的其他成分采用现有的纤维涂覆浆料成分。
79.优选地，将导电纤维基体浸渍于含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液中，并在超声环境下将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤维基体表面，以增强涂覆效果。
80.步骤3，对步骤2处理后所得的导电纤维进行干燥。
81.实施例4
82.一种涂覆石墨烯导电纤维，该导电纤维设有导电纤维基体和导电增强层，导电增强层采用含有碳纳米管/石墨烯的导电剂涂覆于导电纤维基体的外表面制成，导电纤维基体采用表面具有碳黑导电部分的导电纤维。
83.该复合结构的导电纤维的电阻率为1
×
10-2
～1
×
102ω
·
cm，且电阻值的对数的标准偏差小于1.0。
84.导电增强层按质量百分比计为导电纤维总重量的24％，且相对于导电纤维基体的
100重量份，碳纳米管和石墨烯总量为25重量份。
85.导电增强层中，碳米管和石墨烯的重量比为1:1。
86.导电增强层的覆盖率大于或等于导电纤维基体整个表面的60％，优选为不小于90％。
87.导电增强层的厚度为0.1～5μm。
88.导电纤维基体的电阻率为100～104ω
·
cm，导电纤维基体的单丝线径为5～100微米。
89.导电纤维基体采用融熔复合纺丝工艺制备，设有碳黑导电部分和非导电部分。
90.导电纤维基体采用皮芯结构，皮层为碳黑导电部分；或者，导电纤维基体采用复合结构，碳黑导电部分嵌于非导电部分内，且碳黑导电部分的局部外露于导电纤维基体的表面。
91.本实施例还提供了该涂覆石墨烯导电纤维的制备方法，其包含：
92.步骤1，通过融熔纺丝制备导电纤维基体。采用的设备和加工工艺的条件参数等均为本领域内技术人员所知的。
93.步骤2，使用含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤维基体的表面以形成导电增强层，导电纤维基体的表面具有碳黑导电部分；涂覆液的其他成分采用现有的纤维涂覆浆料成分。
94.优选地，将导电纤维基体浸渍于含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液中，并在超声环境下将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤维基体表面，以增强涂覆效果。
95.步骤3，对步骤2处理后所得的导电纤维进行干燥。
96.实施例5
97.一种涂覆石墨烯导电纤维，该导电纤维设有导电纤维基体和导电增强层，导电增强层采用含有碳纳米管/石墨烯的导电剂涂覆于导电纤维基体的外表面制成，导电纤维基体采用表面具有碳黑导电部分的导电纤维。
98.该复合结构的导电纤维的电阻率为1
×
10-2
～1
×
102ω
·
cm，且电阻值的对数的标准偏差小于1.0。
99.导电增强层按质量百分比计为导电纤维总重量的30％，且相对于导电纤维基体的100重量份，碳纳米管和石墨烯总量为30重量份。
100.导电增强层中，碳米管和石墨烯的重量比为1:10。
101.导电增强层的覆盖率大于或等于导电纤维基体整个表面的60％，优选为不小于90％。
102.导电增强层的厚度为0.1～5μm。
103.导电纤维基体的电阻率为100～104ω
·
cm，导电纤维基体的单丝线径为5～100微米。
104.导电纤维基体采用融熔复合纺丝工艺制备，设有碳黑导电部分和非导电部分。
105.导电纤维基体采用皮芯结构，皮层为碳黑导电部分；或者，导电纤维基体采用复合结构，碳黑导电部分嵌于非导电部分内，且碳黑导电部分的局部外露于导电纤维基体的表面。
106.本实施例还提供了该涂覆石墨烯导电纤维的制备方法，其包含：
107.步骤1，通过融熔纺丝制备导电纤维基体。采用的设备和加工工艺的条件参数等均为本领域内技术人员所知的。
108.步骤2，使用含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤维基体的表面以形成导电增强层，导电纤维基体的表面具有碳黑导电部分；涂覆液的其他成分采用现有的纤维涂覆浆料成分。
109.优选地，将导电纤维基体浸渍于含有碳纳米管和石墨烯的涂覆液中，并在超声环境下将碳纳米管和石墨烯粘附于导电纤维基体表面，以增强涂覆效果。
110.步骤3，对步骤2处理后所得的导电纤维进行干燥。
111.对本发明各实施例所得的复合纤维进行测试，具体结果为：经gjb6919-2009测试表明，涂覆石墨烯导电纤维的电阻系数在10的3次方以下，远远高于导电测试要求的10的6次方以下，优于市场上同类产品，同时在水洗50次以后的电阻系数也在10的3次方以下，具有很好的耐水洗性能。
112.本发明提供的涂覆石墨烯导电纤维及其制备方法，该导电纤维包括导电纤维基体和导电增强层，导电增强层采用碳纳米管/石墨烯为导电剂涂覆于导电纤维基体的外表面，导电纤维基体采用表面具有碳黑导电部分的导电纤维。导电增强层可进一步含有粘合剂。导电纤维基体通过使涂覆液在超声的环境下超声同时将导电纤维基体浸渍于涂覆液中以形成附着于导电纤维基体表面而形成充分的涂覆层来制造。本发明复合结构的导电纤维表面附着碳纳米管/石墨烯，具有良好的导电性及柔软性，可用于智能穿戴织物和纤维型传感器的制造。
113.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。