本发明涉及无纺布
技术领域：
，具体涉及一种自洁型石墨烯碳纤维无纺布及其制备方法。
背景技术：
：具有“荷叶效应”的自清洁表面有很好的的超疏水性，较强的抗污染能力。自清洁表面具有节水、节能、环保等优势，越来越受到人们的关注。石墨烯纤维无纺布是一种由石墨烯纤维制成的新型无纺布织物，由于石墨烯纤维在搭接处的互相融合以及石墨烯的优良特性，具有优异的导电、导热等性能，作为柔性织物电极在电容器及电池等储能器件领域应用广泛。目前，现有的石墨烯纤维无纺布柔性较好，导电性能高，但是，石墨烯纤维无纺布的自洁性差，不能长时间保持无纺布表面清洁。中国专利cn106192201b公开了一种石墨烯纤维无纺布及其制备方法，该无纺布由石墨烯短纤分散液经滤网过滤沉积并干燥还原得到，因此无纺布的结构单元为无序堆积且相互粘结的石墨烯短纤维，并由纤维搭接成大量可通过液体或气体的孔洞。该石墨烯纤维无纺布具有较好的力学强度和韧性，并且完全由石墨烯纤维构成，不含有高分子材料做骨架或粘接剂等，石墨烯纤维搭接成的网络结构经还原后的导电导热性能优异，可用作多功能的高性能织物。但是，该石墨烯纤维无纺布的结构单元为无序堆积且相互粘结的石墨烯短纤维，表面能较高，不具有自清洁性。中国专利cn106436016b公开了一种石墨烯纤维阻燃导电无纺布及其制备方法。其包括以下组份制备而成：浓度为5％的墨烯导电浆、阻燃涤纶短纤维、短切碳纤维、分散剂、导染剂。提高了导电纤维强度和阻燃性，提高了产品的安全性能，加大了发热材料的抗水性，降低了发热材料的破坏率，降低了故障率，提高了透气性，加强了与绝缘材料之间的透胶性和结合强度。但是，并未对石墨烯纤维阻燃导电无纺布进行低表面能物质修饰，产品的自清洁性差。因此，本发明提供一种自洁型石墨烯碳纤维无纺布及其制备方法，改变石墨烯碳纤维基布的配比以及进行基布表面修饰，实现石墨烯碳纤维无纺布的自洁性。技术实现要素：本发明针对上述问题，提供一种自洁型石墨烯碳纤维无纺布及其制备方法。本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种自洁型石墨烯碳纤维无纺布，包括自清洁涂层和石墨烯碳纤维基布；自清洁涂层由以下重量份的原料制备而成：纳米氧化硅0.5份～1.5份、石墨烯粉1.2份～1.6份、甲基三甲氧基硅烷4.0份～8.0份，甲醇30份～35份、水60份～70份；石墨烯碳纤维基布由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯200份～300份、碳纤维65份～105份、纳米银纤维0.5份～1.0份。进一步的，自清洁涂层由以下重量份的原料制备而成：纳米氧化硅0.8份～1.2份、石墨烯粉1.3份～1.5份、甲基三甲氧基硅烷5.0份～7.0份，甲醇31份～34份、水62份～68份；石墨烯碳纤维基布由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯220份～280份、碳纤维75份～95份、纳米银纤维0.6份～0.9份。本发明自洁型石墨烯碳纤维无纺布自清洁层中甲基三甲氧基硅烷水解后具有较大的接触角，而且透明度高，热稳定性好，添加纳米氧化硅和石墨烯粉进一步增强其疏水性，提高表面的平整性和表面的机械强度；石墨烯碳纤维基布中选用氧化石墨烯纤维和碳纤维复配，既能保持氧化石墨烯纤维的柔性，又能增强其韧性，再辅以纳米银纤维，增加基布的抗菌抑菌性，同时填充在氧化石墨烯纤维中间，改善成型性和综合性能。进一步的，石墨烯粉的粒径为10nm～20nm。