石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维及制备方法以及应用

摘要

本发明涉及纳米纤维的制备领域，提供了石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的制备方法，步骤至少包括：(1)将聚丙烯腈纤维毡和/或非织造布浸渍石墨烯分散液，烘干后切分成长条；(2)将长条进行80℃‑150℃热空气牵伸，制备石墨烯涂覆PAN电纺取向纤维丝束；(3)将电纺取向纤维丝束进行空气氧化，惰性气体环化，形成石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物纳米纤维取向丝束，并进一步切割制得石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维。

权利要求

1.石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤至少包括：(1)将聚丙烯腈纤维毡和/或非织造布浸渍石墨烯分散液，烘干后切分成长条；

(2)将长条进行80℃-150℃热空气牵伸，制备石墨烯涂覆PAN电纺取向纤维丝束；

(3)将电纺取向纤维丝束进行空气氧化，惰性气体环化，形成石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物纳米纤维取向丝束，并进一步切割制得石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维；

所述长条的宽度为0.5-5cm；

所述步骤(2)中的热空气牵伸为两段热空气牵伸：第一段牵伸温度为85-100℃，牵伸比为1-3倍；第二段牵伸温度为125-150℃，牵伸比为2-8倍；

所述空气氧化的温度为230-260℃中的任意一个温度，时间为2-3小时；

所述惰性气体环化的温度为350-620℃中的任意一个温度，时间为30-90分钟；

所述石墨烯分散液中还包括分散剂；所述分散剂为聚乙烯亚胺；所述石墨烯分散液中分散剂与石墨烯的重量比为1:(0.1-1)。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯分散液中的固含量为0.1-

2wt％。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体选自氩气、氦气、氮气、氖气中的至少一种。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的长度为0.1-0.8mm。

5.一种如权利要求1-4任一项所述制备方法制备得到的石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维。

6.一种如权利要求1-4任一项所述制备方法制备得到的石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的应用，其特征在于，其应用于制造聚合物复合材料、用作电极材料。

说明书

石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维及制备方法以及

应用

技术领域

[0001] 本发明涉及纳米纤维的制备领域，具体的更涉及一种石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维以及制备方法和应用。

背景技术

[0002] 随着社会经济的不断发展，全球对具有特殊功能的新型纤维的需求不断增加，尤其是具有高强度、高导电性的纤维逐渐被探索应用于增强材料、功能服饰、新能源电极、电磁场、军事等领域。改性纤维材料已经成为复合材料研究领域的热点之一。

[0003] 石墨烯(Graphene)是一种新型无机材料，由廉价的石墨制成，其极限模量为 1.01TPa，极限强度为116GPa，同时，具有高导热性、高比表面积和优异的电子传输性质，是一种涂覆修饰纳米纤维表面的理想材料，以其涂覆修饰梯形聚合物纳米短纤维表面，大幅度改善其作为电极材料使用时的导热导电性能，推动新能源电池行业的快速发展。

[0004] 梯形聚合物是一种高性能聚合物，由聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)纤维预氧化、环化形成的梯形聚合物纤维是一种高性能聚合物纤维，除了具有高强度、高模量和耐高温等特性，更具有优异的电化学性能，作为新能源电极材料，其理论储电容量高达2300mAh/g，是石墨电极理论容量的6倍以上，有希望发展成为一种超高比容量的新能源电极材料。然而，这种梯形聚合物的导电性能较低，在10-6S/cm以下，还不及半导体的导电性能。作为电极材料，具有良好的导电性是充分发挥其储电功能的关键，因此，非常有必要发展一种具有良好导电性，且具有高度分散性的梯形聚合物纳米短纤维，以期创造一种具有超高储电容量的新能源电池电极材料。

发明内容

[0005] 为了解决上述的技术问题，本发明第一个方面提供了一种石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物超短纳米纤维的制备方法，步骤至少包括：

[0006] (1)将聚丙烯腈纤维毡和/或非织造布浸渍石墨烯分散液，烘干后切分成长条；

[0007] (2)将长条进行80℃-150℃热空气牵伸，制备石墨烯涂覆PAN电纺取向纤维丝束；

[0008] (3)将电纺取向纤维丝束进行空气氧化，惰性气体环化，形成石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物纳米纤维取向丝束，并进一步切割制得石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维。

