CN109944080A - 一种石墨烯防穿刺面料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯防穿刺面料及其制备方法，该防穿刺面料的原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯纤维10％～30％，芳纶纤维10％～30％，石墨烯尼龙纤维15～40％，以及石墨烯防穿刺树脂涂料；石墨烯防穿刺树脂涂料的成分中包含石墨烯和树脂，以及改性剂和添加剂；石墨烯和树脂按质量百分比计占总原料的10％～30％，改性剂占总原料的0.1％～1％，添加剂占总原料的0.1％～5％。本发明还提供了该面料的制备方法。本发明将石墨烯用在防穿刺面料中，具有很好的防穿刺效果，可应用在警察、保安、建筑工人、机械工人等行业工作服及安防手套等防护领域，能防止尖锐外物刺伤人体，具有很好的保护效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种防穿刺面料及其制备方法，具体地，涉及一种石墨烯防穿刺面料及其制备方法。
背景技术
石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质，结构非常稳定，迄今为止研究者尚未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的链接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品，几乎完全透明，却极为致密，不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法通过。
UHMWPE(Ultra-high molecular weight PE，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。超高分子量聚乙烯纤维在1994年同益中突破关键性生产技术以来，现已经在国内形成多个超高分子量聚乙烯纤维产业化生产基地。据报道，美国超高分子量聚乙烯纤维70％用于防弹衣、防弹头盔、军用设施和设备的防弹装甲、航空航天等军事领域，而高性能纤维的发展是一个国家综合实力的体现，是建设现代化强国的重要物资基础。当前，以国家已经大力支持与加速发展我国的超高分子量聚乙烯纤维的生产与应用，国产UHMWPE纤维已经在全世界占用举足轻重的地位。
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穿刺性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型防穿刺面料及其制备方法，该面料主要由超高分子量聚乙烯/芳纶/石墨烯尼龙面料层及石墨烯防穿刺涂料层构成，该方法具有很好的防穿刺效果，可应用在警察、保安、建筑工人、机械工人等行业工作服及安防手套等防护领域，防止尖锐外物刺伤人体，具有很好的保护效果。
为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯防穿刺面料，其中，所述的防穿刺面料的原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维10％～30％，芳纶纤维10％～30％，石墨烯尼龙纤维15～40％，以及石墨烯防穿刺树脂涂料；所述的石墨烯防穿刺树脂涂料的成分中包含石墨烯和树脂，以及改性剂和添加剂；所述的石墨烯和树脂按质量百分比计占总原料的10％～30％，改性剂占总原料的0.1％～1％，添加剂占总原料的0.1％～5％。超高分子量聚乙烯纤维优选为超高分子量聚乙烯长丝，芳纶纤维优选为芳纶长丝。石墨烯尼龙纤维是添加了石墨烯的复合尼龙纤维，其原料包含聚酰胺(Polyamide，PA)、去离子水、石墨烯、改性剂等，制备成混合纺丝液，再按照常规加工工艺制备石墨烯尼龙纤维。优选的原料配比为：聚酰胺80％～90％，去离子水5％～10％，石墨烯0.1％～10％，改性剂0.1％～1％。改性剂包含聚乙烯醇、羟丙基纤维素、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、异丙醇等中的任意一种或多种。将石墨烯粉体和改性剂加入到去离子水中，搅拌，升温，超声分散处理后得到改性石墨烯浆料，再与聚酰胺纺丝液混合均匀，采用熔纺法制备石墨烯尼龙纤维。
