CN114481627A - 一种接枝型多功能无纬布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种接枝型多功能无纬布及其制备方法，包括超高分子量聚乙烯纤维，以及填充在其中的树脂，所述树脂中具有异质导电通道；异质导电通道为负载有片层结构碳基功能材料和液态金属的纤维素材料，纤维素材料表面具有纤维素羟基，异质导电通道被保护在纤维素材料的微米孔道中；所述树脂通过纤维素羟基与异质导电通道接枝；通过超声处理和水热处理将片层结构碳基功能材料和液态金属负载于纤维素材料的微米孔道中构成异质导电通道，并将其作为扩链剂，与其他单体合成了接枝改性的水性聚氨酯填充树脂，将其填充并固化于超高分子量聚乙烯纤维中获得接枝型无纬布。本发明的无纬布具有较好的电磁隐身和导热功能，此外防弹性能和耐老化性能良好。

Description

一种接枝型多功能无纬布及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种接枝型多功能无纬布及其制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯无纬布是制备防弹制品的主要材料之一，由超高分子量聚乙烯纤维和树脂构成。超高分子量聚乙烯无纬布的防弹机理为无纬布受子弹冲击时，纤维会迅速把子弹的冲击波能量沿纤维轴向扩展开，纤维断裂时需吸收断裂能，当收到冲击时，树脂的变形与碎裂会吸收一部分的子弹冲击波，而且无纬布层间的树脂也会使子弹冲击波沿防弹制品厚度方向传递。因此，超高分子量聚乙烯无纬布在防弹时，不仅需要高强度的超高分子量聚乙烯纤维，也需要高强度的树脂以及能传递子弹冲击波的介质。
然而，超高分子量聚乙烯无纬布冲击韧性不佳，不具备电磁隐身和导热功能，当受到敌方雷达探测时，雷达发射出的电磁波难以被吸收损耗，大部分入射波都被反射回去，从而导致穿着防弹衣的人员将被敌方雷达锁定，增加伤亡概率。此外，由于现有超高分子量聚乙烯无纬布的导热性能较差，穿着防弹衣进行剧烈运动时，士兵体内所产生的热量难以迅速排出，导致穿着的舒适性较差。最后，现有的防弹无纬布的防弹性能和耐老化性能有待进一步提高。
发明内容
为了解决上述技术问题，而提供一种接枝型多功能无纬布及其制备方法。本发明的无纬布具有较好的电磁隐身和导热功能，此外防弹性能和耐老化性能良好。
为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种接枝型多功能无纬布，包括超高分子量聚乙烯纤维，以及填充在所述超高分子量聚乙烯纤维中的树脂，所述树脂中具有异质导电通道；
所述异质导电通道为负载有片层结构碳基功能材料和液态金属的纤维素材料，所述纤维素材料表面具有纤维素羟基，所述异质导电通道被保护在纤维素材料的微米孔道中；
所述树脂通过所述纤维素羟基与所述异质导电通道接枝。
进一步地，所述树脂为水性聚氨酯，固含量为30-40wt％；所述超高分子量聚乙烯纤维的分子量高于100万；所述树脂占所述接枝型多功能无纬布重量的15-25％。
进一步地，所述纤维素材料为植物纤维；所述片层结构碳基功能材料为还原氧化石墨烯，粒径20nm-1μm；所述液态金属为三元镓铟锡合金或二元镓铟合金中的一种，所述三元镓铟锡合金中Ga:In:Sn＝(66-70)wt％:(19-23)wt％:(7-12)wt％，所述二元镓铟合金中Ga:In＝(73-82)wt％:(18-27)wt％。
再进一步地，所述植物纤维为丝瓜络纤维，粒径范围为0.1-3mm，孔道尺寸20μm-500μm；所述碳基功能材料在所述植物纤维中的质量百分含量为2-30％；所述液态金属在所述植物纤维中的质量百分含量为2-30％；所述植物纤维占所述树脂重量的5-20％。
再进一步地，所述异质导电通道的构造方法包括如下步骤：
(1)机械力的作用下处理具有微米级孔道结构的植物纤维，使所述植物纤维上的木质素和半纤维素在机械力的作用下发生脱离而使纤维素羟基暴露于植物纤维的表面；
(2)将经过步骤1处理过的所述植物纤维与所述片层结构碳基功能材料投入水热反应釜中，加入溶剂，先进行超声处理再进行水热处理，超声处理能够使片层结构碳基功能材料的片层剥离并在溶剂中均匀分散，然后进行的水热处理能够使剥离的片层结构碳基功能材料的纳米片层在高温高压的驱动作用下进入植物纤维的微米孔道内，待反应完成后，过滤烘干，得到负载有片层结构碳基功能材料的植物纤维；