本发明的又一发明目的在于，提供上述一种自洁型石墨烯碳纤维无纺布的制备方法，包括如下步骤：步骤i、自清洁悬浮液制备：所述重量份的甲基三甲氧基硅烷在所述重量份的甲醇和水的混合液中水解，然后加入所述重量份的纳米氧化硅第一次超声分散40分钟～60分钟，再加入所述重量份的石墨粉，第二次超声分散45分钟～50分钟，得到自清洁悬浮液；步骤ii、氧化石墨烯纤维制备：所述重量份的氧化石墨烯在水中分散，制成15mg/ml～20mg/ml的纺丝液，然后利用湿法纺丝，得到氧化石墨烯纤维；步骤ⅲ、石墨烯碳纤维基布制备：步骤ii中得到的氧化石墨烯纤维在水中第一次剪切分散30分钟～35分钟，然后加入所述重量份的碳纤维和纳米银纤维，第二次剪切分散20分钟～30分钟，得到的悬浮液经滤网过滤沉积、干燥得到石墨烯碳纤维基布；步骤ⅳ、自洁型石墨烯碳纤维无纺布制备：将步骤i中得到的自清洁悬浮液喷涂于步骤ⅲ中得到的石墨烯碳纤维基布表面，形成自清洁涂层，然后常温干燥3小时～4小时，得到所述自洁型石墨烯碳纤维无纺布。进一步的，步骤i中，水解温度为38℃～42℃。进一步的，步骤i中，甲醇和水的混合液的ph值为3.00～3.05。进一步的，步骤ⅲ中，悬浮液中纤维长度为0.5mm～1.5mm。进一步的，步骤ⅲ中，石墨烯碳纤维基布还包括在温度为300℃～600℃条件下热还原。进一步的，步骤ⅳ中，自清洁涂层厚度为15μm～25μm。本发明的优点是：(1)本发明自洁型石墨烯碳纤维无纺布，通过在石墨烯碳纤维基布上喷涂自清洁涂层，提高石墨烯碳纤维无纺布表面的疏水性，使其表面具有较大的接触角，自清洁性好，可长时间保持无纺布表面清洁、无污染；(2)本发明自洁型石墨烯碳纤维无纺布，自清洁层和石墨烯碳纤维基布层均具有较好的表面成型性和机械强度，稳定性好，且具有一定的抗菌抑菌效果，使用安全性高；(3)本发明自洁型石墨烯碳纤维无纺布，导电导热性能优异，制备方法简单，使用寿命长，实用价值高，应用范围广。具体实施方式以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1一种自洁型石墨烯碳纤维无纺布包括自清洁涂层和石墨烯碳纤维基布；自清洁涂层由以下重量份的原料制备而成：纳米氧化硅0.5kg、石墨烯粉1.2kg、甲基三甲氧基硅烷4.0kg，甲醇30kg、水60kg；石墨烯碳纤维基布由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯200kg、碳纤维65kg、纳米银纤维0.5kg；其中，石墨烯粉的粒径为10nm。制备方法如下：步骤i、自清洁悬浮液制备：所述重量份的甲基三甲氧基硅烷在所述重量份的甲醇和水的混合液中水解，然后加入所述重量份的纳米氧化硅第一次超声分散40分钟，再加入所述重量份的石墨粉，第二次超声分散45分钟，得到自清洁悬浮液；其中，水解温度为38℃；甲醇和水的混合液的ph值为3.00；步骤ii、氧化石墨烯纤维制备：所述重量份的氧化石墨烯在水中分散，制成15mg/ml的纺丝液，然后利用湿法纺丝，得到氧化石墨烯纤维；步骤ⅲ、石墨烯碳纤维基布制备：步骤ii中得到的氧化石墨烯纤维在水中第一次剪切分散30分钟，然后加入所述重量份的碳纤维和纳米银纤维，第二次剪切分散20分钟，得到的悬浮液经滤网过滤沉积、干燥并在温度为300℃条件下热还原得到石墨烯碳纤维基布；其中，悬浮液中纤维长度为0.5mm；步骤ⅳ、自洁型石墨烯碳纤维无纺布制备：将步骤i中得到的自清洁悬浮液喷涂于步骤ⅲ中得到的石墨烯碳纤维基布表面，形成厚度为15μm的自清洁涂层，然后常温干燥3小时，得到所述自洁型石墨烯碳纤维无纺布。