具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明提供的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维的制备方法，其包含：

步骤1，按比例称取各原料；原料包含芳纶纺丝材料、石墨烯材料、改性剂、水性浆料；步骤2，制备石墨烯芳纶纺丝液；步骤3，将步骤2所得的石墨烯芳纶纺丝液，离心除盐后装入反应罐进行脱泡，得到纺丝原液，然后进行干湿法纺丝，经过喷丝、拉伸、水洗、干燥、干热拉伸、定型、上油、收卷等的工序后得到石墨烯芳纶复合纤维；步骤4，将步骤3所得的石墨烯芳纶纤维置于等离子体反应室内，抽真空，填充氮气，调整气压，进行等离子体处理后取出，得到表面改性处理的石墨烯芳纶纤维；步骤5，配制涂覆浆料，充分搅拌，保持浆料温度，并将步骤4所得的改性石墨烯芳纶纤维置入浆槽中，上浆处理，然后干燥卷绕，得到高强抗冲击石墨烯芳纶纤维。

优选地，步骤1中各原料按质量百分比计包含：芳纶纺丝材料即芳纶纺丝液采用的材料80％～99％，石墨烯材料0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，水性浆料0.1％～15％；石墨烯材料为机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等中任意一种制备的石墨烯或氧化石墨烯；改性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡络烷酮(PVP)、硅烷偶联剂等中的任意一种或多种；水性浆料为水性PU树脂(聚氨酯)、水性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂、水性环氧树脂、水性醇酸树脂浆料等中的任意一种或多种。

步骤2中，采用的芳纶纺丝材料以间苯二甲酰氯和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑为主要原料，以N,N-二甲基乙酰胺为溶剂，首先在氮气保护下，将N,N-二甲基乙酰胺和氯化锂加入到反应釜中，开启搅拌，再加入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑，待完全溶解后降温至0～-10℃，然后分批加入间苯二甲酰氯，保持反应体系温度不超过15-30℃，加料完毕后继续反应40min，最后加入氢氧化锂进行中和，得到固含量按质量百分比为15％～30％的芳纶树脂溶液，再加入石墨烯材料混合均匀，作为石墨烯芳纶纺丝液。

步骤2中，采用的芳纶纺丝材料按质量百分比计包含：N,N-二甲基乙酰胺50％-80％，氯化锂0.1％-5％，2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑1％-25％，间苯二甲酰氯1％-20％，氢氧化锂0.1％-5％。

步骤3中，纺丝原液中的固含量按质量百分比计为15～30％；纺丝原液的温度为20℃。

步骤3中，喷丝速度为10～15m/min；干热拉伸温度为290～320℃；热定型温度为270～290℃，时间为1～5min。

步骤3中采用凝固浴，第一凝固浴是浓度按质量百分比计为30％～50％的N,N-二甲基乙酰胺水溶液，温度为10～20℃；第二凝固浴是纯水的水洗凝固浴，温度为70～90℃；最后是空气浴，高度为(20±5)mm。

步骤4中，填充氮气，将气压调整至50-70Pa，进行等离子体处理，处理功率为100-150W，处理时间为1-5min。

步骤5中，将石墨烯材料、改性剂加入到水性浆料中，配制涂覆浆料，充分搅拌30-50min，保持浆料温度为30-50℃，并将改性石墨烯芳纶纤维置入连续性浆槽中，上浆处理5-10s，然后干燥卷绕。

本发明中采用的设备均为本领域内技术人员所知的现有设备。

本发明还提供了通过该方法制备的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维。

下面结合实施例对本发明提供的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维及其制备方法做更进一步描述。

实施例1

一种石墨烯高强抗冲击芳纶纤维的制备方法，其包含：

步骤1，按比例称取各原料；原料包含芳纶纺丝材料、石墨烯材料、改性剂、水性浆料。

优选地，各原料按质量百分比计包含：芳纶纺丝材料99％，石墨烯材料0.1％，改性剂0.1％，水性浆料0.8％。

石墨烯材料为机械剥离法制备的石墨烯。

改性剂为聚乙烯醇和聚乙二醇按质量比1:1组成的混合物。

水性浆料为水性PU树脂。

步骤2，制备石墨烯芳纶纺丝液。

采用的芳纶纺丝材料以间苯二甲酰氯和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑为主要原料，以N,N-二甲基乙酰胺为溶剂，首先在氮气保护下，将N,N-二甲基乙酰胺和氯化锂加入到反应釜中，开启搅拌，再加入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑，待完全溶解后降温至0～-10℃，然后分批加入间苯二甲酰氯，保持反应体系温度不超过15-30℃，加料完毕后继续反应40min，最后加入氢氧化锂进行中和，得到固含量按质量百分比为15％～30％的芳纶树脂溶液，再加入石墨烯材料混合均匀，作为石墨烯芳纶纺丝液。

