本发明属于聚乙烯纤维
技术领域：
，具体涉及一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维及制备方法。
背景技术：
：防护服种类包括工业用防护服、医疗款防护服、军用防护服和特殊人群使用防护服。防护服主要应用于军工、船舶、石油、化工、喷漆、清洗消毒、实验室等行业与部门。尤其是在很多较高温环境中都需要穿戴防护服，其目的是减少高温环境对人体热能的辐射，避免烫伤操作人员，同事降低操作人员周围的温度，减少操作人员的不适之感。耐高温防护服经常被用于上述场合，耐高温防护服要求达到很好的隔离热量的作用，能够耐高温。目前，cn101397710公开了一种工业用阻燃防护服织物及其制造方法和防护服，所述工业用阻燃防护服织物用纱由阻燃粘胶、羊毛纤维及尼龙纤维混纺而成，所述阻燃粘胶、羊毛纤维及尼龙纤维的混纺比例(重量)分别为45～55％，35～45％，5～15％。该发明提供的防护服在用于低温环境时，效果差，基本不能起到耐低温的作用，而且耐酸、耐碱性也不好，吸湿性较差，用在高温环境中，不透气也不能吸走人体产生的汗水，给人带来严重的不适之感。cn201640555u公开了一种隔热防护服面料，尤其是涉及一种专用于高温作业的复合防护服面料，所述的防护服面料由复合阻燃纱线织造而成，所述的复合阻燃纱线由芳纶纤维和阻燃粘胶纤维混纺并包覆于玻璃纤维芯纱的外表面构成。该发明同样不能用于低温环境和酸碱环境中，吸湿性较差，用在高温环境中，不透气也不能吸走人体产生的汗水，给人带来严重的不适之感。中国发明专申请号201711427267.9公开了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。中国发明专利申请号201810036884.4公开了一种石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，其包括如下步骤：s1：将超高分子量聚乙烯树脂和填料采用共混的方法分散在溶剂中，形成均匀的树脂分散液；s2：将石墨烯粉末加入分散剂中，加热至一定温度后，加入乳化剂，进行乳化处理，得到石墨烯分散液；s3：将所述石墨烯分散液加入到所述树脂分散液中，搅拌加热得到纺丝液；s4：将所述纺丝液进行纺丝、原丝静置和热牵伸，得到石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维。本发明在超高分子量聚乙烯纤维中添加填充料和石墨烯来增强超高分子量聚乙烯纤维的强度，最终强度达到30～45cn/dtex，同时该复合纤维还有优异的抗紫外、防切割等性能。中国发明专利申请号201610038299.9公开了一种石墨烯超高分子量聚乙烯杂化纤维，其原料包括亲油改性石墨烯或氧化石墨烯分散液与超高分子量聚乙烯石蜡油性纺丝液，亲油改性石墨烯或氧化石墨烯分散液为石墨烯或氧化石墨烯乙醇分散液和亲油改性剂的共混溶液，所述石墨烯或氧化石墨烯乙醇分散液为石墨烯或氧化石墨烯原料与乙醇溶液的混合溶液；制备包括石墨烯或氧化石墨烯亲油改性、亲油改性石墨烯分散液与超高分子量聚乙烯石蜡油性纺丝液共混和冻胶湿法纺丝制备石墨烯增强超高分子量聚乙烯杂化纤维三个工艺步骤；纤维基体强度高，具有抗蠕变、耐热性好，改善应力集中等力学性能；其制备工艺简单，便于操作，应用广泛。中国发明专利申请号201611170753.2公开了一种防雾霾窗网。本发明提供的防雾霾窗网，包括外层的除尘窗网和内层的净化窗网，外层的除尘窗网主要过滤空气中的粉尘，内层的净化窗网主要起到吸附和过滤空气中的细菌和汽车尾气中的有害化学气体的作用，使本发明提供的防雾霾窗网既具有除尘功能，又具有过滤细菌和有害化学气体的功能。本发明提供的防雾霾窗网，可以有效的控制和改善阴霾天气中高空室内空气质量，最大限度的吸收空气内的有害细菌，微生物和尘埃。对保护室内居住者的身体健康起着很大的作用。对未来的城市建设中，维护所有城市居民的身体健康将具有极大的意义，对未来城市居住环境的改善也会起到关键性的作用。目前，同时具有耐高温、耐腐蚀并且穿着舒适柔软透气纤维面料用于防护服仍有待进一步研究开发。