复合型超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种复合型超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，复合型超高分子量聚乙烯纤维混有硬质纤维和改性石墨烯，所述硬质纤维的含量为0.5wt％‑3wt％；所述改性石墨烯的含量为0.5wt％‑10wt％。所述复合型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法包括：将硬质纤维与第二白油混合，得到硬质纤维预混液；制备纺丝液：将所述石墨烯白油浆料、所述硬质纤维预混液、第二UHMWPE、抗氧剂及第三白油混合，得到纺丝液；和制备复合纤维：将所述纺丝液经溶胀、熔融挤出、冷却后形成冻胶丝，由所述冻胶丝制备得到复合纤维。本发明专利技术有效的提高了超高分子量聚乙烯复合纤维的防切割性能，弥补了硬质纤维导致手套硬度大、体感差的缺陷，三者配合，产生了意料不到的技术效果。

Composite UHMWPE Fiber and Its Preparation Method

The invention provides a composite ultra-high molecular weight polyethylene fiber and a preparation method thereof. The composite ultra-high molecular weight polyethylene fiber is mixed with hard fibers and modified graphene. The content of the hard fibers is 0.5wt%3wt%, and the content of the modified graphene is 0.5wt%10wt%. The preparation method of the composite ultra-high molecular weight polyethylene fiber includes: mixing the hard fiber with the second white oil to obtain the hard fiber premix; preparing the spinning solution: mixing the graphene white oil slurry, the hard fiber premix, the second UHMWPE, the antioxidant and the third white oil to obtain the spinning solution; and preparing the composite fiber: swelling and melting extrusion of the spinning solution; The gelatin filament is formed after being discharged and cooled, and the composite fiber is prepared from the gelatin filament. The invention effectively improves the anti-cutting performance of ultra-high molecular weight polyethylene composite fibers, makes up for the defects of hard fibers leading to high hardness and poor body feeling of gloves, and produces unexpected technical effects by combining the three.

【技术实现步骤摘要】
复合型超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法
本专利技术大致属于高性能纤维制备
，具体涉及一种复合型超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。
技术介绍
超高分子量聚乙烯纤维，又称高强高模聚乙烯纤维，是指由相对分子量在100万以上的聚乙烯所纺出来的纤维。由于超高分子量聚乙烯纤维具有质量轻、耐冲击、介电性能高等优点，被广泛用于航空航天领域、海域防御领域、武器装备领域和日常工业领域。在日常工业领域，超高分子量聚乙烯纤维最常被用于制备具有耐切割功能的产品，例如，耐切割手套、耐切割帐篷、耐切割绳索等。但是，仅由聚乙烯粉末制备的超高分子量聚乙烯纤维的耐切割性能有限，由其制成的工业手套的耐切割性能仅能达到工业手套防护欧洲标准EN388标准的三级要求；而通过向其中添加硬质纤维，可以使耐切割性能达到EN388标准的五级要求，但由于硬质纤维的柔韧性及舒适性较差，实际应用并不理想。因此，在实际应用上更多的指向开发一种能达到EN388五级要求的、同时又柔软舒适的超高分子量聚乙烯纤维，用于制备工业手套等产品。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。但如果在纺丝液过程中直接加入石墨烯粉末，会造成石墨烯大量团聚，得到分散性很差的纺丝液，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。
技术介绍
部分的内容仅仅是专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
技术实现思路
