技術領域
本發明涉及一種應用石墨烯改性材料的長絲纖維，屬于新材料技術領域。
背景技術：
石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準二維材料，所以又叫做單原子層石墨。它的厚度大約為0.335nm，根據制備方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大約1nm左右，水平方向寬度大約10nm到25nm，是除金剛石以外所有碳晶體（零維富勒烯，一維碳納米管，三維體向石墨）的基本結構單元。
石墨烯自發現伊始就引起了廣泛的關注，它具有已知材料中最高的強度，同時具有優異的導電性和導熱性。從而，石墨烯可以作為一種理想的組裝單元來制備高性能纖維，氣凝膠，薄膜以及納米復合材料，其中石墨烯纖維是一類新型高性能多功能纖維材料，可通過氧化石墨烯液晶連續制備。在制備石墨烯纖維過程中，經過化學還原或熱還原作用，不導電的氧化石墨烯會轉化為具有導電性的石墨烯。
然而，實驗測試表明通過氧化石墨烯還原而來的石墨烯仍然具有結構導電缺陷，會很大程度上限制石墨烯纖維導電性能的提高。為此，提供一種改性石墨烯長絲纖維，彌補現有結構的導電缺陷尤為重要。
技術實現要素：
為解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種應用石墨烯改性材料的長絲纖維，具體技術方案如下：
一種應用石墨烯改性材料的長絲纖維，所述長絲纖維由超細金屬網層和石墨烯纖維組成，所述超細金屬網層由超細金屬絲編織成網狀，所述超細金屬網層包覆在石墨烯纖維外側。
作為上述技術方案的改進，所述石墨烯纖維通過干法紡絲制成。
作為上述技術方案的改進，所述干法紡絲步驟包括：
（1）石墨預處理，將石墨原料、硫酸、過硫酸鉀和五氧化二磷混合，在50℃～110℃下攪拌混勻，過濾后干燥，將得到的石墨材料與硫酸和高錳酸鉀混合，在0℃～15℃下攪拌混勻，然后加入去離子水和雙氧水攪拌勻速攪拌，過濾后，清洗至中性，得到預氧化石墨烯；
（2）氧化石墨烯制備，將步驟（1）中得到的預氧化石墨烯與硫酸和高錳酸鉀混合，在在0℃～15℃下攪拌混勻，然后加入去離子水和雙氧水攪拌勻速攪拌，過濾后，清洗至中性，干燥后得到氧化石墨烯；
（3）氧化石墨烯溶膠制備，將步驟（2）得到的氧化石墨烯溶于丙酮-水混合溶劑中，超聲處理后得到氧化石墨烯紡絲液溶膠；
（4）石墨烯纖維制備，將步驟（3）得到的氧化石墨烯紡絲液溶膠經過紡絲毛細管在70℃～110℃下紡絲，得到氧化石墨烯纖維絲，將氧化石墨烯纖維絲先用硼氫化鈉還原，再用水合肼還原，洗滌干燥，得到石墨烯纖維。
作為上述技術方案的改進，所述超細金屬網層為超細銅線或超細銀線。
上述技術方案通過超細金屬網層對石墨烯纖維進行包覆，能夠在提高石墨烯纖維的機械強度的同時，對改善導電穩定性有著一定程度的促進作用，有益效果顯著。
具體實施方式
本發明提供了一種應用石墨烯改性材料的長絲纖維，該長絲纖維由超細金屬網層和石墨烯纖維組成，其中超細金屬網層由超細金屬絲編織成網狀，超細金屬網層包覆在石墨烯纖維外側，該技術方案通過超細金屬網層對石墨烯纖維進行包覆，能夠在提高石墨烯纖維的機械強度的同時，對改善導電穩定性有著重要意義。