[0009] 作为一种优选的技术方案，本发明中所述石墨烯分散液中的固含量为 0.1-2wt％。

[0010] 作为一种优选的技术方案，本发明中所述长条的宽度为0.5-5cm。

[0011] 作为一种优选的技术方案，本发明中所述步骤(2)中的热空气牵伸为两段热空气牵伸：第一段牵伸温度为85-100℃，牵伸比为1-3倍；第二段牵伸温度为 125-150℃，牵伸比为2-8倍。

[0012] 作为一种优选的技术方案，本发明中所述空气氧化的温度为210-270℃，时间为1.5-3.5小时。

[0013] 作为一种优选的技术方案，本发明中所述惰性气体环化的温度为350-620℃，时间为30-90分钟。

[0014] 作为一种优选的技术方案，本发明中所述惰性气体选自氩气、氦气、氮气、氖气中的至少一种。

[0015] 作为一种优选的技术方案，本发明所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的长度为0.1-0.8mm。

[0016] 本发明的第二个方面提供的是一种所述制备方法制备得到的石墨烯涂覆 PAN基梯形聚合物超短纳米纤维。

[0017] 本发明的第三个方面提供的是所述制备方法制备得到的石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的应用，其应用于制造聚合物复合材料、用作电极材料。

[0018] 参考以下详情，更容易理解本发明中前面部分所描述的技术特征、内容和优点。

具体实施方式

[0019] 除非另有说明、从上下文暗示或属于现有技术的惯例，否则本申请中所有的份数和百分比都基于重量，且所用的测试和表征方法都是与本申请的提交日期同步的。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。

[0020] 下面结合具体实施方式对本发明提供技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，并非对其保护范围的限制。

[0021] 本发明中的词语“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。本发明中未提及的组分的来源均为市售。

[0022] 本发明的第一个方面提供的是一种石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的制备方法，步骤至少包括：

[0023] (1)将聚丙烯腈纤维毡和/或非织造布浸渍石墨烯分散液，烘干后切分成长条；

[0024] (2)将长条进行80℃-150℃热空气牵伸，制备石墨烯涂覆PAN电纺取向纤维丝束；

[0025] (3)将电纺取向纤维丝束进行空气氧化，惰性气体环化，形成石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物纳米纤维取向丝束，并进一步切割制得石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维。

[0026] 本发明中所述聚丙烯腈不做特殊限定，一般市购聚丙烯腈均可用于本发明，本发明中PAN为聚丙烯腈的简称；本发明中所述聚丙烯腈购买自郑州阿尔法化工有限公司，型号25014-41-9。

[0027] 在一些实施方式中，所述步骤(1)中的烘干温度为80℃-110℃；优选的，所述步骤(1)中的烘干温度为100℃。

[0028] 本发明所述步骤(1)中的烘干温度为100℃。

[0029] 在一些实施方式中，本发明中所述的电纺聚丙烯腈纳米纤维毡和/或非织造布，其中的纤维直径为100-1500nm；优选的，所述的电纺聚丙烯腈纳米纤维毡和/或非织造布，其中的纤维直径为300-1200nm；更优选的，所述的电纺聚丙烯腈纳米纤维毡和/或非织造布，其中的纤维直径为500-1000nm；进一步优选的，所述的电纺聚丙烯腈纳米纤维毡或非织造布，其中的纤维直径为700-900nm；最为优选的，所述的电纺聚丙烯腈纳米纤维毡或非织造布，其中的纤维直径为 800nm。

[0030] 在一些实施方式中，所述步骤(1)中聚丙烯腈纤维毡和/或非织造布的制备方法为：将聚丙烯腈与适量溶剂一起加入到聚合反应釜中，搅拌溶解，得到聚丙烯腈溶液，并进行高压电场静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，收集得到电纺聚丙烯腈纳米纤维毡和/或非织造布。