采用的芳纶纺丝材料按质量百分比计包含：N,N-二甲基乙酰胺80％，氯化锂0.1％，2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑1％，间苯二甲酰氯18.8％，氢氧化锂0.1％。

步骤3，将步骤2所得的石墨烯芳纶纺丝液，离心除盐后装入反应罐进行脱泡，得到纺丝原液，纺丝原液中的固含量按质量百分比计为15～30％；纺丝原液的温度为20℃。然后进行干湿法纺丝，经过喷丝、拉伸、水洗、干燥、干热拉伸、定型、上油、收卷的工序后得到石墨烯芳纶复合纤维。

喷丝速度为10～15m/min；干热拉伸温度为290～320℃；热定型温度为270～290℃，时间为1～5min。

步骤3中采用凝固浴，第一凝固浴是浓度按质量百分比计为30％～50％的N,N-二甲基乙酰胺水溶液，温度为10～20℃；第二凝固浴是纯水的水洗凝固浴，温度为70～90℃；最后是空气浴，高度为(20±5)mm。

步骤4，将步骤3所得的石墨烯芳纶纤维置于等离子体反应室内，抽真空，填充氮气，将气压调整至50-70Pa，进行等离子体处理后取出，得到表面改性处理的石墨烯芳纶纤维。等离子体处理的功率为100-150W，处理时间为1-5min。

步骤5，将石墨烯材料、改性剂加入到水性浆料中，配制涂覆浆料，充分搅拌30-50min，保持浆料温度为30-50℃，并将步骤4所得的改性石墨烯芳纶纤维置入连续性浆槽中，上浆处理5-10s，然后干燥卷绕，得到高强抗冲击石墨烯芳纶纤维。

本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维。

实施例2

一种石墨烯高强抗冲击芳纶纤维的制备方法，其包含：

步骤1，按比例称取各原料；原料包含芳纶纺丝材料、石墨烯材料、改性剂、水性浆料。

优选地，各原料按质量百分比计包含：芳纶纺丝材料80.8％，石墨烯材料4％，改性剂0.2％，水性浆料15％。

石墨烯材料为化学气相沉积法制备的石墨烯。

改性剂为聚乙烯吡络烷酮和聚乙二醇按质量比2:1组成的混合物。

水性浆料为水性丙烯酸树脂。

步骤2，制备石墨烯芳纶纺丝液。

采用的芳纶纺丝材料以间苯二甲酰氯和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑为主要原料，以N,N-二甲基乙酰胺为溶剂，首先在氮气保护下，将N,N-二甲基乙酰胺和氯化锂加入到反应釜中，开启搅拌，再加入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑，待完全溶解后降温至0～-10℃，然后分批加入间苯二甲酰氯，保持反应体系温度不超过15-30℃，加料完毕后继续反应40min，最后加入氢氧化锂进行中和，得到固含量按质量百分比为15％～30％的芳纶树脂溶液，再加入石墨烯材料混合均匀，作为石墨烯芳纶纺丝液。

采用的芳纶纺丝材料按质量百分比计包含：N,N-二甲基乙酰胺70％，氯化锂1％，2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑8％，间苯二甲酰氯20％，氢氧化锂1％。

步骤3，将步骤2所得的石墨烯芳纶纺丝液，离心除盐后装入反应罐进行脱泡，得到纺丝原液，纺丝原液中的固含量按质量百分比计为15～30％；纺丝原液的温度为20℃。然后进行干湿法纺丝，经过喷丝、拉伸、水洗、干燥、干热拉伸、定型、上油、收卷的工序后得到石墨烯芳纶复合纤维。

喷丝速度为10～15m/min；干热拉伸温度为290～320℃；热定型温度为270～290℃，时间为1～5min。

步骤3中采用凝固浴，第一凝固浴是浓度按质量百分比计为30％～50％的N,N-二甲基乙酰胺水溶液，温度为10～20℃；第二凝固浴是纯水的水洗凝固浴，温度为70～90℃；最后是空气浴，高度为(20±5)mm。

步骤4，将步骤3所得的石墨烯芳纶纤维置于等离子体反应室内，抽真空，填充氮气，将气压调整至50-70Pa，进行等离子体处理后取出，得到表面改性处理的石墨烯芳纶纤维。等离子体处理的功率为100-150W，处理时间为1-5min。

步骤5，将石墨烯材料、改性剂加入到水性浆料中，配制涂覆浆料，充分搅拌30-50min，保持浆料温度为30-50℃，并将步骤4所得的改性石墨烯芳纶纤维置入连续性浆槽中，上浆处理5-10s，然后干燥卷绕，得到高强抗冲击石墨烯芳纶纤维。

