本发明涉及一种复合纤维及其制备方法，具体地，涉及一种防切割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：
石墨烯是一种有碳原子按六边形排列而成的二维材料，氧化石墨烯在石墨烯的表层具有羧基，环氧基，羟基等含有基团修饰。由于氧化石墨烯制备工艺较简单，原材料成本低廉，同时在实际操作时氧化石墨烯与石墨烯相比更不易团聚，因此可广泛应用于大规模工业生产中。
uhmwpe(ultra-highmolecularweightpe，超高分子量聚乙烯)纤维又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，其分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。
石墨烯是一种性能优越的二维材料，当在超高分子量聚乙烯纤维中添加一定比例的石墨烯及添加剂时，能够极大提高该复合纤维的防切割性能。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种新型石墨烯聚乙烯复合纤维及其制备方法，制备的复合纤维具有很好的防切割作用，防切割等级达到欧标5级，未来将在防切割手套等领域大有作为。
为了达到上述目的，本发明提供了一种防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维，其中，所述的复合纤维的原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(uhmwpe)粉85％～99％，氧化石墨烯油性溶液0.1％～14.8％，改性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。
上述的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维，其中，所述的氧化石墨烯油性溶液通过氧化石墨烯制备；所述的氧化石墨烯的石墨烯是采用机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等方法制备的任意一种。
上述的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维，其中，所述的超高分子量聚乙烯粉的分子量为400万～600万。
上述的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维，其中，所述的改性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮(pvp)等中的任意一种或多种。
上述的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维，其中，所述的添加剂包含玻纤粉、碳纤粉、二氧化硅粉、硬脂酸铝等中的任意一种或多种。
本发明还提供了上述的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备改性氧化石墨烯油性浆料；步骤3，将步骤2所得的改性氧化石墨烯油性浆料加入白油中，经过搅拌、超声，得到氧化石墨烯油性溶液，再加入超高分子量聚乙烯粉，溶胀，然后升温，再进行搅拌，制备纺丝液；步骤4，将步骤3制得的纺丝液原液，加入到双螺杆挤出机中进行纺丝；步骤5，将步骤4所得的纺丝进行凝固浴。白油别名石蜡油、白色油、矿物油，是由石油所得精炼液态烃的混合物，主要为饱和的环烷烃与链烷烃混合物，原油经常压和减压分馏、溶剂抽提和脱蜡，加氢精制而得。
上述的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，其中，所述的步骤2包含：步骤2.1，将称取的氧化石墨烯粉体分散于白油中，常温状态下搅拌10～20min，然后超声20～40min；步骤2.2，将步骤2.1制得的浆料升温至30～50℃，在搅拌状态下，将催化剂按比例持续加入到该浆料中，持续搅拌20～30min，制备出改性氧化石墨烯油性浆料。该石墨烯油性浆料体系能够很好的与超高分子量聚乙烯纺丝液混合。
上述的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，其中，所述的步骤3中，将改性氧化石墨烯油性浆料加入白油中，充分搅拌5～15min，超声10～30min，得到氧化石墨烯油性溶液，再加入超高分子量聚乙烯粉，在40～60℃溶胀15～30min，然后升温至70～80℃，再进行搅拌20～50min，制备纺丝液；所述的氧化石墨烯油性溶液的溶质为氧化石墨烯，溶剂为白油，溶液的质量浓度控制在8％～12％的范围内；溶胀率为1.0～1.5％。
上述的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，其中，所述的步骤4中双螺杆挤出机的螺杆参数为：一区110～130℃，二区180～210℃，三区240～260℃，四区250～270℃，五区260～280℃，六区265℃～290℃；熔体温度280～300℃，螺杆挤出压力3～7mpa，螺杆转速150～200r/min，下料温度50～80℃，纺丝速度5～10m/s。