技术实现要素：针对现有防护服不能同时具有耐高温、耐腐蚀并且穿着舒适柔软透气的纤维面料的缺陷，本发明提出一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维及制备方法，通过该方法制备的石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维具有优异的耐高温，耐腐蚀和透气性，用于制备成防护服具有耐高温，耐腐蚀，透气好，穿戴舒适的特点。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，将氧化石墨烯超声分散到去离子水中超声30min形成氧化石墨烯溶液，将金红石型二氧化钛加入到无水乙醇中超声30min，加入氧化石墨烯溶液，用氨水调节ph值为9，加入还原剂水合肼超声1h形成均匀混合液，将该混合液移入聚四氟乙烯内胆水热反应釜中，210℃下水热反应12h，冷却过滤，洗涤，冷冻干燥得到三维多孔石墨烯/二氧化钛；将三维多孔石墨烯/二氧化钛破碎成粉末，加入到分子量为200万的超高分子量聚乙烯树脂中充分混合，加入白油，适量功能性助剂，按一定比例充分混合，在双螺杆挤出机中溶胀，高温剪切作用下超高分子量聚乙烯树脂充分溶解形成具有成丝性能的纺丝液，通过挤出、水浴凝固后，形成冻胶丝条，冻胶丝经过若干导辊，干燥，多级热牵伸，卷绕等各种工序后得到多孔石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维；具体包括以下步骤：s1、将氧化石墨烯加入到去离子水中，分散，得到氧化石墨烯溶液；s2、将金红石型二氧化钛加入到无水乙醇中超声分散30～60min，加入步骤s1得到的氧化石墨烯溶液，用氨水调节ph值，加入还原剂，超声1h形成均匀混合液，将该混合液移入聚四氟乙烯内胆水热反应釜中，水热反应，反应完成后，冷却过滤，洗涤，冷冻干燥得到三维多孔石墨烯/二氧化钛；其中金红石型二氧化钛与氧化石墨烯的质量比为1:1;s3、将步骤s2得到的三维多孔石墨烯/二氧化钛破碎成粉末，加入到分子量为200万的超高分子量聚乙烯树脂中充分混合，加入白油和功能性助剂，在双螺杆挤出机中混合均匀，升温，在高温剪切作用下超高分子量聚乙烯树脂充分溶解形成具有成丝性能的纺丝液，挤出、水浴凝固，形成冻胶丝条；s4、将s3步骤得到的冻胶丝条经过导辊、干燥、多级热牵伸、卷绕后得到多孔石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维。进一步的，上述一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其中，s1步骤中所述分散为超声分散，分散时间为20～60min。进一步的，上述一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其中，s2步骤中所述ph值为8～10。进一步的，上述一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其中，s2步骤中所述还原剂为硼氢化钠、水合肼、氢化铝锂中的至少一种。进一步的，上述一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其中，s2步骤中所述水热反应温度为180～300℃，反应时间为10～40h。进一步的，上述一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其中，s2步骤中所述洗涤采用98wt%的乙醇洗涤3～6次。进一步的，上述一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其中，s3步骤中所述功能性助剂为增塑剂，稳定剂，加工助剂中的至少一种；所述三维多孔石墨烯/二氧化钛粉末、聚乙烯树脂、白油、功能性助剂的质量比为5～20:5～20:2～8:1～8。进一步的，上述一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其中，s3步骤中所述升温后的温度为240～300℃。