针对现有技术存在问题中的一个或多个，在本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种石墨烯白油浆料，包括：改性石墨烯、白油和UHMWPE，其中所述改性石墨烯的含量为0.1wt％-15wt％，所述UHMWPE的含量为0.01wt％-5wt％。作为优选方案，所述石墨烯白油浆料中，所述改性石墨烯的含量为1wt％-8wt％，所述UHMWPE的含量为0.05wt％-0.5wt％。本专利技术还提供上述石墨烯白油浆料的制备方法，包括：制备改性石墨烯：将氧化石墨分散到第一溶剂中，加入改性剂进行改性，得到改性石墨烯；和制备石墨烯白油浆料：将所述改性石墨烯分散到第二溶剂中制备得到石墨烯分散液，研磨所述石墨烯分散液后去除第二溶剂得到剩余物，将所述剩余物、第一UHMWPE和第一白油混合，先升温至第一温度，再升温至第二温度，所述第二温度比第一温度高40-80℃，保温得到石墨烯白油浆料。其中，所述改性石墨烯是将氧化墨烯表面的含氧基团(如羟基、羧基等)与改性剂发生键合，使氧化石墨烯表面的含氧基团脱除，并接枝上长链烷基，亲油性增强，能够更好的分散在白油、丙酮、甲苯等极性溶剂中。本专利技术中，氧化石墨经超声波粉碎后，变成氧化石墨烯，氧化石墨烯表面有丰富的羟基和羧基，与改性剂分子结合发生水解缩合反应，变成亲油性石墨烯。以十六烷基三甲氧基硅烷为例，如以下化学反应式所示：根据本专利技术的一个方面，在所述制备改性石墨烯的步骤中，所述第一溶剂为极性溶剂，优选为乙醇溶液。根据本专利技术的一个方面，在所述制备改性石墨烯的步骤中，所述氧化石墨分散在所述第一溶剂的浓度为0.1-20mg/ml,优选为1mg/ml。根据本专利技术的一个方面，在所述制备改性石墨烯的步骤中，所述分散的方式采用超声分散，所述超声功率为100w-2000w，优选200-1000w，超声时间为10min-4h，优选10min-2h；根据本专利技术的一个方面，在所述制备改性石墨烯的步骤中，所述改性剂为十六烷基三甲氧基硅烷、油酸、油胺、硬脂酸中的一种或两种以上，进一步优选地，所述改性剂的加入量为所述改性剂与所述氧化石墨的质量比为0.5-20，更优选为1-8。根据本专利技术的一个方面，在所述制备改性石墨烯的步骤中，所述改性的具体方法为：加入所述改性剂，搅拌混匀后，在80-220℃条件下反应1-60h；优选地，在100-200℃条件下反应8-32h；更优选地在180℃条件下反应12h。根据本专利技术的一个方面，在所述制备改性石墨烯的步骤中，所述加入改性剂进行改性后还包括去除残余改性剂，所述去除残余改性剂的具体方法为：反复用环己烷滤洗；优选地，环己烷滤洗的次数为2-5次。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述第二溶剂为极性溶剂，优选为无水乙醇。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述石墨烯分散液中改性石墨烯的含量为1wt％-10wt％，进一步优选为1wt％-5wt％。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述研磨采用砂磨机进行研磨，进一步优选地，采用纳米砂磨机进行研磨，研磨转速为1500-3000rpm。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述研磨过程中采用研磨介质，进一步优选地，所述研磨介质为氧化锆珠，粒径为0.4-0.6mm。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述研磨至所述石墨烯分散液中改性石墨烯的粒径D99≤7μm。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述去除第二溶剂的方法为采用抽滤的方法。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述将所述剩余物、第一UHMWPE和第一白油混合的具体方法为：将所述剩余物加入到第一白油中，在高速搅拌条件下再加入少量UHMWPE。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述搅拌的转速为500-3000rpm，优选2000rpm。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述第一温度为70℃-100℃，进一步优选为80℃。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述第二温度为100℃-180℃，进一步优选为150℃。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述保温时间为1h-6h，进一步优选为1h-3h。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述改性石墨烯占所述石墨烯白油浆料含量的0.1wt％-15wt％，优选为1wt％-8wt％。根据本专利技术的一个方面，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述UHMWPE占所述石墨烯白油浆料含量的0.01wt％-5wt％，优选为0.05wt％-0.5wt％。本专利技术还提供了一种复合型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：制备硬质纤维预混液：将硬质纤维与第二白油混合，得到硬质纤维预混液；制备纺丝液：将上述石墨烯白油浆料、所述硬质纤维预混液、第二UHMWPE、抗氧剂及第三白油混合，得到纺丝液；和制备复合纤维：将所述纺丝液经溶胀、熔融挤出、冷却后形成冻胶丝，由所述冻胶丝制备得到复合纤维。根据本专利技术的一个方面，制备硬质纤维预混液步骤中，所述硬质纤维为玻璃纤维和/或陶瓷纤维，所述硬质纤维预混液中硬质纤维的含量为5wt％-30wt％，优选为10wt％-25wt％。