上述的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，其中，所述的步骤5的纺丝凝固浴采用干湿法，凝固浴温度为20～30℃，拉伸倍数为两级拉伸，分别为5倍、10倍。
本发明提供的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维及其制备方法具有以下优点：
本发明利用改性氧化石墨烯溶液分散体系，制备一种新型石墨烯油性浆料，充分分散均匀后将超高分子量聚乙烯与石墨烯油性浆料按一定比例混合均匀，再通过超高分子量聚乙烯纺丝方法制备石墨烯防切割超高分子量聚乙烯复合纤维，该纤维具有很好的防切割作用，防切割等级达到欧标5级，未来将在防切割手套等领域大有作为。
本发明向uhmwpe纺丝液中添加了一种改性油性氧化石墨烯浆料，该溶液含有一定浓度的催化剂及改性剂以实现氧化石墨烯油性浆料的协同防切割作用。制备的改性氧化石墨烯油性浆料主要用于与超高分子量聚乙烯纺丝液混合，利用聚乙烯纺丝设备制备出具有优异防切割性能的石墨烯uhmwpe纤维，且水洗牢度好，在安防领域将会有广阔的应用前景。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
本发明提供的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维，其原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(uhmwpe)粉85％～99％，氧化石墨烯油性溶液0.1％～14.8％，改性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。
氧化石墨烯油性溶液通过氧化石墨烯制备；氧化石墨烯的石墨烯是采用机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等方法制备的任意一种。
超高分子量聚乙烯粉的分子量为400万～600万。
改性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮(pvp)等中的任意一种或多种。
添加剂包含玻纤粉、碳纤粉、二氧化硅粉、硬脂酸铝等中的任意一种或多种。
本发明还提供了该防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备改性氧化石墨烯油性浆料；步骤3，将步骤2所得的改性氧化石墨烯油性浆料加入白油中，经过搅拌、超声，得到氧化石墨烯油性溶液，再加入超高分子量聚乙烯粉，溶胀，然后升温，再进行搅拌，制备纺丝液；步骤4，将步骤3制得的纺丝液原液，加入到双螺杆挤出机中进行纺丝；步骤5，将步骤4所得的纺丝进行凝固浴。
白油别名石蜡油、白色油、矿物油，是由石油所得精炼液态烃的混合物，主要为饱和的环烷烃与链烷烃混合物，原油经常压和减压分馏、溶剂抽提和脱蜡，加氢精制而得。
优选地，步骤2包含：步骤2.1，将称取的氧化石墨烯粉体分散于白油中，常温状态下搅拌10～20min，然后超声20～40min；步骤2.2，将步骤2.1制得的浆料升温至30～50℃，在搅拌状态下，将催化剂按比例持续加入到该浆料中，持续搅拌20～30min，制备出改性氧化石墨烯油性浆料。该石墨烯油性浆料体系能够很好的与超高分子量聚乙烯纺丝液混合。
步骤3中，将改性氧化石墨烯油性浆料加入白油中，充分搅拌5～15min，超声10～30min，得到氧化石墨烯油性溶液，再加入超高分子量聚乙烯粉，在40～60℃溶胀15～30min，然后升温至70～80℃，再进行搅拌20～50min，制备纺丝液；氧化石墨烯油性溶液的溶质为氧化石墨烯，溶剂为白油，溶液的质量浓度控制在8％～12％的范围内；溶胀率为1.o～1.5％。
步骤4中双螺杆挤出机的螺杆参数为：一区110～130℃，二区180～210℃，三区240～260℃，四区250～270℃，五区260～280℃，六区265℃～290℃；熔体温度280～300℃，螺杆挤出压力3～7mpa，螺杆转速150～200r/min，下料温度50～80℃，纺丝速度5～10m/s。
步骤5的纺丝凝固浴采用干湿法，凝固浴温度为20～30℃，拉伸倍数为两级拉伸，分别为5倍、10倍。
下面结合实施例对本发明提供的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维及其制备方法做更进一步描述。
实施例1
一种防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维，其原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(uhmwpe)粉99％，氧化石墨烯油性溶液0.1％，改性剂0.4％，添加剂0.5％。
氧化石墨烯油性溶液通过氧化石墨烯制备；氧化石墨烯的石墨烯是采用机械剥离法制备的。