进一步的，上述一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其中，s4步骤中所述多级热牵伸的温度为130～150℃。本发明还提供一种上述制备方法制备得到的上述一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维。超高分子量聚乙烯纤维具有高度取向的大分子链和伸直链结晶度，具有超强的物理机械性能，同时具有耐紫外线、耐冲击和耐海水腐蚀等优良性能。超高分子量聚乙烯纤维具有接近理论极限强度的分子结构，具有平面锯齿形的构象结构，较少的侧链基团，结晶度高且分子链内无较强的结合键，但在应力作用下易发生蠕变、耐热性较差，大大限制了该纤维的应用领域；本发明通过添加石墨烯改性，形成物理交联点，限制分子的热运动，以改善耐热性和抗蠕变性，增加了纤维基体的强度。本发明一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维及制备方法，采用在超高分子量聚乙烯配置纺丝液时加入三维多孔石墨烯/二氧化钛粉末来提高该纤维的耐高温和透气性。该三维多孔石墨烯/二氧化钛粉末由于其多孔状可提高纤维的透气性，石墨烯片层具有优异的耐高温，耐腐蚀和阻隔作用，可显著提高该纤维的耐高温，耐腐蚀性，金红石型二氧化钛具有耐高温，抗紫外线，抗菌，自清洁等效果，超高分子量聚乙烯轻质柔软，通过该方法制备的石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维具有优异的耐高温，耐腐蚀和透气性，用于制备成防护服耐高温，耐腐蚀，透气好，穿戴舒适。具体实施方式以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。实施例1一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：s1、将氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散，时间为30min，得到氧化石墨烯溶液；s2、将金红石型二氧化钛加入到无水乙醇中超声分散40min，加入步骤s1得到的氧化石墨烯溶液，用氨水调节ph值为9，加入还原剂，超声1h形成均匀混合液，将该混合液移入聚四氟乙烯内胆水热反应釜中，水热反应，反应温度为240℃，反应时间为12h，反应完成后，冷却过滤，采用98wt%的乙醇洗涤4次，冷冻干燥得到三维多孔石墨烯/二氧化钛；所述还原剂为水合肼；其中金红石型二氧化钛与氧化石墨烯的质量比为1:1;s3、将步骤s2得到的三维多孔石墨烯/二氧化钛破碎成粉末，加入到分子量为200万的超高分子量聚乙烯树脂中充分混合，加入白油和功能性助剂，在双螺杆挤出机中混合均匀，升温至260℃，在高温剪切作用下超高分子量聚乙烯树脂充分溶解形成具有成丝性能的纺丝液，挤出、水浴凝固，形成冻胶丝条；所述功能性助剂为稳定剂；所述三维多孔石墨烯/二氧化钛粉末、聚乙烯树脂、白油、功能性助剂的质量比为10:12:5:4。s4、将s3步骤得到的冻胶丝条经过导辊、干燥、多级热牵伸，温度为135℃、卷绕后得到多孔石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维。实施例2一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：s1、将氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散，时间为20min，得到氧化石墨烯溶液；s2、将金红石型二氧化钛加入到无水乙醇中超声分散40min，加入步骤s1得到的氧化石墨烯溶液，用氨水调节ph值为9，加入还原剂，超声1h形成均匀混合液，将该混合液移入聚四氟乙烯内胆水热反应釜中，水热反应，反应温度为190℃，反应时间为36h，反应完成后，冷却过滤，采用98wt%的乙醇洗涤5次，冷冻干燥得到三维多孔石墨烯/二氧化钛；所述还原剂为硼氢化钠；其中金红石型二氧化钛与氧化石墨烯的质量比为1:1;s3、将步骤s2得到的三维多孔石墨烯/二氧化钛破碎成粉末，加入到分子量为200万的超高分子量聚乙烯树脂中充分混合，加入白油和功能性助剂，在双螺杆挤出机中混合均匀，升温至250℃，在高温剪切作用下超高分子量聚乙烯树脂充分溶解形成具有成丝性能的纺丝液，挤出、水浴凝固，形成冻胶丝条；所述功能性助剂为增塑剂；所述三维多孔石墨烯/二氧化钛粉末、聚乙烯树脂、白油、功能性助剂的质量比为5:5:3:2。