[發(fā)明專利]石墨烯復合改性高強度聚乙烯纖維及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510165000.1
• 申請日: 2015-04-09
• 公開（公告）號: CN104762683A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 周新基;高繼業(yè);朱建軍
• 申請（專利權）人: 江蘇九九久科技股份有限公司
• 主分類號: D01F6/46
• 分類號: D01F6/46;D01F1/10;D01D5/06
• 代理公司: 南通市永通專利事務所 32100
• 代理人: 葛雷

技術領域

本發(fā)明涉及一種聚乙烯纖維及其制備方法。

背景技術

超高分子量聚乙烯纖維是當今世界應用最成熟的高性能纖維之一，在航空、航天、軍工、海洋工程、玻璃加工等眾多領域有著廣泛的應用，特別是以它為基礎材料制作的防彈衣、防彈板、防彈頭盔、防爆盾牌等在個人防護和裝甲防護方面的應用越來越深入。

但是由于聚乙烯本身的結構決定了其在耐溫性和傳熱性方面較差，長期使用溫度不高于80度，短期可以在120度下使用，導熱系數(shù)只有20w/m.k。由高強聚乙烯纖維制成的無緯布制品在受到外部沖擊力時，不能夠迅速地將動能所轉化成的熱能傳導出去，再加上纖維自身耐溫性差，很容易因局部過熱導致制品被外力擊穿。這些缺點導致了目前人們以高強聚乙烯為基體開發(fā)的防彈制品一般重量較重，以防彈衣為例，輕則1.5kg，重則3kg，甚至還要外加防彈插板，非常不利于穿著。若能夠提高高強聚乙烯纖維的耐溫性和傳熱性能，其無緯布制品在受到外力沖擊時，便可以有更好的抗沖擊性能，可以以更輕的重量獲得同等防彈性能。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種制備簡便、性能優(yōu)異的石墨烯復合改性高強度聚乙烯纖維及其制備方法。

本發(fā)明的技術解決方案是：

一種石墨烯復合改性高強度聚乙烯纖維，其特征是：由UHMWPE、石墨烯組成；其中按重量百分比計算，UHMWPE占98%-99.8%，石墨烯占0.2%-2%；UHMWPE的分子量在240萬-260萬之間；石墨烯粒徑0.5-1.5um，粒徑0.33-0.35nm。

一種石墨烯復合改性高強度聚乙烯纖維的制備方法，其特征是：包括下列步驟：

（1）制備石墨烯預分散液：將一定量的石墨烯與偶聯(lián)劑、非離子表面活性劑投入到白油介質中，利用強力乳化機進行乳化；

（2）制備UHMWPE懸浮液：將UHMWPE原料與溶劑白油投入混合釜中攪拌制成均勻的懸浮液；

?（3）將制備好的石墨烯預分散液加入到UHMWPE懸浮液中配制成紡絲原液，攪拌均勻；

（4）攪拌均勻的紡絲原液經(jīng)雙螺桿擠出機中進行升溫溶解擠出，經(jīng)冷卻成凍膠絲；

（5）平衡至少48小時后的凍膠絲進行萃取、干燥和后拉伸，獲得石墨烯復合改性高強聚乙烯纖維。

步驟（1）中：所述石墨烯在白油中的濃度為5%；所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑，用量為石墨烯的1%-2%；所述非離子表面活性劑為聚乙二醇醚類非離子表面活性劑，用量為石墨烯的2.5-5%；所述白油為C18-C22的烷烴，40℃下的運動粘度70-75Cst；乳化時間2h-4h。

步驟（2）中：所述UHMWPE原料分子量400萬-500萬，在白油中的濃度為8-10%；所述混合釜的保溫溫度為70℃；所述攪拌時間2h-4h，攪拌轉速60rpm。

步驟（3）中：所述攪拌時間1h-2h，攪拌轉速60rpm。

步驟（4）中：所述雙螺桿擠出機的長徑比54-70，由進料段、升溫段、溶解段和勻混段構成；所述升溫段最低溫度240℃，溶解段最高溫度260℃；所述冷卻溫度0-15℃。

步驟（5）中：所述萃取劑為二甲苯、碳氫清洗劑或四氯乙烯，萃取溫度20-40℃；所述干燥溫度15-35℃；所述后拉伸倍數(shù)不低于7倍。

本發(fā)明制備方法簡便，性能優(yōu)異。通過石墨烯復合改性的手段來提高高強聚乙烯纖維的耐溫溫度和傳熱速率。石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，比面積高達2630m2/g，導熱系數(shù)高達5300?W/m·K，常溫下其電子遷移率超過15000?cm2/V·s，而電阻率只約10-8?Ω·m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。將石墨烯通過原液添加的辦法混入UHMWPE的白油溶液中，攪拌均勻，再利用濕法紡絲法紡制石墨烯改性高強聚乙烯纖維，有效改善了性能。

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。

具體實施方式

一種石墨烯復合改性高強度聚乙烯纖維，其特征是：由UHMWPE、石墨烯組成；其中按重量百分比計算，UHMWPE占98%-99.8%，石墨烯占0.2%-2%；UHMWPE的分子量在240萬-260萬之間；石墨烯粒徑0.5-1.5um，粒徑0.33-0.35nm。

所述的石墨烯復合改性高強度聚乙烯纖維，其制備方法包括下列步驟：

（1）制備石墨烯預分散液：將一定量的石墨烯與偶聯(lián)劑、非離子表面活性劑投入到白油介質中，利用強力乳化機進行乳化；