上述的石墨烯防穿刺面料，其中，所述的石墨烯是采用机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等的方法制备的任意一种。
上述的石墨烯防穿刺面料，其中，所述的树脂包含环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等中的任意一种或多种。
上述的石墨烯防穿刺面料，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)、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、二甲基甲酰胺(DMF)等中的任意一种或多种。
上述的石墨烯防穿刺面料，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、金属粉等中的任意一种或多种。
本发明还提供了上述的石墨烯防穿刺面料的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备防穿刺面料，经纱采用超高分子量聚乙烯纤维与芳纶纤维按比例合股而成，纬纱采用经纱的超高分子量聚乙烯/芳纶合股线，以及石墨烯尼龙纤维合股线，交替引纬；步骤3，配制石墨烯树脂浆料即石墨烯防穿刺树脂涂料，将树脂加热，再将石墨烯粉体、添加剂、改性剂加入到树脂中进行分散，搅拌均匀后备用；树脂与石墨烯粉体的质量比为100:(0.01～10)；步骤4，将步骤3制得的浆料升温，然后在织物表面进行点涂层操作，再将面料放入烘箱中干燥，得到石墨烯防穿刺面料。
上述的石墨烯防穿刺面料的制备方法，其中，所述的步骤2中，经纱采用超高分子量聚乙烯纤维与芳纶纤维按比例合股而成，如1:(1～3)的比例，超高分子量聚乙烯纤维(长丝)的规格为50～100D，芳纶纤维(长丝)的规格为50～100D，合股后加捻，捻度为50～150捻/cm；纬纱采用经纱的超高分子量聚乙烯/芳纶合股线，以及石墨烯尼龙纤维合股线，交替引纬；石墨烯尼龙纤维合股线捻度为50～150捻/cm。用有梭织机或剑杆织机等织造成梭织面料。D为旦尼尔，是纤维细度的衡量单位。
上述的石墨烯防穿刺面料的制备方法，其中，所述的步骤2中，经纬纱线的合股线规格均为150～400D，制得的梭织布克重为100～300克/m2，面料织物组织结构为平纹组织。
上述的石墨烯防穿刺面料的制备方法，其中，所述的步骤3中，将树脂加热到30～70℃，使树脂粘度降低到最小值，再将石墨烯粉体、添加剂、改性剂加入到树脂中进行分散，搅拌机搅拌30～60min，分散均匀后备用。
上述的石墨烯防穿刺面料的制备方法，其中，所述的步骤4中，将步骤3制得的浆料放入涂覆机中，温度升至120～180℃，在织物表面进行点涂层操作，涂层点形状为正八边形，正八边形涂层点边长为2～4mm，且涂层点中心距为3～5mm；再将面料放入烘箱中干燥，烘箱烘燥的过程分2阶段进行，第一阶段温度为90～110℃，烘燥5～15min，第二阶段温度为130～150℃，烘燥10～30min，得到石墨烯防穿刺复合面料，所得的防穿刺面料克重为200～600克/m2。
本发明提供的石墨烯防穿刺面料及其制备方法具有以下优点：
本发明使用超高分子量聚乙烯、芳纶纤维、石墨烯尼龙纤维交织成梭织面料，然后涂覆石墨烯树脂浆料制备得到石墨烯防穿刺面料。
本发明采用的石墨烯是一种性能优越的二维材料，将石墨烯应用在防穿刺面料中，能协同发挥防穿刺性能，该面料可应用在警察、保安、建筑工人、机械工人等行业工作服及安防手套等防护领域，防止尖锐外物刺伤人体，具有很好的保护效果。
本方法制备的石墨烯防穿刺面料及其制备方法，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。
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。
本发明提供的石墨烯防穿刺面料，其原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维10％～30％，芳纶纤维10％～30％，石墨烯尼龙纤维15～40％，以及石墨烯防穿刺树脂涂料；石墨烯防穿刺树脂涂料的成分中包含石墨烯和树脂，以及改性剂和添加剂；石墨烯和树脂按质量百分比计占总原料的10％～30％，改性剂占总原料的0.1％～1％，添加剂占总原料的0.1％～5％。
超高分子量聚乙烯纤维优选为超高分子量聚乙烯长丝，芳纶纤维优选为芳纶长丝。
