[发明专利]改性石墨烯超高分子量聚乙烯纤维及制备方法

说明书

本发明的目的是提供一种改性石墨烯超高分子量聚乙烯纤维及制备方法，先将石墨烯或氧化石墨烯改性接枝长链烷烃，再与70#纺丝专用白油混合制备成改性石墨烯悬浮粘，再将粘均分子量为大于500万的超高分子量聚乙烯粉末添加到改性石墨烯悬浮液中混合溶胀，再将纺丝悬浮液注入到双螺杆挤出机中进行挤出制成初生原丝，之后将静置应力松弛后的初生原丝经过萃取拉伸工艺，即可得到改性石墨烯超高分子量聚乙烯纤维，提高了纤维的强度、耐冲击力、耐磨性和防静电功能，可在各个领域实现对现有高强复合材料纤维形成替代效应。

技术领域

本发明涉及差异化纤维产品领域，尤其涉及一种高强度的改性石墨烯超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯是一种线型聚合物，是由单体单元结构为（-CH2-CH2-）的线性分子构成，是一种没有侧向分支的长链型的线性结构聚合物，分子量在1×106g/mol以上，结晶度一般在65%-85%，其所制成的纤维又称高强度高模量聚乙烯纤维，其分子结构规整、对称，非极性的链结构及伸直链结构使得该纤维具有优良的化学惰性、疏水和极高的拉伸强度。使其在航空航天、军事安全以及特种缆绳等领域有广泛应用，但是该平面锯齿形的构象结构分子链赋予材料高强度的同时也带来一些缺点，例如，耐热性较差，易发生蠕变等。

石墨烯是一种新型纳米材料，是由碳原子经过SP2杂化后形成的二维平面蜂窝状薄膜，其具有良好的强度、柔韧、导热、导电性能，并且具有极高的比表面积，其常用作纳米材料添加到各类材料中，被誉为“新材料之王。”

已经公开的CN105420833A专利中，采用油胺或油酸对石墨烯进行改性，使其与白油和超高分子量聚乙烯混合，在利用凝胶纺丝法纺丝，该专利在生产中由于油胺具有刺激性和腐蚀性易使设备使用周期不长，且油胺和油酸具有不饱和键存在，在工业实际生产的高温条件下，有未知因素存在。

专利号为CN102618955A公开了一种超高分子量聚乙烯/石墨烯复合纤维制备方法，将石墨烯粉末进行表面净化处理和偶联剂处理后，均匀分散在超高分子量聚乙烯和石蜡油或十氢萘中，所制成的纤维强度可达2.5Gpa,拉伸模量为130Gpa。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性石墨烯超高分子量聚乙烯纤维及制备方法，以解决纳米级石墨烯在聚合物中分散问题，改善石墨烯在聚合物中团聚现象，使石墨烯在纤维中发挥作用。

为实现上述发明目的，该改性石墨烯超高分子量聚乙烯纤维的制备方法为，先将石墨烯改性使其表面富含官能团，再在官能团基础上接枝长链烷基胺或长链硅氧烷，再将改性石墨烯与70#纺丝专用白油混合制备成石墨烯悬浮液，将纺丝悬浮液和超高分子量聚乙烯混合溶胀后注入到双螺杆挤出机中进行挤出制成初生原丝，之后将经过静置后的初生原丝经过萃取拉伸工艺，即可得到改性石墨烯超高分子量聚乙烯纤维，提高产品了的断裂伸长率和高聚物的结晶速率。

本发明提供一种改性石墨烯超高分子量聚乙烯纤维及制备方法，改性石墨烯超高分子量聚乙烯纤维包括有超高分子量聚乙烯粉末、70#纺丝专用白油、石墨烯、长链烷基胺或长链烷基硅氧烷、酰胺反应脱水剂等，包括有以下步骤：

步骤一：石墨烯的接枝改性：

1)将氧化石墨烯或石墨烯添加到二甲基甲酰胺和二氯甲烷的溶液中，超声使其均匀分散，制备成反应溶液。

2)将反应溶液加热到50~120℃，在氮气保护下加入酰胺反应脱水剂和长链烷基胺或长链烷基硅氧烷，在搅拌回流作用下混合反应24h~48h。

3)将反应液通过过滤设备并用乙醇和去离子水洗涤并干燥制成亲油改性石墨烯。