[发明专利]一种含石墨烯的超高分子量聚乙烯无纬布及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯无纬布的制备领域，尤其涉及一种含石墨烯的超高分子量聚乙烯无纬布及其制备方法，可应用于防弹衣、防弹插板、防弹装甲板或防弹盾牌等防弹产品。

背景技术

超高分子量聚乙烯无纬布是制备防弹制品的主要材料之一，由超高分子量聚乙烯纤维和树脂构成。例如由申请人申请的中国专利CN203203470U。超高分子量聚乙烯无纬布的防弹机理包括：1、无纬布受子弹冲击时，纤维会迅速把子弹的冲击波能量沿纤维轴向扩展开，纤维断裂时也需吸收断裂能；2、无纬布受子弹冲击时，树脂的变形与碎裂也吸收一部分的子弹冲击波，而且无纬布层间的树脂也会使子弹冲击波沿防弹制品厚度方向传递。因此，超高分子量聚乙烯无纬布在防弹时，不仅需要高强度的超高分子量聚乙烯纤维，也需要高强度的树脂以及能传递子弹冲击波的介质。

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，这种独特而完美的结构使它具有优异的力学和热学等特性，例如石墨烯具有高达130GPa的强度和超高的热导率。聚合物/石墨烯型的纳米复合材料属于聚合物和层状的无机物分子在分子水平上的复合。

石墨烯与超高分子量聚乙烯的复合材料应用于防弹产品中已有研究，中国专利CN102618955A公开了一种超高分子量聚乙烯/石墨烯复合纤维及其制备方法，在该专利中是将石墨烯粉末引入到超高分子量聚乙烯纤维中，然而由于石墨烯和超高分子量聚乙烯纤维相互之间亲和力差，要做到混合均匀非常困难，该专利采用对石墨烯粉末进行表面净化处理和偶联剂处理，以试图解决这一技术问题，然而效果依然不理想。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题提出的。

本发明的一个目的是提供一种复合效果好的石墨烯/超高分子量聚乙烯无纬布及其制备方法。

本发明的第二个目的是提供一种复合效果好的氧化石墨烯/超高分子量聚乙烯无纬布及其制备方法

本发明的第三个目的是提供了一种将上述石墨烯或氧化石墨烯/超高分子量聚乙烯无纬布应用于防弹衣、防弹插板、防弹装甲板或防弹盾牌等的防弹材料。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种石墨烯/超高分子量聚乙烯无纬布，其特征在于，所述无纬布包括超高分子量聚乙烯纤维、树脂和石墨烯，以所述超高分子量聚乙烯纤维为骨架材料，包含有石墨烯的树脂填充于该骨架材料中，其中，石墨烯占树脂固含量的重量百分数为0.01-10wt％，优选为1-10％，更优选为2-9％，例如3％、4％、5％、6％、7％、8％。

在上述石墨烯/超高分子量聚乙烯无纬布的一个较佳实施例中，所述石墨烯还包括氧化石墨烯。

在上述石墨烯/超高分子量聚乙烯无纬布的另一较佳实施例中，所述石墨烯的层片厚度在0.01-150μm，优选为10-120μm，更优选为50-80μm。

在上述石墨烯/超高分子量聚乙烯无纬布中，所述树脂为任选的热塑性树脂和/或热固性树脂。

本发明的第二个方面是提供一种上述石墨烯/超高分子量聚乙烯无纬布的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将石墨烯均匀分散在水中；

步骤2：将步骤1的含石墨烯的水溶液加入到树脂中，搅拌均匀；

步骤3：用步骤2的含石墨烯的树脂溶液制备石墨烯/超高分子量聚乙烯无纬布。

在上述制备方法中，优选地，所述水为去离子水。

在上述制备方法的一个较佳实施例中，所述石墨烯还包括氧化石墨烯。

在上述制备方法的另一较佳实施例中，所述石墨烯占树脂固含量的重量百分比为0.01-10wt％，优选为0.05-5％，更优选为0.1-3％，例如0.15％、0.30％、0.45％、0.60％、0.75％、0.90％。

本发明的第三个方面是提供一种防弹材料，所述防弹材料由上述石墨烯/超高分子量聚乙烯无纬布制成。

在上述防弹材料中，优选地，所述防弹材料为防弹衣、防弹插板、防弹装甲板或防弹盾牌。

本发明采用在制备超高分子量聚乙烯无纬布的树脂中加入石墨烯，并选用去离子水对石墨烯的溶解能力好，适用于不同石墨烯含量的超高分子量聚乙烯无纬布的制备。