石墨烯尼龙纤维是添加了石墨烯的复合尼龙纤维，其原料包含聚酰胺(Polyamide，PA)、去离子水、石墨烯、改性剂等，制备成混合纺丝液，再按照常规加工工艺制备石墨烯尼龙纤维。优选的原料配比为：聚酰胺80％～90％，去离子水5％～10％，石墨烯0.1％～10％，改性剂0.1％～1％。改性剂包含聚乙烯醇、羟丙基纤维素、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、异丙醇等中的任意一种或多种。将石墨烯粉体和改性剂加入到去离子水中，搅拌，升温，超声分散处理后得到改性石墨烯浆料，再与聚酰胺纺丝液混合均匀，采用熔纺法制备石墨烯尼龙纤维。
优选地，石墨烯是采用机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等的方法制备的任意一种。
树脂包含环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等中的任意一种或多种。
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)、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、二甲基甲酰胺(DMF)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、金属粉等中的任意一种或多种。
本发明还提供了该石墨烯防穿刺面料的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备防穿刺面料，经纱采用超高分子量聚乙烯纤维与芳纶纤维按比例合股而成，纬纱采用经纱的超高分子量聚乙烯/芳纶合股线，以及石墨烯尼龙纤维合股线，交替引纬；步骤3，配制石墨烯树脂浆料即石墨烯防穿刺树脂涂料，将树脂加热，再将石墨烯粉体、添加剂、改性剂加入到树脂中进行分散，搅拌均匀后备用；树脂与石墨烯粉体的质量比为100:(0.01～10)；步骤4，将步骤3制得的浆料升温，然后在织物表面进行点涂层操作，再将面料放入烘箱中干燥，得到石墨烯防穿刺面料。
优选地，步骤2中经纱采用超高分子量聚乙烯纤维与芳纶纤维按比例合股而成，如1:(1～3)的比例，超高分子量聚乙烯纤维(长丝)的规格为50～100D，芳纶纤维(长丝)的规格为50～100D，合股后加捻，捻度为50～150捻/cm；纬纱采用经纱的超高分子量聚乙烯/芳纶合股线，以及石墨烯尼龙纤维合股线，交替引纬；石墨烯尼龙纤维合股线捻度为50～150捻/cm。用有梭织机或剑杆织机等织造成梭织面料。D为旦尼尔，是纤维细度的衡量单位。
步骤2中经纬纱线的合股线规格均为150～400D，制得的梭织布克重为100～300克/m2，面料织物组织结构为平纹组织。
步骤3中将树脂加热到30～70℃，使树脂粘度降低到最小值，再将石墨烯粉体、添加剂、改性剂加入到树脂中进行分散，搅拌机搅拌30～60min，分散均匀后备用。
步骤4中，将步骤3制得的浆料放入涂覆机中，温度升至120～180℃，在织物表面进行点涂层操作，涂层点形状为正八边形，正八边形涂层点边长为2～4mm，且涂层点中心距为3～5mm；再将面料放入烘箱中干燥，烘箱烘燥的过程分2阶段进行，第一阶段温度为90～110℃，烘燥5～15min，第二阶段温度为130～150℃，烘燥10～30min，得到石墨烯防穿刺复合面料，所得的防穿刺面料克重为200～600克/m2。
下面结合实施例对本发明提供的石墨烯防穿刺面料及其制备方法做更进一步描述。
实施例1
一种石墨烯防穿刺面料，其原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维30％，芳纶纤维30％，石墨烯尼龙纤维15％，以及石墨烯防穿刺树脂涂料；石墨烯防穿刺树脂涂料的成分中包含石墨烯和树脂，以及改性剂和添加剂；石墨烯和树脂按质量百分比计占总原料的19％，改性剂占总原料的1％，添加剂占总原料的5％。
超高分子量聚乙烯纤维优选为超高分子量聚乙烯长丝，芳纶纤维优选为芳纶长丝。
石墨烯尼龙纤维是添加了石墨烯的复合尼龙纤维，其原料包含聚酰胺(Polyamide，PA)、去离子水、石墨烯、改性剂等，制备成混合纺丝液，再按照常规加工工艺制备石墨烯尼龙纤维。优选的原料配比为：聚酰胺90％，去离子水8.9％，石墨烯0.1％，改性剂1％。改性剂为聚乙烯醇。将石墨烯粉体和改性剂加入到去离子水中，搅拌，升温，超声分散处理后得到改性石墨烯浆料，再与聚酰胺纺丝液混合均匀，采用熔纺法制备石墨烯尼龙纤维。
