[发明专利]石墨烯复合超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯复合超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：准备玻璃纤维预混液：将玻璃纤维分散于第一白油中，得到玻璃纤维预混液；准备石墨烯浆料：将石墨烯分散在第二白油中，得到石墨烯浆料；制备纺丝混合液：将玻璃纤维预混液、石墨烯浆料、UHMWPE粉、抗氧剂混合于第三白油中，得到纺丝混合液；纺丝混合液经溶胀、混合后形成熔融状态，将熔融状态的纺丝混合液挤出；再冷却形成冻胶丝；和将冻胶丝制得石墨烯复合超高分子量聚乙烯纤维。本发明公开的方法不仅可以解决在超高分子量聚乙烯的粘弹性高的情况下，玻璃纤维分散性差的难题，而且在保证纱线的柔性基础上，有效提高了UHMWPE纤维的耐切割性能。

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，属于高性能纤维技术领域。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维，也称超高强度聚乙烯(UHMWPE)纤维、超高模量聚乙烯(UHMWPE)纤维。由于UHMWPE有无可匹敌的超高拉伸强度，因此可通过凝胶纺丝法制得超高弹性模量和强度的纤维，其拉伸强度高达3～3.5GPa，拉伸弹性模量高达100～125GPa；纤维强度是迄今已商品化的所有纤维中最高的，比碳纤维大4倍，比钢丝大10倍，比芳纶纤维大50％。其被广泛应用于军事装备、航空航天、海洋作业、体育器材等领域。

从提高纤维耐切割性能考虑的专利有CN102828312A、JP2004-19050、WO2008/046476、CN102037169A等，其中多利用高分子量聚乙烯、高对称结构聚酰胺等高强纤维与无机金属或玻璃纤维包覆的方式，但因加入无机金属、玻璃纤维等硬质材料而导致体感变硬、佩戴无舒适感。而石墨烯具有良好的力学性能及自润滑性，可包覆在硬质材料表面，增加其润滑性，弥补其不足。经试验，如果在纺丝混合液过程中直接加入石墨烯粉末，会造成石墨烯大量团聚，其中的石墨烯颗粒粒径分布广，尺寸较大，团聚严重，很难与白油形成有效的界面结合，得到分散性很差的纺丝混合液，且纺丝混合液中石墨烯分散均匀稳定性差，货架期较短。而复合材料中，增强相在基体中的分散对材料的性能有着至关重要的影响。

现有技术中所列明的技术内容仅代表发明人所掌握的技术，并不理所当然被认为是现有技术而用于评价本发明的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种均匀分散有石墨烯的超高分子量聚乙烯纤维。

本发明的另一目的是提供上述石墨烯复合超高分子量聚乙烯纤维的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种石墨烯复合超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：

准备玻璃纤维预混液：将玻璃纤维分散于第一白油中，得到玻璃纤维预混液；

准备石墨烯浆料：将石墨烯分散在第二白油中，得到石墨烯浆料；

制备纺丝混合液：将玻璃纤维预混液、石墨烯浆料、UHMWPE粉、抗氧剂混合于第三白油中，得到纺丝混合液；

纺丝混合液经溶胀、混合后形成熔融状态，将熔融状态的纺丝混合液挤出；

再冷却形成冻胶丝；和

将冻胶丝制得石墨烯复合超高分子量聚乙烯纤维。

本发明公开的内容中，所述第一白油、第二白油、第三白油都是白油，“第一”、“第二”和“第三”不是对白油本身的限定，是为了区分在本发明制备方法不同应用之处。

根据本发明的一个方面，所述玻璃纤维预混液中含有玻璃纤维5-30wt％，优选10-25wt％，最佳25wt％。