本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维。

实施例3

一种石墨烯高强抗冲击芳纶纤维的制备方法，其包含：

步骤1，按比例称取各原料；原料包含芳纶纺丝材料、石墨烯材料、改性剂、水性浆料。

优选地，各原料按质量百分比计包含：芳纶纺丝材料83.5％，石墨烯材料8％，改性剂0.5％，水性浆料8％。

石墨烯材料为氧化还原法制备的石墨烯。

改性剂为硅烷偶联剂和聚乙二醇按质量比1:2组成的混合物。

水性浆料为水性聚酯树脂。

步骤2，制备石墨烯芳纶纺丝液。

采用的芳纶纺丝材料以间苯二甲酰氯和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑为主要原料，以N,N-二甲基乙酰胺为溶剂，首先在氮气保护下，将N,N-二甲基乙酰胺和氯化锂加入到反应釜中，开启搅拌，再加入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑，待完全溶解后降温至0～-10℃，然后分批加入间苯二甲酰氯，保持反应体系温度不超过15-30℃，加料完毕后继续反应40min，最后加入氢氧化锂进行中和，得到固含量按质量百分比为15％～30％的芳纶树脂溶液，再加入石墨烯材料混合均匀，作为石墨烯芳纶纺丝液。

采用的芳纶纺丝材料按质量百分比计包含：N,N-二甲基乙酰胺57％，氯化锂3％，2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑22％，间苯二甲酰氯15％，氢氧化锂3％。

步骤3，将步骤2所得的石墨烯芳纶纺丝液，离心除盐后装入反应罐进行脱泡，得到纺丝原液，纺丝原液中的固含量按质量百分比计为15～30％；纺丝原液的温度为20℃。然后进行干湿法纺丝，经过喷丝、拉伸、水洗、干燥、干热拉伸、定型、上油、收卷的工序后得到石墨烯芳纶复合纤维。

喷丝速度为10～15m/min；干热拉伸温度为290～320℃；热定型温度为270～290℃，时间为1～5min。

步骤3中采用凝固浴，第一凝固浴是浓度按质量百分比计为30％～50％的N,N-二甲基乙酰胺水溶液，温度为10～20℃；第二凝固浴是纯水的水洗凝固浴，温度为70～90℃；最后是空气浴，高度为(20±5)mm。

步骤4，将步骤3所得的石墨烯芳纶纤维置于等离子体反应室内，抽真空，填充氮气，将气压调整至50-70Pa，进行等离子体处理后取出，得到表面改性处理的石墨烯芳纶纤维。等离子体处理的功率为100-150W，处理时间为1-5min。

步骤5，将石墨烯材料、改性剂加入到水性浆料中，配制涂覆浆料，充分搅拌30-50min，保持浆料温度为30-50℃，并将步骤4所得的改性石墨烯芳纶纤维置入连续性浆槽中，上浆处理5-10s，然后干燥卷绕，得到高强抗冲击石墨烯芳纶纤维。

本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维。

实施例4

一种石墨烯高强抗冲击芳纶纤维的制备方法，其包含：

步骤1，按比例称取各原料；原料包含芳纶纺丝材料、石墨烯材料、改性剂、水性浆料。

优选地，各原料按质量百分比计包含：芳纶纺丝材料89％，石墨烯材料10％，改性剂0.9％，水性浆料0.1％。

石墨烯材料为化学气相沉积法制备的氧化石墨烯。

改性剂为聚乙烯醇和聚乙烯吡络烷酮按质量比1:3组成的混合物。

水性浆料为水性环氧树脂。

步骤2，制备石墨烯芳纶纺丝液。

采用的芳纶纺丝材料以间苯二甲酰氯和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑为主要原料，以N,N-二甲基乙酰胺为溶剂，首先在氮气保护下，将N,N-二甲基乙酰胺和氯化锂加入到反应釜中，开启搅拌，再加入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑，待完全溶解后降温至0～-10℃，然后分批加入间苯二甲酰氯，保持反应体系温度不超过15-30℃，加料完毕后继续反应40min，最后加入氢氧化锂进行中和，得到固含量按质量百分比为15％～30％的芳纶树脂溶液，再加入石墨烯材料混合均匀，作为石墨烯芳纶纺丝液。

采用的芳纶纺丝材料按质量百分比计包含：N,N-二甲基乙酰胺71％，氯化锂4％，2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑20％，间苯二甲酰氯1％，氢氧化锂4％。

步骤3，将步骤2所得的石墨烯芳纶纺丝液，离心除盐后装入反应罐进行脱泡，得到纺丝原液，纺丝原液中的固含量按质量百分比计为15～30％；纺丝原液的温度为20℃。然后进行干湿法纺丝，经过喷丝、拉伸、水洗、干燥、干热拉伸、定型、上油、收卷的工序后得到石墨烯芳纶复合纤维。