s4、将s3步骤得到的冻胶丝条经过导辊、干燥、多级热牵伸，温度为132℃、卷绕后得到多孔石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维。实施例3一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：s1、将氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散，时间为55min，得到氧化石墨烯溶液；s2、将金红石型二氧化钛加入到无水乙醇中超声分散50min，加入步骤s1得到的氧化石墨烯溶液，用氨水调节ph值为10，加入还原剂，超声1h形成均匀混合液，将该混合液移入聚四氟乙烯内胆水热反应釜中，水热反应，反应温度为290℃，反应时间为30h，反应完成后，冷却过滤，采用98wt%的乙醇洗涤6次，冷冻干燥得到三维多孔石墨烯/二氧化钛；所述还原剂为氢化铝锂；其中金红石型二氧化钛与氧化石墨烯的质量比为1:1;s3、将步骤s2得到的三维多孔石墨烯/二氧化钛破碎成粉末，加入到分子量为200万的超高分子量聚乙烯树脂中充分混合，加入白油和功能性助剂，在双螺杆挤出机中混合均匀，升温至260℃，在高温剪切作用下超高分子量聚乙烯树脂充分溶解形成具有成丝性能的纺丝液，挤出、水浴凝固，形成冻胶丝条；所述功能性助剂为加工助剂；所述三维多孔石墨烯/二氧化钛粉末、聚乙烯树脂、白油、功能性助剂的质量比为19:12:6:7。s4、将s3步骤得到的冻胶丝条经过导辊、干燥、多级热牵伸，温度为147℃、卷绕后得到多孔石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维。实施例4一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：s1、将氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散，时间为25min，得到氧化石墨烯溶液；s2、将金红石型二氧化钛加入到无水乙醇中超声分散35min，加入步骤s1得到的氧化石墨烯溶液，用氨水调节ph值为8.5，加入还原剂，超声1h形成均匀混合液，将该混合液移入聚四氟乙烯内胆水热反应釜中，水热反应，反应温度为280℃，反应时间为20h，反应完成后，冷却过滤，采用98wt%的乙醇洗涤4次，冷冻干燥得到三维多孔石墨烯/二氧化钛；所述还原剂为硼氢化钠；其中金红石型二氧化钛与氧化石墨烯的质量比为1:1;s3、将步骤s2得到的三维多孔石墨烯/二氧化钛破碎成粉末，加入到分子量为200万的超高分子量聚乙烯树脂中充分混合，加入白油和功能性助剂，在双螺杆挤出机中混合均匀，升温至250℃，在高温剪切作用下超高分子量聚乙烯树脂充分溶解形成具有成丝性能的纺丝液，挤出、水浴凝固，形成冻胶丝条；所述功能性助剂为稳定剂；所述三维多孔石墨烯/二氧化钛粉末、聚乙烯树脂、白油、功能性助剂的质量比为19:5:3:6。s4、将s3步骤得到的冻胶丝条经过导辊、干燥、多级热牵伸，温度为143℃、卷绕后得到多孔石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维。