超高分子量聚乙烯粉的分子量为400万。
改性剂包含聚乙烯醇。添加剂包含玻纤粉。
本实施例还提供了该防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备改性氧化石墨烯油性浆料。步骤2包含：
步骤2.1，将称取的氧化石墨烯粉体分散于白油中，常温状态下搅拌10min，然后超声20min。
步骤2.2，将步骤2.1制得的浆料升温至30℃，在搅拌状态下，将催化剂按比例持续加入到该浆料中，持续搅拌20min，制备出改性氧化石墨烯油性浆料。该石墨烯油性浆料体系能够很好的与超高分子量聚乙烯纺丝液混合。
步骤3，将步骤2所得的改性氧化石墨烯油性浆料加入白油中，充分搅拌5min，超声10min，得到氧化石墨烯油性溶液，再加入超高分子量聚乙烯粉，在40℃溶胀15min，然后升温至70℃，再进行搅拌20min，制备纺丝液。
氧化石墨烯油性溶液的溶质为氧化石墨烯，溶剂为白油，溶液的质量浓度控制在8％。溶胀率为1.o。
步骤4，将步骤3制得的纺丝液原液，加入到双螺杆挤出机中进行纺丝。
双螺杆挤出机的螺杆参数为：一区110℃，二区180℃，三区240℃，四区250℃，五区260℃，六区265℃℃；熔体温度280℃，螺杆挤出压力3mpa，螺杆转速150r/min，下料温度50℃，纺丝速度5m/s。
步骤5，将步骤4所得的纺丝进行凝固浴。
纺丝凝固浴采用干湿法，凝固浴温度为20℃，拉伸倍数为两级拉伸，分别为5倍、10倍。
实施例2
一种防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维，其原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(uhmwpe)粉89％，氧化石墨烯油性溶液5％，改性剂1％，添加剂5％。
氧化石墨烯油性溶液通过氧化石墨烯制备；氧化石墨烯的石墨烯是采用液相剥离法制备的。
超高分子量聚乙烯粉的分子量为450万。
改性剂包含聚乙二醇。添加剂包含碳纤粉。
本实施例还提供了该防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备改性氧化石墨烯油性浆料。步骤2包含：
步骤2.1，将称取的氧化石墨烯粉体分散于白油中，常温状态下搅拌12min，然后超声25min。
步骤2.2，将步骤2.1制得的浆料升温至38℃，在搅拌状态下，将催化剂按比例持续加入到该浆料中，持续搅拌22min，制备出改性氧化石墨烯油性浆料。该石墨烯油性浆料体系能够很好的与超高分子量聚乙烯纺丝液混合。
步骤3，将步骤2所得的改性氧化石墨烯油性浆料加入白油中，充分搅拌8min，超声15min，得到氧化石墨烯油性溶液，再加入超高分子量聚乙烯粉，在45℃溶胀18min，然后升温至72℃，再进行搅拌25min，制备纺丝液。
氧化石墨烯油性溶液的溶质为氧化石墨烯，溶剂为白油，溶液的质量浓度控制在9％。溶胀率为1.1％。
步骤4，将步骤3制得的纺丝液原液，加入到双螺杆挤出机中进行纺丝。
双螺杆挤出机的螺杆参数为：一区115℃，二区185℃，三区245℃，四区255℃，五区265℃，六区270℃；熔体温度285℃，螺杆挤出压力4mpa，螺杆转速165r/min，下料温度58℃，纺丝速度6m/s。
步骤5，将步骤4所得的纺丝进行凝固浴。
纺丝凝固浴采用干湿法，凝固浴温度为23℃，拉伸倍数为两级拉伸，分别为5倍、10倍。
实施例3
一种防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维，其原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(uhmwpe)粉88.5％，氧化石墨烯油性溶液8％，改性剂0.5％，添加剂3％。
氧化石墨烯油性溶液通过氧化石墨烯制备；氧化石墨烯的石墨烯是采用化学气相沉积法制备的。
超高分子量聚乙烯粉的分子量为500万。
改性剂包含木质素磺酸钠或聚乙烯吡络烷酮(pvp)。添加剂包含二氧化硅粉。
本实施例还提供了该防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备改性氧化石墨烯油性浆料。步骤2包含：
步骤2.1，将称取的氧化石墨烯粉体分散于白油中，常温状态下搅拌15min，然后超声30min。
步骤2.2，将步骤2.1制得的浆料升温至40℃，在搅拌状态下，将催化剂按比例持续加入到该浆料中，持续搅拌25min，制备出改性氧化石墨烯油性浆料。该石墨烯油性浆料体系能够很好的与超高分子量聚乙烯纺丝液混合。
步骤3，将步骤2所得的改性氧化石墨烯油性浆料加入白油中，充分搅拌10min，超声20min，得到氧化石墨烯油性溶液，再加入超高分子量聚乙烯粉，在50℃溶胀22min，然后升温至75℃，再进行搅拌35min，制备纺丝液。
氧化石墨烯油性溶液的溶质为氧化石墨烯，溶剂为白油，溶液的质量浓度控制在10％。溶胀率为1.3％。
步骤4，将步骤3制得的纺丝液原液，加入到双螺杆挤出机中进行纺丝。