(3)将步骤2的产物与所述液态金属投入水热反应釜中，加入分散剂溶液，先进行超声处理再进行水热处理，水热处理可使分散处于纳米尺度的液态金属在高温高压的驱动作用下进入植物纤维的微米孔道内，待反应完成后，过滤烘干，得到负载有片层结构碳基功能材料以及液态金属的植物纤维，即所述异质导电通道构造完成。
再进一步地，所述溶剂为DMF；所述分散剂溶液为盐酸多巴胺溶液，所述盐酸多巴胺溶液的浓度为1-20wt％，作为液态金属的分散溶剂，协同超声处理使液态金属在盐酸多巴胺溶液中均匀分散为纳米尺度的液态金属。丝瓜络纤维的孔道尺寸为微米级，而还原氧化石墨烯以及被分散后的液态金属均为纳米级，均可进入丝瓜络纤维的微米孔道中。
再进一步地，步骤(1)中产生的所述机械力为旋转力，转速3000-5000rpm，所述机械力的作用时间为3-5min；步骤(2)和步骤(3)中所述超声处理的功率为100-500W、超声时间为5-60min；步骤(2)和步骤(3)中所述水热处理的温度为100-150℃、时间为60-480min
上述接枝型多功能无纬布的制备方法，包括如下步骤：
(1)将表面具有纤维素羟基的异质导电通道作为大分子扩链剂，以2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂，以和异氰酸酯和多元醇为单体，合成异质导电通道接枝的水性聚氨酯；
(2)采用浸渍或者涂覆的方式使具有异质导电通道接枝的水性聚氨酯填充并固化在超高分子量聚乙烯树脂中制得接枝型多功能无纬布。
进一步地，步骤(1)中所述多元醇为聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)；
所述水性聚氨酯的合成过程为：氮气保护下，将化学当量计量的所述异氰酸酯和所述多元醇在80-90℃下预聚反应2h；所述预聚反应结束后，加入所述亲水扩链剂和所述大分子扩链剂以及有机锡催化剂再继续反应0.5-1h，降温至低于50℃后加入与所述亲水扩链剂等物质的量的三乙胺进行中和，然后在1000rpm搅拌转速下，加水乳化0.5-1h，得到具有异质导电通道接枝改性的水性聚氨酯。
有益技术效果：
(1)异质导电通道的释意：由两种带隙结构不同的材料组成的载流子通道，由于不同材料之间的固有电势梯度和费米能级的差异，载流子在界面处能够自发转移。本发明采用还原氧化石墨烯，导带为-1.6eV，而金属的费米能级低于石墨烯的导带，当金属与还原氧化石墨烯高度耦合后，即形成界面效应，该界面效应能够增加材料的导电和导热能力，提升作用机理为：材料接触到电子后，从还原氧化石墨烯经由异质界面传递至金属，在金属端富集电子，而金属的费米能级几乎不因电子浓度变化而改变，但还原氧化石墨烯靠近界面端的能带则因电子的减少而向上弯曲形成肖特基势垒，势垒的存在导致大的界面电阻存在同时产生界面静电势，此时电子若由金属向还原氧化石墨烯反向流动则需要越过界面静电势与肖特基势垒，这是比较困难的，因此，异质导电通道的存在可促使载流子单向流动，即异质导电通道具有整流作用，同时减少了载流子因电子和空穴的重组而淬灭，提高了载流子的浓度，从而增加无纬布材料的导电能力和导热能力。
(2)将表面带有纤维素羟基的异质导电通道(负载有片层结构碳基功能材料以及液态金属的丝瓜络纤维)作为水性聚氨酯树脂合成过程中的扩链剂，异质导电通道以共价键形式接枝到聚氨酯上，将其填充于超高分子量聚乙烯纤维中制成无纬布。利用异质导电通道的大量羟基参与聚氨酯反应，无需另加聚环氧丙烷醚三醇(PPO)等多官能度的交联单体，即可使得聚氨酯树脂中的异质导电通道成为相邻聚氨酯链段的交联中心。当无纬布受到外力冲击时，首先，交联中心通过其共价接枝链段的解缠结和构象调整来大量耗散外界冲击能量；其次，外界冲击能量沿着共价键高效传入异质导电通道，利用其丝瓜络纤维微米孔道的中空结构快速耗散；最后，纤维素分子量和结晶度高，能吸收大量的外界冲击能量，从能够增加无纬布的防弹能力。
(3)聚氨酯接枝改性之后，聚氨酯的分子量和交联程度增加，降低了分子链在高温、高湿热和光线照射环境下发生氧化断链的可能性，从而增加了无纬布的耐老化能力。
(4)当使用本发明制备的防弹无纬布制成防弹衣后，受到敌方雷达扫描探测时，入射波将在丝瓜络纤维微米孔道内的大量石墨烯片层表面和液态金属纳米球表面发生多重散射和反射，从而被迅速耗散衰减，最终只有微量电磁波产生漫反射。因此在敌方雷达的扫描探测下将具有电磁隐身能力。此外，石墨烯和液态金属界面处所形成的异质结将进一步增加载流子的输运能力，加剧电磁波的耗散作用，从而提高电磁屏蔽作用。石墨烯和液态金属在微米孔道中形成导热通道，使热量以声子的形式在通道内定向输运，使防弹衣内部形成三维立体的导热网络。作战人员剧烈运动时产生的大量热量将迅速通过导热网络被排出于空气中，能极大提升本防弹衣的穿着舒适性。此外由于热量被迅速排出，作战人员的体温与周边环境温度更接近，降低了夜间作战时被红外热成像仪发现的可能性。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