石墨烯是采用机械剥离法制备的。树脂包含环氧树脂。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石墨烯防穿刺面料的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备防穿刺面料，经纱采用超高分子量聚乙烯纤维与芳纶纤维按比例合股而成，如1:(1～3)的比例，超高分子量聚乙烯纤维(长丝)的规格为50～100D，芳纶纤维(长丝)的规格为50～100D，合股后加捻，捻度为50～150捻/cm；纬纱采用经纱的超高分子量聚乙烯/芳纶合股线，以及石墨烯尼龙纤维合股线，交替引纬；石墨烯尼龙纤维合股线捻度为50～150捻/cm。经纬纱线的合股线规格均为150～400D，用有梭织机或剑杆织机等织造成梭织面料。制得的梭织布克重为100～300克/m2，面料织物组织结构为平纹组织。
步骤3，配制石墨烯树脂浆料即石墨烯防穿刺树脂涂料，将树脂加热到30～70℃，使树脂粘度降低到最小值，再将石墨烯粉体、添加剂、改性剂加入到树脂中进行分散，搅拌机搅拌30～60min，分散均匀后备用。树脂与石墨烯粉体的质量比为10:1。
步骤4，将步骤3制得的浆料放入涂覆机中，温度升至120～180℃，在织物表面进行点涂层操作，涂层点形状为正八边形，正八边形涂层点边长为2～4mm，且涂层点中心距为3～5mm；再将面料放入烘箱中干燥，烘箱烘燥的过程分2阶段进行，第一阶段温度为90～110℃，烘燥5～15min，第二阶段温度为130～150℃，烘燥10～30min，得到石墨烯防穿刺复合面料，所得的防穿刺面料克重为200～600克/m2。
实施例2
一种石墨烯防穿刺面料，其原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维27％，芳纶纤维28.2％，石墨烯尼龙纤维30％，以及石墨烯防穿刺树脂涂料；石墨烯防穿刺树脂涂料的成分中包含石墨烯和树脂，以及改性剂和添加剂；石墨烯和树脂按质量百分比计占总原料的10％，改性剂占总原料的0.8％，添加剂占总原料的4％。
超高分子量聚乙烯纤维优选为超高分子量聚乙烯长丝，芳纶纤维优选为芳纶长丝。
石墨烯尼龙纤维是添加了石墨烯的复合尼龙纤维，其原料包含聚酰胺(Polyamide，PA)、去离子水、石墨烯、改性剂等，制备成混合纺丝液，再按照常规加工工艺制备石墨烯尼龙纤维。优选的原料配比为：聚酰胺87.7％，去离子水10％，石墨烯2％，改性剂0.3％。改性剂为羟丙基纤维素。将石墨烯粉体和改性剂加入到去离子水中，搅拌，升温，超声分散处理后得到改性石墨烯浆料，再与聚酰胺纺丝液混合均匀，采用熔纺法制备石墨烯尼龙纤维。
石墨烯是采用液相剥离法制备的。树脂包含酚醛树脂。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石墨烯防穿刺面料的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备防穿刺面料，经纱采用超高分子量聚乙烯纤维与芳纶纤维按比例合股而成，如1:(1～3)的比例，超高分子量聚乙烯纤维(长丝)的规格为50～100D，芳纶纤维(长丝)的规格为50～100D，合股后加捻，捻度为50～150捻/cm；纬纱采用经纱的超高分子量聚乙烯/芳纶合股线，以及石墨烯尼龙纤维合股线，交替引纬；石墨烯尼龙纤维合股线捻度为50～150捻/cm。经纬纱线的合股线规格均为150～400D，用有梭织机或剑杆织机等织造成梭织面料。制得的梭织布克重为100～300克/m2，面料织物组织结构为平纹组织。
步骤3，配制石墨烯树脂浆料即石墨烯防穿刺树脂涂料，将树脂加热到30～70℃，使树脂粘度降低到最小值，再将石墨烯粉体、添加剂、改性剂加入到树脂中进行分散，搅拌机搅拌30～60min，分散均匀后备用。树脂与石墨烯粉体的质量比为100:8。
步骤4，将步骤3制得的浆料放入涂覆机中，温度升至120～180℃，在织物表面进行点涂层操作，涂层点形状为正八边形，正八边形涂层点边长为2～4mm，且涂层点中心距为3～5mm；再将面料放入烘箱中干燥，烘箱烘燥的过程分2阶段进行，第一阶段温度为90～110℃，烘燥5～15min，第二阶段温度为130～150℃，烘燥10～30min，得到石墨烯防穿刺复合面料，所得的防穿刺面料克重为200～600克/m2。