[0031] 在一些实施方式中，本发明所述溶剂为极性有机溶剂。

[0032] 在一些实施方式中，所述极性有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种的组合；优选的，所述极性有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种的组合；更优选的，所述极性有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种的组合；最为优选的，所述极性有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。

[0033] 在一些实施方式中，所述聚合反应釜中搅拌溶解的温度为25-50℃，搅拌溶解时间为5-15小时；优选的，所述聚合反应釜中搅拌溶解的温度为30-45℃，搅拌溶解时间为8-12小时；更优选的，所述聚合反应釜中搅拌溶解的温度为40℃，搅拌溶解时间为10小时。

[0034] 在一些实施方式中，所述聚丙烯腈溶液的绝对粘度在1.5-5.5Pa·s；优选的，所述聚丙烯腈溶液的绝对粘度在2-5Pa·s；更优选的，所述聚丙烯腈溶液的绝对粘度在3Pa·s。

[0035] 本发明中所述绝对粘度数值采用数字显示粘度计SNB-1测量。

[0036] 在一些实施方式中，所述收集器与喷丝口的间距为30-60cm；优选的，所述收集器与喷丝口的间距为35-55cm；更优选的，所述收集器与喷丝口的间距为 40-50cm；最优选的，所述收集器与喷丝口的间距为45cm。

[0037] 在一些实施方式中，所述不锈钢网带的走带速度为1-5m/min；优选的，所述不锈钢网带的走带速度为2-4m/min；更优选的，所述不锈钢网带的走带速度为3m/min。

[0038] 在一些实施方式中，所述高压电场的电场强度为300-500kV/m；优选的，所述高压电场的电场强度为350-450kV/m；更优选的，所述高压电场的电场强度为 400kV/m。

[0039] 在一些实施方式中，所述石墨烯分散液中的固含量为0.1-2wt％；优选的，所述石墨烯分散液中的固含量为0.5-1.5wt％；更优选的，所述石墨烯分散液中的固含量为0.6-1wt％；进一步优选的，所述石墨烯分散液中的固含量为0.7wt％。

[0040] 在一些实施方式中，所述石墨烯分散液中还包括分散剂。

[0041] 在一些实施方式中，所述石墨烯分散液中分散剂与石墨烯的重量比为1: (0.1-1)；优选的，所述石墨烯分散液中分散剂与石墨烯的重量比为1:(0.5-1)；更优选的，所述石墨烯分散液中分散剂与石墨烯的重量比为1:(0.6-0.9)；最为优选的，所述石墨烯分散液中分散剂与石墨烯的重量比为1:0.8。

[0042] 在一些实施方式中，所述石墨烯分散液的溶剂为水。

[0043] 在一些实施方式中，所述分散剂不做特殊限定，优选为聚乙烯亚胺；所述聚乙烯亚胺的CAS号为9002-98-6，购买厂家不做特殊限定，一般购买厂家均可应用于本发明；本发明中所述聚乙烯亚胺购买自Gobekie公司，GBK－PEI9系列。

[0044] 在一些实施方式中，所述长条的宽度为0.5-5cm；优选的，所述长条的宽度为1-4cm；更优选的，所述长条的宽度为2-3cm；进一步优选的，所述长条的宽度为2.5cm。

[0045] 在一些实施方式中，所述步骤(2)中的热空气牵伸为两段热空气牵伸：第一段牵伸温度为85-100℃，牵伸比为1-3倍；第二段牵伸温度为125-150℃，牵伸比为2-8倍。

[0046] 在一些实施方式中，所述步骤(2)中的热空气牵伸为两段热空气牵伸：第一段牵伸温度为85-100℃，石墨烯涂覆电纺PAN纤维非织造布长条带卷的放卷速度为2-8米/分钟，牵伸比为1-3倍；第二段牵伸温度为125-150℃，放卷速度为3-8米/分钟，牵伸比为2-8倍。

[0047] 在一些优选的实施方式中，所述步骤(2)中的热空气牵伸为两段热空气牵伸：第一段牵伸温度为90-95℃，石墨烯涂覆电纺PAN纤维非织造布长条带卷的放卷速度为3-7米/分钟，牵伸比为1.5-2.5倍；第二段牵伸温度为135-145℃，放卷速度为4-8米/分钟，牵伸比为4-7倍。