双螺杆挤出机的螺杆参数为：一区120℃，二区195℃，三区250℃，四区260℃，五区270℃，六区278℃；熔体温度290℃，螺杆挤出压力5mpa，螺杆转速180r/min，下料温度65℃，纺丝速度8m/s。
步骤5，将步骤4所得的纺丝进行凝固浴。
纺丝凝固浴采用干湿法，凝固浴温度为25℃，拉伸倍数为两级拉伸，分别为5倍、10倍。
实施例4
一种防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维，其原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(uhmwpe)粉85.2％，氧化石墨烯油性溶液10％，改性剂0.8％，添加剂4％。
氧化石墨烯油性溶液通过氧化石墨烯制备；氧化石墨烯的石墨烯是采用氧化还原法制备的。
超高分子量聚乙烯粉的分子量为550万。
改性剂包含聚乙烯醇和聚乙二醇。添加剂包含硬脂酸铝。
本实施例还提供了该防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备改性氧化石墨烯油性浆料。步骤2包含：
步骤2.1，将称取的氧化石墨烯粉体分散于白油中，常温状态下搅拌18min，然后超声35min。
步骤2.2，将步骤2.1制得的浆料升温至45℃，在搅拌状态下，将催化剂按比例持续加入到该浆料中，持续搅拌28min，制备出改性氧化石墨烯油性浆料。该石墨烯油性浆料体系能够很好的与超高分子量聚乙烯纺丝液混合。
步骤3，将步骤2所得的改性氧化石墨烯油性浆料加入白油中，充分搅拌12min，超声25min，得到氧化石墨烯油性溶液，再加入超高分子量聚乙烯粉，在55℃溶胀26min，然后升温至78℃，再进行搅拌40min，制备纺丝液。
氧化石墨烯油性溶液的溶质为氧化石墨烯，溶剂为白油，溶液的质量浓度控制在11％。溶胀率为1.4％。
步骤4，将步骤3制得的纺丝液原液，加入到双螺杆挤出机中进行纺丝。
双螺杆挤出机的螺杆参数为：一区125℃，二区200℃，三区255℃，四区265℃，五区275℃，六区285℃；熔体温度295℃，螺杆挤出压力6mpa，螺杆转速190r/min，下料温度70℃，纺丝速度9m/s。
步骤5，将步骤4所得的纺丝进行凝固浴。
纺丝凝固浴采用干湿法，凝固浴温度为28℃，拉伸倍数为两级拉伸，分别为5倍、10倍。
实施例5
一种防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维，其原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(uhmwpe)粉85％，氧化石墨烯油性溶液14.8％，改性剂0.1％，添加剂0.1％。
氧化石墨烯油性溶液通过氧化石墨烯制备；氧化石墨烯的石墨烯是采用机械剥离法或化学气相沉积法制备的。
超高分子量聚乙烯粉的分子量为600万。
改性剂包含木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮(pvp)。添加剂包含玻纤粉和碳纤粉。
本实施例还提供了该防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备改性氧化石墨烯油性浆料。步骤2包含：
步骤2.1，将称取的氧化石墨烯粉体分散于白油中，常温状态下搅拌20min，然后超声40min。
步骤2.2，将步骤2.1制得的浆料升温至50℃，在搅拌状态下，将催化剂按比例持续加入到该浆料中，持续搅拌30min，制备出改性氧化石墨烯油性浆料。该石墨烯油性浆料体系能够很好的与超高分子量聚乙烯纺丝液混合。
步骤3，将步骤2所得的改性氧化石墨烯油性浆料加入白油中，充分搅拌15min，超声30min，得到氧化石墨烯油性溶液，再加入超高分子量聚乙烯粉，在60℃溶胀30min，然后升温至80℃，再进行搅拌50min，制备纺丝液。
氧化石墨烯油性溶液的溶质为氧化石墨烯，溶剂为白油，溶液的质量浓度控制在12％。溶胀率为1.5％。
步骤4，将步骤3制得的纺丝液原液，加入到双螺杆挤出机中进行纺丝。
双螺杆挤出机的螺杆参数为：一区130℃，二区210℃，三区260℃，四区270℃，五区280℃，六区290℃；熔体温度300℃，螺杆挤出压力7mpa，螺杆转速200r/min，下料温度80℃，纺丝速度10m/s。
步骤5，将步骤4所得的纺丝进行凝固浴。
纺丝凝固浴采用干湿法，凝固浴温度为30℃，拉伸倍数为两级拉伸，分别为5倍、10倍。
本发明提供的防切割石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维及其制备方法，制备的石墨烯防切割uhmwpe复合纤维，即石墨烯超高分子量聚乙烯纤维，具有很好的防切割性能，在军工及安防领域会有广阔的前景。该制备工艺简单易操作，成本低廉，经济效益高，适合大规模工业化生产。该防切割超高分子量聚乙烯复合纤维用在安防手套领域，可使其防切割等级达到欧标5级以上，具有优异的防切割性能，因此该复合纤维将在安防领域更多产品中有更加广阔的前景。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。