喷丝速度为10～15m/min；干热拉伸温度为290～320℃；热定型温度为270～290℃，时间为1～5min。

步骤3中采用凝固浴，第一凝固浴是浓度按质量百分比计为30％～50％的N,N-二甲基乙酰胺水溶液，温度为10～20℃；第二凝固浴是纯水的水洗凝固浴，温度为70～90℃；最后是空气浴，高度为(20±5)mm。

步骤4，将步骤3所得的石墨烯芳纶纤维置于等离子体反应室内，抽真空，填充氮气，将气压调整至50-70Pa，进行等离子体处理后取出，得到表面改性处理的石墨烯芳纶纤维。等离子体处理的功率为100-150W，处理时间为1-5min。

步骤5，将石墨烯材料、改性剂加入到水性浆料中，配制涂覆浆料，充分搅拌30-50min，保持浆料温度为30-50℃，并将步骤4所得的改性石墨烯芳纶纤维置入连续性浆槽中，上浆处理5-10s，然后干燥卷绕，得到高强抗冲击石墨烯芳纶纤维。

本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维。

实施例5

一种石墨烯高强抗冲击芳纶纤维的制备方法，其包含：

步骤1，按比例称取各原料；原料包含芳纶纺丝材料、石墨烯材料、改性剂、水性浆料。

优选地，各原料按质量百分比计包含：芳纶纺丝材料80％，石墨烯材料15％，改性剂1％，水性浆料4％。

石墨烯材料为氧化还原法制备的氧化石墨烯。

改性剂为聚乙烯吡络烷酮和硅烷偶联剂按质量比3:1组成的混合物。

水性浆料为水性醇酸树脂。

步骤2，制备石墨烯芳纶纺丝液。

采用的芳纶纺丝材料以间苯二甲酰氯和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑为主要原料，以N,N-二甲基乙酰胺为溶剂，首先在氮气保护下，将N,N-二甲基乙酰胺和氯化锂加入到反应釜中，开启搅拌，再加入2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑，待完全溶解后降温至0～-10℃，然后分批加入间苯二甲酰氯，保持反应体系温度不超过15-30℃，加料完毕后继续反应40min，最后加入氢氧化锂进行中和，得到固含量按质量百分比为15％～30％的芳纶树脂溶液，再加入石墨烯材料混合均匀，作为石墨烯芳纶纺丝液。

采用的芳纶纺丝材料按质量百分比计包含：N,N-二甲基乙酰胺50％，氯化锂5％，2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑25％，间苯二甲酰氯15％，氢氧化锂5％。

步骤3，将步骤2所得的石墨烯芳纶纺丝液，离心除盐后装入反应罐进行脱泡，得到纺丝原液，纺丝原液中的固含量按质量百分比计为15～30％；纺丝原液的温度为20℃。然后进行干湿法纺丝，经过喷丝、拉伸、水洗、干燥、干热拉伸、定型、上油、收卷的工序后得到石墨烯芳纶复合纤维。

喷丝速度为10～15m/min；干热拉伸温度为290～320℃；热定型温度为270～290℃，时间为1～5min。

步骤3中采用凝固浴，第一凝固浴是浓度按质量百分比计为30％～50％的N,N-二甲基乙酰胺水溶液，温度为10～20℃；第二凝固浴是纯水的水洗凝固浴，温度为70～90℃；最后是空气浴，高度为(20±5)mm。

步骤4，将步骤3所得的石墨烯芳纶纤维置于等离子体反应室内，抽真空，填充氮气，将气压调整至50-70Pa，进行等离子体处理后取出，得到表面改性处理的石墨烯芳纶纤维。等离子体处理的功率为100-150W，处理时间为1-5min。

步骤5，将石墨烯材料、改性剂加入到水性浆料中，配制涂覆浆料，充分搅拌30-50min，保持浆料温度为30-50℃，并将步骤4所得的改性石墨烯芳纶纤维置入连续性浆槽中，上浆处理5-10s，然后干燥卷绕，得到高强抗冲击石墨烯芳纶纤维。

本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维。

对各实施例制备的复合纤维进行测试，试验所得的物理性能数据如下表1所示。

表1.试验结果。

本发明提供的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维及其制备方法，关键技术为制备一种石墨烯高强抗冲击芳纶纤维，首先制备石墨烯芳纶纺丝液，其次通过纺丝设备纺丝，得到石墨烯芳纶纤维，最后经纤维表面涂层得到高强抗冲击性石墨烯芳纶纤维。本发明制备的石墨烯高强抗冲击芳纶纤维，具有高强抗冲击、抗菌、抗紫外等功能，提升了芳纶纤维附加值，扩展芳纶纤维的使用范围。

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。