上述方案中超細金屬網層為超細銅線或超細銀線，超細銅線或超細銀線的直徑在10μm～500μm之間。
石墨烯纖維通過干法紡絲制成，干法紡絲步驟包括：
（1）石墨預處理，將石墨原料、硫酸、過硫酸鉀和五氧化二磷混合，在50℃～110℃下攪拌混勻，過濾后干燥，將得到的石墨材料與硫酸和高錳酸鉀混合，在0℃～15℃下攪拌混勻，然后加入去離子水和雙氧水攪拌勻速攪拌，過濾后，清洗至中性，得到預氧化石墨烯；
（2）氧化石墨烯制備，將步驟（1）中得到的預氧化石墨烯與硫酸和高錳酸鉀混合，在在0℃～15℃下攪拌混勻，然后加入去離子水和雙氧水攪拌勻速攪拌，過濾后，清洗至中性，干燥后得到氧化石墨烯；
（3）氧化石墨烯溶膠制備，將步驟（2）得到的氧化石墨烯溶于丙酮-水混合溶劑中，超聲處理后得到氧化石墨烯紡絲液溶膠；
（4）石墨烯纖維制備，將步驟（3）得到的氧化石墨烯紡絲液溶膠經過紡絲毛細管在70℃～110℃下紡絲，得到氧化石墨烯纖維絲，將氧化石墨烯纖維絲先用硼氫化鈉還原，再用水合肼還原，洗滌干燥，得到石墨烯纖維。
下面結合具體實施例進行詳細描述。
實施例一
按照以下方法進行長絲纖維產品的制備：
（1）石墨預處理，將1.3g石墨原料、20ml硫酸（質量濃度80%）、1.2g過硫酸鉀和0.7g五氧化二磷混合，在90℃下攪拌混勻，過濾后干燥，將得到的石墨材料再與20ml硫酸和1.0g高錳酸鉀混合，在7℃下攪拌混勻，然后加入200ml去離子水和5ml雙氧水攪拌勻速攪拌，過濾后，清洗至PH中性，得到預氧化石墨烯；
（2）氧化石墨烯制備，將步驟（1）中得到的預氧化石墨烯與20ml硫酸和1.2g高錳酸鉀混合，在在7℃下攪拌混勻，然后加入150ml去離子水和5ml雙氧水攪拌勻速攪拌，過濾后，清洗至中性，干燥后得到氧化石墨烯；
（3）氧化石墨烯溶膠制備，將步驟（2）得到的氧化石墨烯溶于100ml丙酮-水混合溶劑中，30KHz超聲處理后得到氧化石墨烯紡絲液溶膠；
（4）石墨烯纖維制備，將步驟（3）得到的氧化石墨烯紡絲液溶膠經過紡絲毛細管在100℃下紡絲，擠出速度為50ml/h，毛細管直徑為1㎜，在空氣中停留得到氧化石墨烯纖維絲，將氧化石墨烯纖維絲先用硼氫化鈉還原，再用水合肼還原，洗滌干燥，得到石墨烯纖維；
（5）長絲纖維制備，以石墨烯纖維為芯體，將多根直徑在50μm的超細銅線圍繞芯體編織成網狀結構，制成長絲纖維，經檢測，產品導電效率較傳統導線和純粹的石墨烯纖維均有所提高。
實施例二
按照以下方法進行長絲纖維產品的制備：
（1）石墨預處理，將1.2g石墨原料、20ml硫酸（質量濃度80%）、1.2g過硫酸鉀和0.7g五氧化二磷混合，在100℃下攪拌混勻，過濾后干燥，將得到的石墨材料再與20ml硫酸和1.1g高錳酸鉀混合，在3℃下攪拌混勻，然后加入200ml去離子水和5ml雙氧水攪拌勻速攪拌，過濾后，清洗至PH中性，得到預氧化石墨烯；
（2）氧化石墨烯制備，將步驟（1）中得到的預氧化石墨烯與20ml硫酸和1.2g高錳酸鉀混合，在在7℃下攪拌混勻，然后加入150ml去離子水和5ml雙氧水攪拌勻速攪拌，過濾后，清洗至中性，干燥后得到氧化石墨烯；
（3）氧化石墨烯溶膠制備，將步驟（2）得到的氧化石墨烯溶于100ml丙酮-水混合溶劑中，30KHz超聲處理后得到氧化石墨烯紡絲液溶膠；
