一种石墨烯/UHMWPE复合纤维及其制备方法和应用与流程

技术特征：

1.一种石墨烯/UHMWPE复合纤维，其特征在于：其中的石墨烯含量占UHMWPE含量的0.05-5wt％，优选2-4wt％，更优选为2.5-3.2％；

优选的，所述UHMWPE的平均分子量为1×106^-8×10⁶，优选为4×10⁶；

进一步优选的，所述石墨烯的为单层或多层结构的石墨烯粉末，其片径为0.2-10um，厚度为0.5-30nm，比表面积为200-1000m²/g；进一步优选的，所述石墨烯粉体为烷基改性的石墨烯粉体。

2.根据权利要求1所述的石墨烯/UHMWPE复合纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)石墨烯分散液的制备：将油性分散剂加入到溶剂中，搅拌至溶解，再向溶剂中加入石墨烯粉体，再进行机械分散处理，得到分散的石墨烯分散液；

2)UHMWPE溶液的制备：将UHMWPE粉充分溶解于溶剂中，形成UHMWPE溶液；

3)液液混合：将石墨烯分散液与UHMWPE溶液充分混合，得到UHMWPE/石墨烯混合溶液；

4)纺丝、萃取、牵伸：对步骤3)得到的UHMWPE/石墨烯混合溶液采用冻胶纺丝法进行纺丝，再经过溶剂萃取、牵伸，得到石墨烯/UHMWPE复合纤维。

3.根据权利要求2所述的石墨烯/UHMWPE复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述石墨烯粉体采用烷基化改性石墨烯粉体，即接枝有烷基链的石墨烯粉体，优选PSS改性石墨烯粉体或硅烷偶联剂改性石墨烯，即接枝有PSS或硅烷偶联剂的石墨烯；

优选的，所述烷基改性石墨烯粉体按如下方法制得：

a.氧化石墨解理同时引入烷基链

将水性分散剂、润湿剂、烷基化改性剂溶解于水中，再加入氧化石墨，得到氧化石墨的悬浮液，再将悬浮液置于乳化机中对氧化石墨进行机械剥离，氧化石墨在剥离解理的同时与烷基链进行接枝反应，形成接枝有烷基链的氧化石墨烯溶液；

b.低温原还

对步骤a中得到的接枝有烷基链的氧化石墨烯溶液进行抽滤、洗涤，再于300℃以下干燥还原，得到烷基化改性的石墨烯粉体。

4.根据权利要求3所述的石墨烯/UHMWPE复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，

水性分散剂：润湿剂：烷基化改性剂的质量比为(0.8-1.5)：(0.02-0.2)：1，优选1：0.1：1；

所述烷基化改性剂：水的质量比为1：(90-100)，优选1：97；

所述氧化石墨的加入量与烷基化改性剂的质量比为1：(0.7-3)，优选为1：1；进一步优选的，所述氧化石墨为氧化石墨粉体；

优选的，所述水性分散剂为PSS、SDBS、SDS、商用BYK、AFCONA等各种水性的分散剂，优选PSS；和/或，所述润湿剂为BYK、AFCONA5000；和/或，烷基化改性剂为聚苯乙烯磺酸钠(PSS)、硅烷偶联剂。

5.根据权利要求3所述的石墨烯/UHMWPE复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，所述乳化机为高剪切力乳化机，乳化机搅拌0.5h，转速为10000rpm；优选的，乳化机控制物料温度为30℃以下；

优选的，所述步骤b中，所述干燥还原的温度为180-200℃，还原为3-8小时，优选3-4小时；

优选的，抽滤5-10min。

6.根据权利要求2所述的石墨烯/UHMWPE复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述油性分散剂为BYK163、BYK165或AFCONA4000系列；所述油性分散剂与石墨烯的质量比为1：10；所述溶剂：石墨烯的质量比为1：10；

优选的，所述步骤1)中，所述石墨烯粉体：溶剂为1g：50mL；进一步优选的，所述烷基化改性的石墨烯粉体分三批次加入，依次为总量的4/10、3/10、3/10，前一批次的烷基化改性的石墨烯粉体完全浸润后，再加入下一批次；

优选的，所述机械分散采用均质分散机或高速震荡机分散处理，进一步优选的，所述均质分散机或高速震荡机的线速度2-10m/s，更优选4-6m/s，分散处理时间为0.5h；进一步优选的，所述均质分散机或高速震荡机中加有氧化锆研磨珠，所述氧化锆研磨珠的粒径优选0.3-0.6mm。

7.根据权利要求2所述的石墨烯/UHMWPE复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述溶解过程为：先将UHMWPE粉和溶剂加入反应釜中预加热至120-135℃，再搅拌至UHMWPE粉完全溶解；

优选的，UHMWPE粉：溶剂为1g:100mL。

优选的，所述步骤1)中制备石墨烯分散液的溶剂与步骤2)中制备UHMWPE溶液的溶剂为同一种溶剂，优选采用白油、石蜡油、十氢化萘、矿物油中的一种或多种组合，进一步优选白油。

8.根据权利要求2所述的石墨烯/UHMWPE复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，液液混合时双方的比例关系为：所述石墨烯分散液中石墨烯粉的质量占UHMWPE粉的质量的0.05-5wt％，优选2-4wt％，更优选为2.5-3.2％。

9.根据权利要求2所述的石墨烯/UHMWPE复合纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述冻胶纺丝工艺中，纺丝温度控制在240±5℃。

10.根据权利1所述的石墨烯/UHMWPE复合纤维在制备抗剪切材料和/或减震材料中的应用；优选的，所述抗剪切材料为耐切割材料，例如防切割手套；优选的，所述减震材料为防弹材料，例如防弹衣、防弹头盔或防单插板。