[0048] 在一些更优选的实施方式中，所述步骤(2)中的热空气牵伸为两段热空气牵伸：第一段牵伸温度为92℃，石墨烯涂覆电纺PAN纤维非织造布长条带卷的放卷速度为5米/分钟，牵伸比为2倍；第二段牵伸温度为140℃，放卷速度为6 米/分钟，牵伸比为5.5倍。

[0049] 申请人发现，本发明中将聚丙烯腈纤维毡和/或非织造布先浸渍石墨烯分散液，而后对其进行两个温度阶段的空气热拉伸可以形成纤维丝高度地平行取向的连续纤维束，尤其申请人发现本发明中采用固含量为0.1-2wt％的石墨烯分散液，在特定牵伸比和牵伸温度条件下最终可以实现制备得到在纤维表面上既涂敷有石墨烯，又可以形成大分子在纤维束中高度取向的纳米纤维束；可能原因是本发明中采用质量浓度为1-5wt％浓度的石墨烯可以使得电纺聚丙烯腈纳米纤维丝束在牵引拉丝的过程中不仅具有很好的滑动，避免纤维丝与纤维丝之间打结或粘连，较高热空气牵伸条件可以有助于石墨烯渗透到聚丙烯腈分子内部以及纤维表层，可以有效提高石墨烯分子的附着量，此外，两阶段热空气牵伸可以避免渗透的石墨烯分子对纤维束的分子取向影响。

[0050] 在一些实施方式中，所述空气氧化的温度为210-270℃，时间为1.5-3.5小时；优选的，所述空气氧化的温度为230-260℃，时间为2-3小时；更优选的，所述空气氧化的温度为250℃，时间为2.5小时。

[0051] 在一些实施方式中，所述惰性气体环化的温度为350-620℃，时间为30-90 分钟；优选的，所述惰性气体环化的温度为380-600℃，时间为40-80分钟；更优选的，所述惰性气体环化的温度为400-550℃，时间为50-70分钟；进一步优选的，所述惰性气体环化的温度为
520℃，时间为60分钟。

[0052] 在一些实施方式中，所述惰性气体选自氩气、氦气、氮气、氖气中的至少一种；优选的，所述惰性气体选自氩气、氦气、氮气中的至少一种；更优选的，所述惰性气体选自氩气、氦气中的至少一种；进一步优选的，所述惰性气体为氩气。

[0053] 本发明中通过对石墨烯涂覆PAN电纺取向纤维丝束，进行210-270℃，1.5-3.5 小时的空气氧化，以及350-620℃，30-90分钟惰性气体环化，制备的石墨烯涂覆的PAN基梯形聚合物纳米纤维取向丝束，具有很好的导电性，可以用作电极材料。可能是由于PAN电纺取向纤维丝束在210-270℃，1.5-3.5小时的空气氧化，以及350-620℃，30-90分钟惰性气体环化可以形成PAN基梯形聚合物，而这种 PAN基梯形聚合物是PAN碳化过程中的中间产物，申请人意外发现，形成的这种PAN基梯形聚合物可以作为电极材料进行储存电能的功能，而经过石墨烯涂敷后的高度取向的PAN纤维丝束在特殊氧化和环化的条件下，由于石墨烯的作用，不仅本身可提高纤维导电性，还可以促进PAN基梯形聚合物的转化，进一步提高PAN基梯形聚合物纳米纤维的导电性，拓宽了材料的应用领域。

[0054] 在一些实施方式中，所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的长度为0.1-0.8mm；优选的，所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的长度为0.2-0.7mm；
更优选的，所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的长度为0.3-0.5mm；进一步优选的，所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的长度为0.4mm。

[0055] 在一些实施方式中，所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维使用机械裁切刀或激光分切机裁切。

[0056] 下面通过实施例对本发明进行具体的描述，一下实施例只能用于本发明做进一步说明，并不能理解为本发明保护的限制，该领域的专业技术人员根据上述发明的内容作出的非本质的改正和调整，仍属于本发明的保护的范围。