实施例3
一种石墨烯防穿刺面料，其原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维26.5％，芳纶纤维10％，石墨烯尼龙纤维35％，以及石墨烯防穿刺树脂涂料；石墨烯防穿刺树脂涂料的成分中包含石墨烯和树脂，以及改性剂和添加剂；石墨烯和树脂按质量百分比计占总原料的25％，改性剂占总原料的0.5％，添加剂占总原料的3％。
超高分子量聚乙烯纤维优选为超高分子量聚乙烯长丝，芳纶纤维优选为芳纶长丝。
石墨烯尼龙纤维是添加了石墨烯的复合尼龙纤维，其原料包含聚酰胺(Polyamide，PA)、去离子水、石墨烯、改性剂等，制备成混合纺丝液，再按照常规加工工艺制备石墨烯尼龙纤维。优选的原料配比为：聚酰胺89.5％，去离子水5％，石墨烯5％，改性剂0.5％。改性剂为聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮(PVP)中的任意一种或多种。将石墨烯粉体和改性剂加入到去离子水中，搅拌，升温，超声分散处理后得到改性石墨烯浆料，再与聚酰胺纺丝液混合均匀，采用熔纺法制备石墨烯尼龙纤维。
石墨烯是采用化学气相沉积法制备的。树脂包含聚酯树脂或聚酰胺树脂。改性剂包含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石墨烯防穿刺面料的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备防穿刺面料，经纱采用超高分子量聚乙烯纤维与芳纶纤维按比例合股而成，超高分子量聚乙烯纤维(长丝)的规格为50～100D，芳纶纤维(长丝)的规格为50～100D，合股后加捻，捻度为50～150捻/cm；纬纱采用经纱的超高分子量聚乙烯/芳纶合股线，以及石墨烯尼龙纤维合股线，交替引纬；石墨烯尼龙纤维合股线捻度为50～150捻/cm。经纬纱线的合股线规格均为150～400D，用有梭织机或剑杆织机等织造成梭织面料。制得的梭织布克重为100～300克/m2，面料织物组织结构为平纹组织。
步骤3，配制石墨烯树脂浆料即石墨烯防穿刺树脂涂料，将树脂加热到30～70℃，使树脂粘度降低到最小值，再将石墨烯粉体、添加剂、改性剂加入到树脂中进行分散，搅拌机搅拌30～60min，分散均匀后备用。树脂与石墨烯粉体的质量比为20:1。
步骤4，将步骤3制得的浆料放入涂覆机中，温度升至120～180℃，在织物表面进行点涂层操作，涂层点形状为正八边形，正八边形涂层点边长为2～4mm，且涂层点中心距为3～5mm；再将面料放入烘箱中干燥，烘箱烘燥的过程分2阶段进行，第一阶段温度为90～110℃，烘燥5～15min，第二阶段温度为130～150℃，烘燥10～30min，得到石墨烯防穿刺复合面料，所得的防穿刺面料克重为200～600克/m2。
实施例4
一种石墨烯防穿刺面料，其原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维18％，芳纶纤维26.7％，石墨烯尼龙纤维25％，以及石墨烯防穿刺树脂涂料；石墨烯防穿刺树脂涂料的成分中包含石墨烯和树脂，以及改性剂和添加剂；石墨烯和树脂按质量百分比计占总原料的29％，改性剂占总原料的0.3％，添加剂占总原料的1％。
超高分子量聚乙烯纤维优选为超高分子量聚乙烯长丝，芳纶纤维优选为芳纶长丝。
石墨烯尼龙纤维是添加了石墨烯的复合尼龙纤维，其原料包含聚酰胺(Polyamide，PA)、去离子水、石墨烯、改性剂等，制备成混合纺丝液，再按照常规加工工艺制备石墨烯尼龙纤维。优选的原料配比为：聚酰胺85.2％，去离子水6％，石墨烯8％，改性剂0.8％。改性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基吡咯烷酮中的任意一种或多种。将石墨烯粉体和改性剂加入到去离子水中，搅拌，升温，超声分散处理后得到改性石墨烯浆料，再与聚酰胺纺丝液混合均匀，采用熔纺法制备石墨烯尼龙纤维。
石墨烯是采用氧化还原法制备。树脂包含聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯。改性剂包含聚十二烷基吡咯烷酮和十二烷基磺酸钠。添加剂包含硬脂酸铝或金属粉。