（4）石墨烯纖維制備，將步驟（3）得到的氧化石墨烯紡絲液溶膠經過紡絲毛細管在80℃下紡絲，擠出速度為50ml/h，毛細管直徑為1㎜，在空氣中停留得到氧化石墨烯纖維絲，將氧化石墨烯纖維絲先用硼氫化鈉還原，再用水合肼還原，洗滌干燥，得到石墨烯纖維；
（5）長絲纖維制備，以石墨烯纖維為芯體，將多根直徑在40μm的超細銅線圍繞芯體編織成網狀結構，制成長絲纖維，經檢測，產品導電效率較傳統導線和純粹的石墨烯纖維均有所提高。
實施例三
按照以下方法進行長絲纖維產品的制備：
（1）石墨預處理，將1.0g石墨原料、15ml硫酸（質量濃度80%）、1.0g過硫酸鉀和0.5g五氧化二磷混合，在110℃下攪拌混勻，過濾后干燥，將得到的石墨材料再與15ml硫酸和0.8g高錳酸鉀混合，在0℃下攪拌混勻，然后加入200ml去離子水和5ml雙氧水攪拌勻速攪拌，過濾后，清洗至PH中性，得到預氧化石墨烯；
（2）氧化石墨烯制備，將步驟（1）中得到的預氧化石墨烯與15ml硫酸和1.0g高錳酸鉀混合，在在0℃下攪拌混勻，然后加入150ml去離子水和5ml雙氧水攪拌勻速攪拌，過濾后，清洗至中性，干燥后得到氧化石墨烯；
（3）氧化石墨烯溶膠制備，將步驟（2）得到的氧化石墨烯溶于100ml丙酮-水混合溶劑中，30KHz超聲處理后得到氧化石墨烯紡絲液溶膠；
（4）石墨烯纖維制備，將步驟（3）得到的氧化石墨烯紡絲液溶膠經過紡絲毛細管在80℃下紡絲，擠出速度為50ml/h，毛細管直徑為1㎜，在空氣中停留得到氧化石墨烯纖維絲，將氧化石墨烯纖維絲先用硼氫化鈉還原，再用水合肼還原，洗滌干燥，得到石墨烯纖維；
（5）長絲纖維制備，以石墨烯纖維為芯體，將多根直徑在40μm的超細銅線圍繞芯體編織成網狀結構，制成長絲纖維，經檢測，產品導電效率較傳統導線和純粹的石墨烯纖維均有所提高。
實施例四
按照以下方法進行長絲纖維產品的制備：
（1）石墨預處理，將1.3g石墨原料、20ml硫酸（質量濃度80%）、1.2g過硫酸鉀和0.7g五氧化二磷混合，在90℃下攪拌混勻，過濾后干燥，將得到的石墨材料再與20ml硫酸和1.0g高錳酸鉀混合，在7℃下攪拌混勻，然后加入200ml去離子水和5ml雙氧水攪拌勻速攪拌，過濾后，清洗至PH中性，得到預氧化石墨烯；
（2）氧化石墨烯制備，將步驟（1）中得到的預氧化石墨烯與20ml硫酸和1.2g高錳酸鉀混合，在在7℃下攪拌混勻，然后加入150ml去離子水和5ml雙氧水攪拌勻速攪拌，過濾后，清洗至中性，干燥后得到氧化石墨烯；
（3）氧化石墨烯溶膠制備，將步驟（2）得到的氧化石墨烯溶于100ml丙酮-水混合溶劑中，30KHz超聲處理后得到氧化石墨烯紡絲液溶膠；
（4）石墨烯纖維制備，將步驟（3）得到的氧化石墨烯紡絲液溶膠經過紡絲毛細管在100℃下紡絲，擠出速度為50ml/h，毛細管直徑為1㎜，在空氣中停留得到氧化石墨烯纖維絲，將氧化石墨烯纖維絲先用硼氫化鈉還原，再用水合肼還原，洗滌干燥，得到石墨烯纖維；
（5）長絲纖維制備，以石墨烯纖維為芯體，將多根直徑在50μm的超細銀線圍繞芯體編織成網狀結構，制成長絲纖維，經檢測，產品導電效率較傳統導線和純粹的石墨烯纖維均有所提高，并且導電效率高于實施例一中使用超細銅線作為編織網材質，但是制造成本相對更高。