[0057] 实施例1

[0058] 石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的制备方法，步骤包括：

[0059] (1)将聚丙烯腈非织造布浸渍石墨烯分散液，烘干后切分成长条；

[0060] (2)将长条进行热空气牵伸，制备石墨烯涂覆PAN电纺取向纤维丝束；

[0061] (3)将电纺取向纤维丝束进行空气氧化，惰性气体环化，形成石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物纳米纤维取向丝束，并进一步切割制得石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维；

[0062] 所述步骤(1)中聚丙烯腈非织造布的制备为：将聚丙烯腈与适量溶剂一起加入到聚合反应釜中，搅拌溶解，得到聚丙烯腈溶液，并进行高压电场静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，收集得到电纺聚丙烯腈纳米非织造布；所述的电纺聚丙烯腈纳米非织造布，纤维直径为820nm；所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺，CAS 号为127-19-5；所述聚合反应釜中的搅拌溶解的温度为40℃，搅拌溶解时间为 10小时；所述聚丙烯腈溶液的绝对粘度在3.1Pa·s；所述收集器与喷丝口的间距为45cm；所述不锈钢网带的走带速度为3m/min；所述高压电场的电场强度为 400kV/m；

[0063] 所述石墨烯分散液中的固含量为0.7wt％，所述石墨烯分散液中还包括分散剂，所述石墨烯分散液中分散剂与石墨烯的重量比为1:0.8；所述长条的宽度为 2.5cm；所述步骤(2)中的热空气牵伸为两段热空气牵伸：第一段牵伸温度为 92℃，石墨烯涂覆电纺PAN纤维非织造布长条带卷的放卷速度为5米/分钟，牵伸比为2倍；第二段牵伸温度为140℃，放卷速度为6米/分钟，牵伸比为5.5倍；所述空气氧化的温度为250℃，时间为2.5小时；所述惰性气体环化的温度为 520℃，时间为60分钟；所述惰性气体为氩气；所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的长度为0.4mm；所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物纳米纤维取向丝束连续长度大于2500米。

[0064] 实施例2

[0065] 石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的制备方法，步骤包括：

[0066] (1)将聚丙烯腈纤维毡浸渍石墨烯分散液，烘干后切分成长条；

[0067] (2)将长条进行热空气牵伸，制备石墨烯涂覆PAN电纺取向纤维丝束；

[0068] (3)将电纺取向纤维丝束进行空气氧化，惰性气体环化，形成石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物纳米纤维取向丝束，并进一步切割制得石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维；

[0069] 所述步骤(1)中聚丙烯腈纤维毡的制备为：将聚丙烯腈与适量溶剂一起加入到聚合反应釜中，搅拌溶解，得到聚丙烯腈溶液，并进行高压电场静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，收集得到电纺聚丙烯腈纳米纤维毡；所述的电纺聚丙烯腈纳米纤维毡布，纤维直径为110nm；所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺，CAS号为127-19-5；所述聚合反应釜中的搅拌溶解的温度为25℃，搅拌溶解时间为5 小时；所述聚丙烯腈溶液的绝对粘度在1.6Pa·s；所述收集器与喷丝口的间距为 30cm；所述不锈钢网带的走带速度为1m/min；所述高压电场的电场强度为 300kV/m；

[0070] 所述石墨烯分散液中的固含量为0.1wt％，所述石墨烯分散液中还包括分散剂，所述石墨烯分散液中分散剂与石墨烯的重量比为1:0.1；所述长条的宽度为 0.5cm；所述步骤(2)中的热空气牵伸为两段热空气牵伸：第一段牵伸温度为 85℃，石墨烯涂覆电纺PAN纤维毡长条带卷的放卷速度为2米/分钟，牵伸比为 1倍；第二段牵伸温度为125℃，放卷速度为3米/分钟，牵伸比为2倍；所述空气氧化的温度为210℃，时间为1.5小时；所述惰性气体环化的温度为350℃，时间为30分钟；所述惰性气体为氩气；所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的长度为0.1mm；所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物纳米纤维取向丝束连续长度大于1500米。

