一种轻质抗静电超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与流程

技术特征：

1.一种轻质抗静电超高分子量聚乙烯纤维，密度为0.97～1.03g/cm³，直径为15～25μm，强度为30～40cN/dtex，模量为800～1600cN/dtex，断裂伸长率为2.5％～4.5％，表面电阻率为10³～10¹⁰Ω/cm，表面碳氧原子比为4:1～10:1，其特征在于包括超高分子量聚乙烯纤维基层、多巴胺活化层和部分还原石墨烯层；其中多巴胺活化层贴附于基层表面，部分还原石墨烯层呈片层展开状态贴附于多巴胺活化层表面；

所述的部分还原石墨烯层的质量含量为0.1～5％，碳氧原子比为5:1～10:1，片层表面尺寸为0.1～2μm，片层层数为1～10层。

2.如权利要求1所述的一种轻质抗静电超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于所述的多巴胺活化层质量含量为0.01～1.0％，碳氧原子比为4:1～6:1；

所述的部分还原石墨烯层与多巴胺活化层的质量比为500:1～0.1:1。

3.如权利要求1所述的一种轻质抗静电超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤是：

步骤(1)、氧化石墨烯分散液的配制：

常温下将氧化石墨烯粉末加入到分散介质中，先机械搅拌20～30min，搅拌速度为500～800r/min，再在冰水浴中超声处理20～40min，得到均匀稳定的氧化石墨烯分散体系；

步骤(2)、UHMWPE纤维的清洗：在常温下将UHMWPE纤维在溶剂中超声清洗0.5～1.5h，取出干燥后待用；

步骤(3)、活化纤维的制备：在pH为8～11的三(羟甲基)氨基甲烷-盐酸(Tris-HCl)缓冲溶液中加入多巴胺，得到多巴胺溶液；再在上述多巴胺溶液中加入步骤(2)处理后的纤维，静置反应8～24h，洗涤干燥后得到多巴胺活化UHMWPE纤维；

步骤(4)、轻质抗静电UHMWPE的制备：将步骤3得到的活化纤维浸入到步骤(1)得到的氧化石墨烯分散体系中，再加入还原剂，在50～95℃下以100～500r/min的转速搅拌1～5h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍还原过程2～10次，得到部分还原石墨烯涂覆超高分子量聚乙烯纤维。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(1)氧化石墨烯粉末为分散介质重量的0.01～1％；步骤(3)所述的UHMWPE纤维与多巴胺溶液的质量比为2～10％；步骤(4)所述氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:0.5～1:40。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(1)所述的氧化石墨烯的碳氧原子比为2:1～4:1，片层表面尺寸为0.1～2μm，片层层数为1～10层。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的UHMWPE纤维的分子量为100～300万，密度为0.973g/cm³，直径为15～25μm，强度为30～40cN/dtex，模量为800～1600cN/dtex，断裂伸长率为2.5％～4.5％，表面电阻率为10¹²～10¹⁶Ω/cm；表面碳氧原子比为10:1～1000:1。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于步骤(2)UHMWPE纤维的直径为20～23μm，表面碳氧原子比为100:1～1000:1。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(3)所述的多巴胺为儿茶酚胺类或二苯醌类化合物中的一种或两种的混合物，结构式如下：

其中R为带有氨基基团的-(CH_y)_x-NH₂或-(CH_y)_x-NH-(CH_q)_p-CH₃或-(CH₂)_x-NH-(CO)_x-(CH₂)_P-CH₃或-(CH₂)_x-NH-(CO)_x-(CH₂)_P-C₆H₅或-(CH₂)_x-NH₂或-(CH_y)_x-N(CH_j)_h-(CH_q)_p-(CH₃)_e或-CHOH-NH-(CH₂)_p-CH₃或-CHOH-(CH₂)_x-NH₂，其中x为1～99的自然数，p、h为0～99的自然数，y、q、e为1或2，j为1、2或3。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于步骤(3)所述的多巴胺为儿茶酚胺类或二苯醌类化合物中的一种或两种的混合物，结构式如下：

其中R为n为1～10的自然数。

10.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(4)所述还原剂为氨水、水合肼、氢碘酸、硼氢化钠、抗坏血酸、过硫酸钠、葡萄糖中的一种或两种的混合物。