[發明專利]超高分子量聚乙烯/石墨烯復合纖維制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201210078324.8
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102618955A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 馬天;張建春;張濤;張華;高鵬剛;何錦風;陸國軍;馬永明;黃憶婷
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍總后勤部軍需裝備研究所;江蘇中益特種纖維有限公司
• 主分類號: D01F6/46
• 分類號: D01F6/46;D01F1/10;D01D5/40;F41H1/00;F41H1/02;F41H1/04
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;徐寧

1.一種超高分子量聚乙烯/石墨烯復合纖維，由石墨烯與由超高分子量聚乙烯在100～200℃均聚而得的產物組成；

其中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量為1×10⁶～4×10⁶；所述石墨烯的直徑為0.6～1.8μm，厚度為0.5～5nm。

2.根據權利要求1所述的復合纖維，其特征在于：所述復合纖維中石墨烯的質量百分含量為0.01～5％，具體為0.1～2％；

所述超高分子量聚乙烯的重均分子量為1×10⁶～3×10⁶；所述石墨烯的直徑為0.6～1.8μm，厚度為0.5～5nm；

所述均聚步驟中，時間為1～4小時。

3.根據權利要求1或2所述的復合纖維，其特征在于：所述復合纖維中，所述石墨烯與所述由超高分子量聚乙烯在100～200℃均聚而得的產物以物理方式均勻混合；

所述復合纖維的拉伸強度為1.8～3.0GPa，具體為1.8～2.5GPa；拉伸模量為95～140GPa，具體為90～130GPa；在氮氣氣氛中的熱分解溫度為370～420℃，具體為370～400℃。

4.一種制備權利要求1-3任一所述復合纖維的方法，包括如下步驟：將石墨烯粉末進行表面凈化處理和偶聯劑處理后，均勻分散在含有超高分子量聚乙烯的石蠟油或十氫萘中，在剪切條件下升溫至100～200℃進行均聚后得到凝膠，再將所述凝膠進行紡絲，得到所述復合纖維；

其中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量為1×10⁶～4×10⁶；

所述石墨烯的直徑為0.6～1.8μm，厚度為0.5～5nm。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于：所述石墨烯與所述超高分子量聚乙烯的質量比為0.01～5∶95～99.99，具體為0.1～2∶98～99.9；

所述超高分子量聚乙烯的重均分子量為1×10⁶～3×10⁶；

所述石墨烯的直徑為0.8～1.5μm，厚度為0.5～2nm。

所述表面凈化處理步驟包括如下步驟：將所述石墨烯于高錳酸鉀的硫酸溶液中回流；

所述偶聯劑處理步驟包括如下步驟：將經過表面凈化處理后的石墨烯與硅烷偶聯劑于溶劑中回流。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于：所述表面凈化處理步驟中，所述高錳酸鉀的硫酸溶液中，高錳酸鉀的濃度為0.5～10g/100ml，具體為2～8g/100ml，所述石墨烯與所述高錳酸鉀的硫酸溶液的用量比為0.1～2g∶100ml，具體為0.2～0.5g石墨烯∶100ml；所述回流步驟中，時間為0.5～3小時；

所述偶聯劑處理步驟中，所述偶聯劑選自3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和鈦酸酯中的至少一種；所述偶聯劑在所述溶劑中的濃度為1～4g/100ml，具體為2～4g/100ml，所述石墨烯與所述溶劑的用量比為0.1～2g石墨烯∶100ml，具體為0.2～0.5g石墨烯∶100ml；所述溶劑選自乙醇、異丙醇和丙酮中的至少一種；所述回流步驟中，時間為1～3小時。

7.根據權利要求4-6任一所述的方法，其特征在于：所述均勻分散步驟中，分散的方法為超聲分散；所述超聲分散步驟中，頻率為25～60Hz，具體為25～40Hz，功率為180～350W，具體為200～300W；

所述剪切步驟中，剪切轉速為75～3000r/min；

所述升溫至100～200℃均聚步驟中，升溫速率為0.5～1℃/min，時間為1～4小時。

8.權利要求1-3任一所述復合纖維在制備抗沖擊材料和/或減震材料中的應用。

9.含有權利要求1-3任一所述復合纖維的抗沖擊材料和/或減震材料。

10.根據權利要求8或9所述的應用，其特征在于：所述抗沖擊材料為防彈材料，具體為防彈衣、防彈頭盔和防彈插板中的至少一種；所述減震材料為防彈材料，具體為防彈衣、防彈頭盔和防彈插板中的至少一種。