本实施例还提供了该石墨烯防穿刺面料的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备防穿刺面料，经纱采用超高分子量聚乙烯纤维与芳纶纤维按比例合股而成，如1:(1～3)的比例，超高分子量聚乙烯纤维(长丝)的规格为50～100D，芳纶纤维(长丝)的规格为50～100D，合股后加捻，捻度为50～150捻/cm；纬纱采用经纱的超高分子量聚乙烯/芳纶合股线，以及石墨烯尼龙纤维合股线，交替引纬；石墨烯尼龙纤维合股线捻度为50～150捻/cm。经纬纱线的合股线规格均为150～400D，用有梭织机或剑杆织机等织造成梭织面料。制得的梭织布克重为100～300克/m2，面料织物组织结构为平纹组织。
步骤3，配制石墨烯树脂浆料即石墨烯防穿刺树脂涂料，将树脂加热到30～70℃，使树脂粘度降低到最小值，再将石墨烯粉体、添加剂、改性剂加入到树脂中进行分散，搅拌机搅拌30～60min，分散均匀后备用。树脂与石墨烯粉体的质量比为50:1。
步骤4，将步骤3制得的浆料放入涂覆机中，温度升至120～180℃，在织物表面进行点涂层操作，涂层点形状为正八边形，正八边形涂层点边长为2～4mm，且涂层点中心距为3～5mm；再将面料放入烘箱中干燥，烘箱烘燥的过程分2阶段进行，第一阶段温度为90～110℃，烘燥5～15min，第二阶段温度为130～150℃，烘燥10～30min，得到石墨烯防穿刺复合面料，所得的防穿刺面料克重为200～600克/m2。
实施例5
一种石墨烯防穿刺面料，其原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维10％，芳纶纤维19.8％，石墨烯尼龙纤维40％，以及石墨烯防穿刺树脂涂料；石墨烯防穿刺树脂涂料的成分中包含石墨烯和树脂，以及改性剂和添加剂；石墨烯和树脂按质量百分比计占总原料的30％，改性剂占总原料的0.1％，添加剂占总原料的0.1％。
超高分子量聚乙烯纤维优选为超高分子量聚乙烯长丝，芳纶纤维优选为芳纶长丝。
石墨烯尼龙纤维是添加了石墨烯的复合尼龙纤维，其原料包含聚酰胺(Polyamide，PA)、去离子水、石墨烯、改性剂等，制备成混合纺丝液，再按照常规加工工艺制备石墨烯尼龙纤维。优选的原料配比为：聚酰胺80％，去离子水9.9％，石墨烯10％，改性剂0.1％。改性剂为二甲基甲酰胺(DMF)和异丙醇。将石墨烯粉体和改性剂加入到去离子水中，搅拌，升温，超声分散处理后得到改性石墨烯浆料，再与聚酰胺纺丝液混合均匀，采用熔纺法制备石墨烯尼龙纤维。
石墨烯是采用机械剥离法或氧化还原法的方法制备的。树脂包含环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等中的任意多种。改性剂包含二甲基甲酰胺。添加剂包含玻纤粉、碳纤粉、二氧化硅粉、硬脂酸铝、金属粉中的任意多种。
本实施例还提供了该石墨烯防穿刺面料的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备防穿刺面料，经纱采用超高分子量聚乙烯纤维与芳纶纤维按比例合股而成，如1:(1～3)的比例，超高分子量聚乙烯纤维(长丝)的规格为50～100D，芳纶纤维(长丝)的规格为50～100D，合股后加捻，捻度为50～150捻/cm；纬纱采用经纱的超高分子量聚乙烯/芳纶合股线，以及石墨烯尼龙纤维合股线，交替引纬；石墨烯尼龙纤维合股线捻度为50～150捻/cm。经纬纱线的合股线规格均为150～400D，用有梭织机或剑杆织机等织造成梭织面料。制得的梭织布克重为100～300克/m2，面料织物组织结构为平纹组织。
步骤3，配制石墨烯树脂浆料即石墨烯防穿刺树脂涂料，将树脂加热到30～70℃，使树脂粘度降低到最小值，再将石墨烯粉体、添加剂、改性剂加入到树脂中进行分散，搅拌机搅拌30～60min，分散均匀后备用。树脂与石墨烯粉体的质量比为100:0.01。
步骤4，将步骤3制得的浆料放入涂覆机中，温度升至120～180℃，在织物表面进行点涂层操作，涂层点形状为正八边形，正八边形涂层点边长为2～4mm，且涂层点中心距为3～5mm；再将面料放入烘箱中干燥，烘箱烘燥的过程分2阶段进行，第一阶段温度为90～110℃，烘燥5～15min，第二阶段温度为130～150℃，烘燥10～30min，得到石墨烯防穿刺复合面料，所得的防穿刺面料克重为200～600克/m2。