[0071] 实施例3

[0072] 石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的制备方法，步骤包括：

[0073] (1)将聚丙烯腈纤维毡浸渍石墨烯分散液，烘干后切分成长条；

[0074] (2)将长条进行热空气牵伸，制备石墨烯涂覆PAN电纺取向纤维丝束；

[0075] (3)将电纺取向纤维丝束进行空气氧化，惰性气体环化，形成石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物纳米纤维取向丝束，并进一步切割制得石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维；

[0076] 所述步骤(1)中聚丙烯腈纤维毡的制备为：将聚丙烯腈与适量溶剂一起加入到聚合反应釜中，搅拌溶解，得到聚丙烯腈溶液，并进行高压电场静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，收集得到电纺聚丙烯腈纳米纤维毡；所述的电纺聚丙烯腈纳米纤维毡，纤维直径为1530nm；所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺，CAS号为 127-19-5；所述聚合反应釜中的搅拌溶解的温度为50℃，搅拌溶解时间为15小时；所述聚丙烯腈溶液的绝对粘度在5.3Pa·s；所述收集器与喷丝口的间距为60cm；所述不锈钢网带的走带速度为5m/min；所述高压电场的电场强度为500kV/m；

[0077] 所述石墨烯分散液中的固含量为2wt％，所述石墨烯分散液中还包括分散剂，所述石墨烯分散液中分散剂与石墨烯的重量比为1:1；所述长条的宽度为5cm；所述步骤(2)中的热空气牵伸为两段热空气牵伸：第一段牵伸温度为100℃，石墨烯涂覆电纺PAN纤维毡长条带卷的放卷速度为8米/分钟，牵伸比为3倍；第二段牵伸温度为150℃，放卷速度为8米/分钟，牵伸比为8倍；所述空气氧化的温度为270℃，时间为3.5小时；所述惰性气体环化的温度为620℃，时间为 90分钟；所述惰性气体为氦气；所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的长度为0.8mm；所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物纳米纤维取向丝束连续长度大于2000米。

[0078] 实施例4

[0079] 石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的制备方法，步骤包括：

[0080] (1)将聚丙烯腈非织造布浸渍石墨烯分散液，烘干后切分成长条；

[0081] (2)将长条进行热空气牵伸，制备石墨烯涂覆PAN电纺取向纤维丝束；

[0082] (3)将电纺取向纤维丝束进行空气氧化，惰性气体环化，形成石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物纳米纤维取向丝束，并进一步切割制得石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维；

[0083] 所述步骤(1)中聚丙烯腈非织造布的制备为：将聚丙烯腈与适量溶剂一起加入到聚合反应釜中，搅拌溶解，得到聚丙烯腈溶液，并进行高压电场静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，收集得到电纺聚丙烯腈纳米非织造布；所述的电纺聚丙烯腈纳米非织造布，纤维直径为520nm；所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺，CAS 号为127-19-5；所述聚合反应釜中的搅拌溶解的温度为30℃，搅拌溶解时间为8 小时；所述聚丙烯腈溶液的绝对粘度在2.2Pa·s；所述收集器与喷丝口的间距为 35cm；所述不锈钢网带的走带速度为2m/min；所述高压电场的电场强度为 350kV/m；

[0084] 所述石墨烯分散液中的固含量为0.5wt％，所述石墨烯分散液中还包括分散剂，所述石墨烯分散液中分散剂与石墨烯的重量比为1:0.5；所述长条的宽度为 1cm；所述步骤(2)中的热空气牵伸为两段热空气牵伸：第一段牵伸温度为90℃，石墨烯涂覆电纺PAN纤维非织造布长条带卷的放卷速度为3米/分钟，牵伸比为 1.5倍；第二段牵伸温度为135℃，放卷速度为4米/分钟，牵伸比为4倍；所述空气氧化的温度为230℃，时间为2小时；所述惰性气体环化的温度为400℃，时间为50分钟；所述惰性气体为氦气；所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的长度为0.2mm；所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物纳米纤维取向丝束连续长度大于2000米。