实施例5一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：s1、将氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散，时间为45min，得到氧化石墨烯溶液；s2、将金红石型二氧化钛加入到无水乙醇中超声分散45min，加入步骤s1得到的氧化石墨烯溶液，用氨水调节ph值为9，加入还原剂，超声1h形成均匀混合液，将该混合液移入聚四氟乙烯内胆水热反应釜中，水热反应，反应温度为220℃，反应时间为20h，反应完成后，冷却过滤，采用98wt%的乙醇洗涤5次，冷冻干燥得到三维多孔石墨烯/二氧化钛；所述还原剂为硼氢化钠；其中金红石型二氧化钛与氧化石墨烯的质量比为1:1;s3、将步骤s2得到的三维多孔石墨烯/二氧化钛破碎成粉末，加入到分子量为200万的超高分子量聚乙烯树脂中充分混合，加入白油和功能性助剂，在双螺杆挤出机中混合均匀，升温至270℃，在高温剪切作用下超高分子量聚乙烯树脂充分溶解形成具有成丝性能的纺丝液，挤出、水浴凝固，形成冻胶丝条；所述功能性助剂为增塑剂；所述三维多孔石墨烯/二氧化钛粉末、聚乙烯树脂、白油、功能性助剂的质量比为15:13:5:3。s4、将s3步骤得到的冻胶丝条经过导辊、干燥、多级热牵伸，温度为132℃、卷绕后得到多孔石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维。实施例6一种耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：s1、将氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散，时间为30min，得到氧化石墨烯溶液；s2、将金红石型二氧化钛加入到无水乙醇中超声分散35min，加入步骤s1得到的氧化石墨烯溶液，用氨水调节ph值为9，加入还原剂，超声1h形成均匀混合液，将该混合液移入聚四氟乙烯内胆水热反应釜中，水热反应，反应温度为230℃，反应时间为30h，反应完成后，冷却过滤，采用98wt%的乙醇洗涤4次，冷冻干燥得到三维多孔石墨烯/二氧化钛；所述还原剂为水合肼；其中金红石型二氧化钛与氧化石墨烯的质量比为1:1;s3、将步骤s2得到的三维多孔石墨烯/二氧化钛破碎成粉末，加入到分子量为200万的超高分子量聚乙烯树脂中充分混合，加入白油和功能性助剂，在双螺杆挤出机中混合均匀，升温至275℃，在高温剪切作用下超高分子量聚乙烯树脂充分溶解形成具有成丝性能的纺丝液，挤出、水浴凝固，形成冻胶丝条；所述功能性助剂为加工助剂；所述三维多孔石墨烯/二氧化钛粉末、聚乙烯树脂、白油、功能性助剂的质量比为15:8:5:6。s4、将s3步骤得到的冻胶丝条经过导辊、干燥、多级热牵伸，温度为147℃、卷绕后得到多孔石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维。对比例1一种超高分子量聚乙烯纤维的制备，包括以下步骤：s1、将金红石型二氧化钛加入到无水乙醇中超声分散40min，用氨水调节ph值为9，加入还原剂，超声1h形成均匀混合液，将该混合液移入聚四氟乙烯内胆水热反应釜中，水热反应，反应温度为240℃，反应时间为12h，反应完成后，冷却过滤，采用98wt%的乙醇洗涤4次，冷冻干燥得到二氧化钛；所述还原剂为水合肼；s2、将步骤s1得到的二氧化钛破碎成粉末，加入到分子量为200万的超高分子量聚乙烯树脂中充分混合，加入白油和功能性助剂，在双螺杆挤出机中混合均匀，升温至260℃，在高温剪切作用下超高分子量聚乙烯树脂充分溶解形成具有成丝性能的纺丝液，挤出、水浴凝固，形成冻胶丝条；所述功能性助剂为稳定剂；所述二氧化钛粉末、聚乙烯树脂、白油、功能性助剂的质量比为10:12:5:4。s3、将s2步骤得到的冻胶丝条经过导辊、干燥、多级热牵伸，温度为135℃、卷绕后得到超高分子量聚乙烯纤维。为了进行定量的分析性能，功能性助剂均采用银粉，将实施例1至实施例6制备得到的耐高温透气石墨烯/超高分子量聚乙烯纤维及对比例1得到的超高分子量聚乙烯纤维进行性能测试，并制备成200g/m2的滤布，测试对同一甲醛浓度为0.1mg/m³有机污染气体的过滤效果，如下表1：表1测试项目实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6对比例1强度（cn/dtex）45434342373921气流阻力（pa）969495929091135对气体中甲醛净化率（%）99.898.699.598.899.398.787.6氮气分为下的热分解温度（℃）320310315310318307226当前第1页12