本发明提供的石墨烯防穿刺面料及其制备方法，在配方中通过三步法制备石墨烯防穿刺面料，首先利用纺织设备织造梭织面料，然后配制石墨烯树脂浆料，最后将石墨烯树脂浆料涂覆在梭织面料上，固化制得石墨烯防穿刺面料。该面料主要由超高分子量聚乙烯/芳纶/石墨烯尼龙面料层及石墨烯防穿刺涂料层构成，该方法具有很好的防穿刺效果，可应用在警察、保安、建筑工人、机械工人等行业工作服及安防手套等防护领域，防止尖锐外物刺伤人体，具有很好的保护效果。
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。
Claims (10)
1.一种石墨烯防穿刺面料，其特征在于，所述的防穿刺面料的原料按质量百分比计包含：超高分子量聚乙烯纤维10％～30％，芳纶纤维10％～30％，石墨烯尼龙纤维15～40％，以及石墨烯防穿刺树脂涂料；
所述的石墨烯防穿刺树脂涂料的成分中包含石墨烯和树脂，以及改性剂和添加剂；
所述的石墨烯和树脂按质量百分比计占总原料的10％～30％，改性剂占总原料的0.1％～1％，添加剂占总原料的0.1％～5％。
2.如权利要求1所述的石墨烯防穿刺面料，其特征在于，所述的石墨烯是采用机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法的方法制备的任意一种。
3.如权利要求1所述的石墨烯防穿刺面料，其特征在于，所述的树脂包含环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯中的任意一种或多种。
4.如权利要求1所述的石墨烯防穿刺面料，其特征在于，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、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、二甲基甲酰胺中的任意一种或多种。
5.如权利要求1所述的石墨烯防穿刺面料，其特征在于，所述的添加剂包含玻纤粉、碳纤粉、二氧化硅粉、硬脂酸铝、金属粉中的任意一种或多种。
6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的石墨烯防穿刺面料的制备方法，其特征在于，所述的方法包含：
步骤1，按比例称取各原料；
步骤2，制备面料，经纱采用超高分子量聚乙烯纤维与芳纶纤维按比例合股而成，纬纱采用经纱的超高分子量聚乙烯/芳纶合股线，以及石墨烯尼龙纤维合股线，交替引纬；
步骤3，将树脂加热，再将石墨烯粉体、添加剂、改性剂加入到树脂中进行分散，搅拌均匀后备用；树脂与石墨烯粉体的质量比为100:(0.01～10)；
步骤4，将步骤3制得的浆料升温，然后在织物表面进行点涂层操作，再将面料放入烘箱中干燥，得到石墨烯防穿刺面料。
7.如权利要求6所述的石墨烯防穿刺面料的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，经纱采用超高分子量聚乙烯纤维与芳纶纤维按比例合股而成，超高分子量聚乙烯纤维的规格为50～100D，芳纶纤维的规格为50～100D，合股后加捻，捻度为50～150捻/cm；纬纱采用经纱的超高分子量聚乙烯/芳纶合股线，以及石墨烯尼龙纤维合股线，交替引纬；石墨烯尼龙纤维合股线捻度为50～150捻/cm。
8.如权利要求6所述的石墨烯防穿刺面料的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，经纬纱线的合股线规格均为150～400D，制得的梭织布克重为100～300克/m2，面料织物组织结构为平纹组织。
9.如权利要求6所述的石墨烯防穿刺面料的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，将树脂加热到30～70℃，再将石墨烯粉体、添加剂、改性剂加入到树脂中进行分散，搅拌机搅拌30～60min，分散均匀后备用。
10.如权利要求6所述的石墨烯防穿刺面料的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，将步骤3制得的浆料放入涂覆机中，温度升至120～180℃，在织物表面进行点涂层操作，涂层点形状为正八边形，正八边形涂层点边长为2～4mm，且涂层点中心距为3～5mm；再将面料放入烘箱中干燥，分2阶段进行，第一阶段温度为90～110℃，烘燥5～15min，第二阶段温度为130～150℃，烘燥10～30min，所得的防穿刺面料克重为200～600克/m2。
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