[0085] 实施例5

[0086] 石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的制备方法，步骤包括：

[0087] (1)将聚丙烯腈非织造布浸渍石墨烯分散液，烘干后切分成长条；

[0088] (2)将长条进行热空气牵伸，制备石墨烯涂覆PAN电纺取向纤维丝束；

[0089] (3)将电纺取向纤维丝束进行空气氧化，惰性气体环化，形成石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物纳米纤维取向丝束，并进一步切割制得石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维；

[0090] 所述步骤(1)中聚丙烯腈非织造布的制备为：将聚丙烯腈与适量溶剂一起加入到聚合反应釜中，搅拌溶解，得到聚丙烯腈溶液，并进行高压电场静电纺丝，用不锈钢网带为收集器，收集得到电纺聚丙烯腈纳米非织造布；所述的电纺聚丙烯腈纳米非织造布，纤维直径为1080nm；所述溶剂为N,N-二甲基乙酰胺，CAS 号为127-19-5；所述聚合反应釜中的搅拌溶解的温度为45℃，搅拌溶解时间为12小时；所述聚丙烯腈溶液的绝对粘度在5.1Pa·s；所述收集器与喷丝口的间距为55cm；所述不锈钢网带的走带速度为4m/min；所述高压电场的电场强度为 450kV/m；

[0091] 所述石墨烯分散液中的固含量为1wt％，所述石墨烯分散液中还包括分散剂，所述石墨烯分散液中分散剂与石墨烯的重量比为1:0.9；所述长条的宽度为4cm；所述步骤(2)中的热空气牵伸为两段热空气牵伸：第一段牵伸温度为95℃，石墨烯涂覆电纺PAN纤维非织造布长条带卷的放卷速度为7米/分钟，牵伸比为2.5 倍；第二段牵伸温度为145℃，放卷速度为8米/分钟，牵伸比为4倍；所述空气氧化的温度为260℃，时间为3小时；所述惰性气体环化的温度为550℃，时间为70分钟；所述惰性气体为氩气；所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物超短纳米纤维的长度为0.5mm；所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物纳米纤维取向丝束连续长度大于2000米。

[0092] 对比例1

[0093] 与实施例1的区别在于石墨烯分散液的浓度为3wt％；所述石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物纳米纤维取向丝束连续长度大于1500米。

[0094] 对比例2

[0095] 与实施例1的区别在于空气氧化的温度为150℃，惰性气体环化的温度为 300℃；所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物纳米纤维取向丝束连续长度大于2000 米。

[0096] 对比例3

[0097] 与实施例1的区别在于惰性气体环化的温度为300℃；所述石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物纳米纤维取向丝束连续长度大于2000米。

[0098] 对比例4

[0099] 与实施例1的区别在于惰性气体环化的温度为800℃；所述石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物纳米纤维取向丝束连续长度大于2000米。

[0100] 对比例5

[0101] 与实施例1的区别在于惰性气体环化的时间为20分钟；所述石墨烯涂覆PAN 基梯形聚合物纳米纤维取向丝束连续长度大于2500米。

[0102] 对比例6

[0103] 与实施例1的区别在于惰性气体环化的时间为120分钟；所述石墨烯涂覆 PAN基梯形聚合物纳米纤维取向丝束连续长度大于2000米。

[0104] 对比例7

[0105] 与实施例1的区别在于所述步骤(2)中的热空气牵伸为一段热空气牵伸；所述石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物纳米纤维取向丝束连续长度大于1500米。

[0106] 性能测试

[0107] 对实施例1-实施例5以及对比例1-7制备的石墨烯涂覆PAN基梯形聚合物纳米纤维进行其力学强度、电导率、取向度测试，其中电导率由GB T 32993-2016 测试，断裂强度和断裂伸长率的测试采用GB/T14337-1993，取向度由广角X射线衍射法测试其取向度；测试结果如表1所示。

[0108] 表1性能测试结果

[0109]

[0110] 前述的实例仅是说明性的，用于解释本公开的特征的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。而且在科技上的进步将形成由于语言表达的不准确的原因而未被目前考虑的可能的等同物或子替换，且这些变化也应在可能的情况下被解释为被所附的权利要求覆盖。