根据本专利技术的一个方面，所述玻璃纤维的直径为3-10μm，优选5-7μm。根据本专利技术的一个方面，所述玻璃纤维的平均长度为30μm-100μm，优选50-70μm；所述玻璃纤维的最大长度为100-400μm，优选100-300μm。根据本专利技术的一个方面，所述陶瓷纤维的平均直径为1-9μm，优选1-3μm；所述陶瓷纤维的长径比为2-100，优选2-20。根据本专利技术的一个方面，所述陶瓷纤维采用硅酸铝纤维制备而成，优选通过短切加工制备而成，更优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯白油浆料，其特征在于，包括：改性石墨烯、白油和UHMWPE，其中所述改性石墨烯的含量为0.1wt％‑15wt％，优选为1wt％‑8wt％；所述UHMWPE的含量为0.01wt％‑5wt％，优选为0.05wt％‑0.5wt％。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯白油浆料，其特征在于，包括：改性石墨烯、白油和UHMWPE，其中所述改性石墨烯的含量为0.1wt％-15wt％，优选为1wt％-8wt％；所述UHMWPE的含量为0.01wt％-5wt％，优选为0.05wt％-0.5wt％。2.根据权利要求1所述的石墨烯白油浆料的制备方法，其特征在于，包括：制备改性石墨烯：将氧化石墨分散到第一溶剂中，加入改性剂进行改性，得到改性石墨烯；和制备石墨烯白油浆料：将所述改性石墨烯分散到第二溶剂中得到石墨烯分散液，研磨所述石墨烯分散液后去除第二溶剂得到剩余物，将所述剩余物、第一UHMWPE和第一白油混合，先升温至第一温度，再升温至第二温度，所述第二温度比第一温度高40-80℃，保温得到石墨烯白油浆料。3.根据权利要求2所述的石墨烯白油浆料的制备方法，其特征在于，在所述制备改性石墨烯的步骤中，所述第一溶剂为极性溶剂，优选为乙醇溶液；和/或所述氧化石墨分散在所述第一溶剂的浓度为0.1-20mg/ml,优选为1mg/ml；和/或所述分散的方式采用超声分散，所述超声功率为100w-2000w，优选200-1000w，超声时间为10min-4h，优选10min-2h；和/或所述改性剂为十六烷基三甲氧基硅烷、油酸、油胺、硬脂酸中的一种或两种以上，进一步优选地，所述改性剂的加入量为所述改性剂与所述氧化石墨的质量比为0.5-20，更优选为1-8；和/或所述改性的具体方法为：加入所述改性剂，搅拌混匀后，在80-220℃条件下反应1-60h；优选地，在100-200℃条件下反应8-32h；更优选地在180℃条件下反应12h；和/或所述加入改性剂进行改性后还包括去除残余改性剂，所述去除残余改性剂的具体方法为：反复用环己烷滤洗；优选地，环己烷滤洗的次数为2-5次。4.根据权利要求2所述的石墨烯白油浆料的制备方法，其特征在于，所述制备石墨烯白油浆料的步骤中，所述第二溶剂为极性溶剂，优选为无水乙醇；和/或所述石墨烯分散液中改性石墨烯的含量为1wt％-10wt％，进一步优选为1wt％-5wt％；和/或所述研磨采用砂磨机进行研磨，进一步优选地，采用纳米砂磨机进行研磨，研磨转速为1500-3000rpm；和/或所述研磨过程中采用研磨介质，进一步优选地，所述研磨介质为氧化锆珠，粒径为0.4-0.6mm；和/或所述研磨至所述石墨烯分散液中改性石墨烯的粒径D99≤7μm；和/或所述去除第二溶剂的方法为采用抽滤的方法；和/或所述将所述剩余物、第一UHMWPE和第一白油混合的具体方法为：将所述剩余物加入到第一白油中，在高速搅拌条件下再加入第一UHMWPE；优选地，所述搅拌的转速为500-3000rpm，优选2000rpm；和/或所述第一温度为70℃-100℃，进一步优选为80℃；和/或所述第二温度为100℃-180℃，进一步优选为150℃；和/或所述保温时间为1h-6h，进一步优选为1h-3h。所述改性石墨烯占所述石墨烯白油浆料含量的0.1wt％-15wt％，优选为1wt％-8wt％。所述UHMWPE占所述石墨烯白油浆料含量的0.01wt％-5wt％，优选为0.05wt％-0.5wt％。5.一种复合型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括：将硬质纤维与第二白油混合，得到硬质纤维预混液；制备纺丝液：将权利要求1所述石墨烯白油浆料、所述硬质纤维预混液、第二UHMWPE、抗氧剂及第三白油混合，得到纺丝液；和制备复合纤维：将所述纺丝液经溶胀、熔融挤出、冷却后形成冻胶丝，由所述冻胶丝制备得到复合纤维。6.根据权利要求5所述的复合型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，制备硬质纤维预混液步骤中，所述硬质纤维为玻璃纤维和/或陶瓷纤维，所述硬质纤维预混液中硬质纤维的含量为5wt％-30wt％，优选为10wt％-25wt％。7.根据权利要求6所述的复合型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维的直径为3-10μm，优选5-7μm；所述玻璃纤维的平均长度为30μm-100μm，优选50-70μm；所述玻璃纤维的最大长度为100-400μm，优选100-300μm；和/或所述陶瓷纤维的平均直径为1-9μm，优选1-3μm；所述陶瓷纤维的长径比为2-100，优选2-20；和/或所述陶瓷纤维采用硅酸铝纤维制备而成，优选通过短切加工制备而成...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧崇华，任申东，丛翠丽，王咸华，
申请(专利权)人：江苏恒辉安防股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32