实施例2一种自洁型石墨烯碳纤维无纺布包括自清洁涂层和石墨烯碳纤维基布；自清洁涂层由以下重量份的原料制备而成：纳米氧化硅1.5kg、石墨烯粉1.6kg、甲基三甲氧基硅烷8.0kg，甲醇35kg、水70kg；石墨烯碳纤维基布由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯300kg、碳纤维105kg、纳米银纤维1.0kg；其中，石墨烯粉的粒径为20nm。制备方法如下：步骤i、自清洁悬浮液制备：所述重量份的甲基三甲氧基硅烷在所述重量份的甲醇和水的混合液中水解，然后加入所述重量份的纳米氧化硅第一次超声分散60分钟，再加入所述重量份的石墨粉，第二次超声分散50分钟，得到自清洁悬浮液；其中，水解温度为42℃；甲醇和水的混合液的ph值为3.05；步骤ii、氧化石墨烯纤维制备：所述重量份的氧化石墨烯在水中分散，制成20mg/ml的纺丝液，然后利用湿法纺丝，得到氧化石墨烯纤维；步骤ⅲ、石墨烯碳纤维基布制备：步骤ii中得到的氧化石墨烯纤维在水中第一次剪切分散35分钟，然后加入所述重量份的碳纤维和纳米银纤维，第二次剪切分散30分钟，得到的悬浮液经滤网过滤沉积、干燥并在温度为600℃条件下热还原得到石墨烯碳纤维基布；其中，悬浮液中纤维长度为1.5mm；步骤ⅳ、自洁型石墨烯碳纤维无纺布制备：将步骤i中得到的自清洁悬浮液喷涂于步骤ⅲ中得到的石墨烯碳纤维基布表面，形成厚度为25μm的自清洁涂层，然后常温干燥4小时，得到所述自洁型石墨烯碳纤维无纺布。实施例3一种自洁型石墨烯碳纤维无纺布包括自清洁涂层和石墨烯碳纤维基布；自清洁涂层由以下重量份的原料制备而成：纳米氧化硅0.8kg、石墨烯粉1.3kg、甲基三甲氧基硅烷5.0kg，甲醇31kg、水62kg；石墨烯碳纤维基布由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯220kg、碳纤维75kg、纳米银纤维0.6kg；其中，石墨烯粉的粒径为12nm。制备方法如下：步骤i、自清洁悬浮液制备：所述重量份的甲基三甲氧基硅烷在所述重量份的甲醇和水的混合液中水解，然后加入所述重量份的纳米氧化硅第一次超声分散45分钟，再加入所述重量份的石墨粉，第二次超声分散46分钟，得到自清洁悬浮液；其中，水解温度为39℃；甲醇和水的混合液的ph值为3.01；步骤ii、氧化石墨烯纤维制备：所述重量份的氧化石墨烯在水中分散，制成16mg/ml的纺丝液，然后利用湿法纺丝，得到氧化石墨烯纤维；步骤ⅲ、石墨烯碳纤维基布制备：步骤ii中得到的氧化石墨烯纤维在水中第一次剪切分散31分钟，然后加入所述重量份的碳纤维和纳米银纤维，第二次剪切分散22分钟，得到的悬浮液经滤网过滤沉积、干燥并在温度为400℃条件下热还原得到石墨烯碳纤维基布；其中，悬浮液中纤维长度为0.8mm；步骤ⅳ、自洁型石墨烯碳纤维无纺布制备：将步骤i中得到的自清洁悬浮液喷涂于步骤ⅲ中得到的石墨烯碳纤维基布表面，形成厚度为17μm的自清洁涂层，然后常温干燥4小时，得到所述自洁型石墨烯碳纤维无纺布。实施例4一种自洁型石墨烯碳纤维无纺布包括自清洁涂层和石墨烯碳纤维基布；自清洁涂层由以下重量份的原料制备而成：纳米氧化硅1.2kg、石墨烯粉1.5kg、甲基三甲氧基硅烷7.0kg，甲醇34kg、水68kg；石墨烯碳纤维基布由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯280kg、碳纤维95kg、纳米银纤维0.9kg；其中，石墨烯粉的粒径为18nm。