[发明专利]一种石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维及其制备方法，所述复合纤维包括以下组分：聚乙烯、增强体、分散剂、抗氧剂；所述聚乙烯、增强体的重量比为：20～25:1.5～4.5；所述增强体为硬质纤维和石墨烯。本发明通过将硬质纤维与石墨烯混合加入超高分子量聚乙烯中，获得了具有高强度、耐切割、提升了耐穿刺和耐高温的超高分子量聚乙烯复合纤维，尤其抗切割等级达到美国标准5级，主要应用于各种抗切割耐磨纺织品，如水龙带编织布、电缆、光缆外保护层编织布，个人防护领域的防切割手套、防切割护袖、防护服装、防护鞋、帽、围裙等安全护具以及体育运动装具、民用功能性纺织品等。

技术领域

本发明涉及聚乙烯纤维技术领域，具体地说，涉及一种石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维是三大高技术纤维之一，是已经商业化生产的比强度最高的纤维，主要应用于安全防护、航空、兵器、体育等领域。超高分子量聚乙烯(Ultra-highMolecular Polyethylene，简称UHMWPE)是指重均分子量大于150万的线性聚乙烯。其链结构为典型的线性结构，支链极少，远远低于普通聚乙烯，支化点小于1/1000个，大分子链超长，达到数万纳米，因此是制备柔性链高强度纤维的理想材料。为防止尖锐物侵害,特别是在超速运动、突发应急事件环境下，需要一种高防切割性纤维及其编织品(如各种军民用设施、衣帽、手脚套等)的研发一直受到国内外业界的瞩目。

专利CN106149085A中公开了一种耐切割超高分子量聚乙烯复合纤维，由超高分子量聚乙烯和可膨胀有机硅酸盐黏土、改性石墨烯、抗氧剂构成。将可膨胀有机硅酸盐，石墨烯引入到超高分子量聚乙烯纤维中，使得超高分子量聚乙烯纤维无需再复合其他硬质纤维就可以达到良好的耐切割性能，其耐切割性能达到欧标5级(相当于美标3级)。

专利CN106555244A中公开了一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维，包括超高分子量聚乙烯纤维；分散在所述超高分子量聚乙烯纤维中的硬质纤维；所述超高分子量聚乙烯纤维和硬质纤维的质量比为100：(2～8)。该专利通过控制硬质纤维含量，改善制备过程中的纺丝原液的拉伸粘度，从而进一步改善成品纤维的力学性能，得到的成品纤维具有较高的强度，同时断裂伸长率高且断头数低，其耐切割性能达到欧标5级(相当于美标3级)。

专利CN106555245A中公开了一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维，包括超高分子量聚乙烯纤维；分散在所述超高分子量聚乙烯纤维中的硬质纤维和溶剂油；所述超高分子量聚乙烯纤维、硬质纤维和溶剂油的质量比为100：(3～6)：(0.3～2)。该专利通过溶剂油对硬质纤维的浸润作用，使硬质纤维与超高分子量聚乙烯更好的相容，同时，溶剂油的加入有利于硬质纤维在超高分子量聚乙烯中的均匀分布，使成品纤维具有较高的断裂伸长率，其耐切割性能达到欧标5级(相当于美标3级)。

专利CN106555247A中公开了一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维，包括超高分子量聚乙烯纤维；分散在所述超高分子量聚乙烯纤维中的硬质纤维和铁粉；所述超高分子量聚乙烯纤维、硬质纤维和铁粉的质量比为100：(3～6)：(0.01～0.05)。本专利通过铁粉与硬质纤维相互作用，能够提高成品纤维的强度；同时，铁粉的加入有利于硬质纤维在超高分子量聚乙烯中的均匀分布，使成品纤维具有较低的强度变化率，提高成品纤维的质量稳定性，其耐切割性能达到欧标5级(相当于美标3级)。

专利CN106555243A中公开了一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维，包括超高分子量聚乙烯纤维；分散在所述超高分子量聚乙烯纤维中的硬质纤维和硬质纤维矿渣；所述超高分子量聚乙烯纤维、硬质纤维和硬质纤维矿渣的质量比为100：(3～6)：(0.001～0.18)。本专利通过加入硬质纤维矿渣使硬质纤维在超高分子量聚乙烯中分布更均匀，从而使成品纤维具有较高的强度均匀性，同时提高成品纤维的耐摩擦性，其耐切割性能达到欧标5级(相当于美标3级)。

然而，上述专利获得的超高分子量聚乙烯纤维的热熔性不强，不具备较好的耐高温性能，且主要物理特性——抗切割性能最高也只能达到欧标5级(相当于美标3级水平)。