制备方法如下：步骤i、自清洁悬浮液制备：所述重量份的甲基三甲氧基硅烷在所述重量份的甲醇和水的混合液中水解，然后加入所述重量份的纳米氧化硅第一次超声分散55分钟，再加入所述重量份的石墨粉，第二次超声分散49分钟，得到自清洁悬浮液；其中，水解温度为41℃；甲醇和水的混合液的ph值为3.04；步骤ii、氧化石墨烯纤维制备：所述重量份的氧化石墨烯在水中分散，制成19mg/ml的纺丝液，然后利用湿法纺丝，得到氧化石墨烯纤维；步骤ⅲ、石墨烯碳纤维基布制备：步骤ii中得到的氧化石墨烯纤维在水中第一次剪切分散34分钟，然后加入所述重量份的碳纤维和纳米银纤维，第二次剪切分散28分钟，得到的悬浮液经滤网过滤沉积、干燥并在温度为500℃条件下热还原得到石墨烯碳纤维基布；其中，悬浮液中纤维长度为1.3mm；步骤ⅳ、自洁型石墨烯碳纤维无纺布制备：将步骤i中得到的自清洁悬浮液喷涂于步骤ⅲ中得到的石墨烯碳纤维基布表面，形成厚度为22μm的自清洁涂层，然后常温干燥3小时，得到所述自洁型石墨烯碳纤维无纺布。实施例5一种自洁型石墨烯碳纤维无纺布包括自清洁涂层和石墨烯碳纤维基布；自清洁涂层由以下重量份的原料制备而成：纳米氧化硅1.0kg、石墨烯粉1.4kg、甲基三甲氧基硅烷6.0kg，甲醇33kg、水65kg；石墨烯碳纤维基布由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯260kg、碳纤维85kg、纳米银纤维0.8kg；其中，石墨烯粉的粒径为15nm。制备方法如下：步骤i、自清洁悬浮液制备：所述重量份的甲基三甲氧基硅烷在所述重量份的甲醇和水的混合液中水解，然后加入所述重量份的纳米氧化硅第一次超声分散50分钟，再加入所述重量份的石墨粉，第二次超声分散48分钟，得到自清洁悬浮液；其中，水解温度为40℃；甲醇和水的混合液的ph值为3.02；步骤ii、氧化石墨烯纤维制备：所述重量份的氧化石墨烯在水中分散，制成18mg/ml的纺丝液，然后利用湿法纺丝，得到氧化石墨烯纤维；步骤ⅲ、石墨烯碳纤维基布制备：步骤ii中得到的氧化石墨烯纤维在水中第一次剪切分散33分钟，然后加入所述重量份的碳纤维和纳米银纤维，第二次剪切分散25分钟，得到的悬浮液经滤网过滤沉积、干燥并在温度为450℃条件下热还原得到石墨烯碳纤维基布；其中，悬浮液中纤维长度为1.0mm；步骤ⅳ、自洁型石墨烯碳纤维无纺布制备：将步骤i中得到的自清洁悬浮液喷涂于步骤ⅲ中得到的石墨烯碳纤维基布表面，形成厚度为20μm的自清洁涂层，然后常温干燥3.5小时，得到所述自洁型石墨烯碳纤维无纺布。实验例为了进一步说明本发明实施例1～5制备的自洁型石墨烯碳纤维无纺布的进步性，现作如下测试。利用接触角测定仪测量本发明实施例1～5制备的自洁型石墨烯碳纤维无纺布表面与去离子水的静态接触角，实验温度为23℃，相对湿度为50％，注射体积为4μl。每个实施例样品表面取5个点进行测量，取平均值作为测试结果，统计见下表1：表1本发明实施例1～5制备的自洁型石墨烯碳纤维无纺布的性能测试实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5接触角(°)165170168172177上表结果可以看出本发明实施例1～5制备的自洁型石墨烯碳纤维无纺布的接触角大，具有较好的自清洁效果；另外，本发明实施例1～5制备的自洁型石墨烯碳纤维无纺布的自清洁层透明性好，稳定性高，使用寿命长。以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种自洁型石墨烯碳纤维无纺布，其特征在于，所述自洁型石墨烯碳纤维无纺布包括自清洁涂层和石墨烯碳纤维基布；所述自清洁涂层由以下重量份的原料制备而成：纳米氧化硅0.5份～1.5份、石墨烯粉1.2份～1.6份、甲基三甲氧基硅烷4.0份～8.0份，甲醇30份～35份、水60份～70份；所述石墨烯碳纤维基布由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯200份～300份、碳纤维65份～105份、纳米银纤维0.5份～1.0份。
2.根据权利要求1所述的自洁型石墨烯碳纤维无纺布，其特征在于，所述自清洁涂层由以下重量份的原料制备而成：纳米氧化硅0.8份～1.2份、石墨烯粉1.3份～1.5份、甲基三甲氧基硅烷5.0份～7.0份，甲醇31份～34份、水62份～68份；所述石墨烯碳纤维基布由以下重量份的原料制备而成：氧化石墨烯220份～280份、碳纤维75份～95份、纳米银纤维0.6份～0.9份。
3.根据权利要求1所述的自洁型石墨烯碳纤维无纺布，其特征在于，所述石墨烯粉的粒径为10nm～20nm。
4.一种如权利要求1～3所述的自洁型石墨烯碳纤维无纺布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤i、自清洁悬浮液制备：所述重量份的甲基三甲氧基硅烷在所述重量份的甲醇和水的混合液中水解，然后加入所述重量份的纳米氧化硅第一次超声分散40分钟～60分钟，再加入所述重量份的石墨粉，第二次超声分散45分钟～50分钟，得到自清洁悬浮液；
步骤ii、氧化石墨烯纤维制备：所述重量份的氧化石墨烯在水中分散，制成15mg/ml～20mg/ml的纺丝液，然后利用湿法纺丝，得到氧化石墨烯纤维；
步骤ⅲ、石墨烯碳纤维基布制备：步骤ii中得到的氧化石墨烯纤维在水中第一次剪切分散30分钟～35分钟，然后加入所述重量份的碳纤维和纳米银纤维，第二次剪切分散20分钟～30分钟，得到的悬浮液经滤网过滤沉积、干燥得到石墨烯碳纤维基布；
步骤ⅳ、自洁型石墨烯碳纤维无纺布制备：将步骤i中得到的自清洁悬浮液喷涂于步骤ⅲ中得到的石墨烯碳纤维基布表面，形成自清洁涂层，然后常温干燥3小时～4小时，得到所述自洁型石墨烯碳纤维无纺布。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤i中，所述水解温度为38℃～42℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤i中，所述甲醇和水的混合液的ph值为3.00～3.05。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤ⅲ中，所述悬浮液中纤维长度为0.5mm～1.5mm。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤ⅲ中，所述石墨烯碳纤维基布还包括在温度为300℃～600℃条件下热还原。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤ⅳ中，所述自清洁涂层厚度为15μm～25μm。
技术总结本发明公开了一种自洁型石墨烯碳纤维无纺布及其制备方法，自洁型石墨烯碳纤维无纺布包括自清洁涂层和石墨烯碳纤维基布；所述自清洁涂层由以下原料制备而成：纳米氧化硅、石墨烯粉、甲基三甲氧基硅烷，甲醇、水；所述石墨烯碳纤维基布由以下原料制备而成：氧化石墨烯、碳纤维、纳米银纤维。本发明自洁型石墨烯碳纤维无纺布，通过在石墨烯碳纤维基布上喷涂自清洁涂层，提高石墨烯碳纤维无纺布表面的疏水性，使其表面具有较大的接触角，自清洁性好，可长时间保持无纺布表面清洁、无污染。
技术研发人员：褚晓君;汤志文;李国清
受保护的技术使用者：福建滤冠新型材料科技有限公司
技术研发日：2020.03.12
技术公布日：2020.06.09