以下实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定；若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、或相关企业提出的标准要求进行。除非另有说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。
实施例1
一种接枝型多功能无纬布，包括分子量为150万的超高分子量聚乙烯纤维，以及填充并固化在所述超高分子量聚乙烯纤维中的聚氨酯树脂，所述聚氨酯树脂中具有异质导电通道；所述聚氨酯树脂占所述无纬布质量的25％；
所述异质导电通道为负载有4wt％还原氧化石墨烯(粒径20nm-1μm)和10wt％液态金属(液态金属为三元镓铟锡合金，其中Ga:In:Sn＝66％:23％:11％)的丝瓜络纤维材料，所述丝瓜络纤维占所述聚氨酯树脂重量的5％；
所述丝瓜络纤维的表面具有纤维素羟基，所述异质导电通道被保护在丝瓜络纤维的微米孔道中；所述聚氨酯树脂通过所述纤维素羟基与所述异质导电通道接枝。
其中，所述异质导电通道的构造方法包括如下步骤：
(1)将丝瓜络块体切成小块，加入破碎机中，再注入少量去离子水，开动破碎机，以3000rpm的转速旋转5min，使丝瓜络块体粉碎成为丝瓜络纤维粉末(粉末粒径0.1-3mm，孔道尺寸20μm-500μm)，以高速机械力处理具有微米级孔道结构的丝瓜络纤维，可使丝瓜络纤维上的木质素和半纤维素在高速机械力作用下发生脱离，从而使纤维素羟基暴露于丝瓜络纤维的表面；
(2)将经过步骤1处理具有表面纤维素羟基的丝瓜络纤维与还原氧化石墨烯投入水热反应釜中，加入DMF溶剂，先进行超声处理(超声的功率为300W、超声时间为20min)再进行水热处理(温度为120℃、时间为180min)，超声处理能够使还原氧化石墨烯的片层剥离并在DMF溶剂中均匀分散，然后进行的水热处理能够使剥离的还原氧化石墨烯纳米片在高温高压的驱动作用下进入丝瓜络纤维的微米孔道内，待反应完成后，过滤烘干，得到负载有还原氧化石墨烯的丝瓜络纤维；
(3)将步骤2的产物与三元镓铟锡合金投入水热反应釜中，加入盐酸多巴胺溶液(浓度为5wt％)，先进行超声处理(超声的功率为400W、超声时间为10min、超声的温度为30℃)再进行水热处理(温度为120℃、时间为380min)，超声处理可使液态金属的尺寸减小到纳米尺度并在盐酸多巴胺溶液的作用下均匀分散，然后进行的水热处理可使分散处于纳米尺度的液态金属在高温高压的驱动作用下进入丝瓜络纤维的微米孔道内，待反应完成后，过滤烘干，得到负载有还原氧化石墨烯以及三元镓铟锡合金液态金属的丝瓜络纤维，即异质导电通道构造完成。
上述接枝型多功能无纬布的制备方法：
(1)氮气保护下，将甲苯二异氰酸酯(TDI，16.84g)和聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA，40g)在80℃下预聚反应2h；待预聚反应结束后，加入亲水扩链剂2,2-二羟甲丙酸(添加量反应体系的4.5wt％)和大分子扩链剂负载有还原氧化石墨烯以及三元镓铟锡合金液态金属的丝瓜络纤维(即异质导电通道，添加量为反应体系的5wt％)以及催化剂量的辛酸亚锡催化剂再继续反应0.5h，降温至低于50℃后加入与所述亲水扩链剂等物质的量的三乙胺进行中和，然后在1000rpm搅拌转速下，加水乳化0.5h，得到固含量为30wt％的具有异质导电通道接枝改性水性聚氨酯；
(2)采用浸渍或者涂覆的方式使接枝的水性聚氨酯填充并固化在超高分子量聚乙烯树脂中制得接枝型多功能无纬布，控制最终聚氨酯的量占无纬布重量的25％。
实施例2
一种接枝型多功能无纬布，包括分子量为150万的超高分子量聚乙烯纤维，以及填充并固化在所述超高分子量聚乙烯纤维中的聚氨酯树脂，所述聚氨酯树脂中具有异质导电通道；所述聚氨酯树脂占所述无纬布质量的25％；
所述异质导电通道为负载有6.67wt％还原氧化石墨烯(粒径20nm-1μm)和26.67wt％液态金属(液态金属为二元镓铟合金，其中Ga:In＝79％:21％)的丝瓜络纤维材料，所述丝瓜络纤维占所述聚氨酯树脂重量的15％；
所述丝瓜络纤维的表面具有纤维素羟基，所述异质导电通道被保护在丝瓜络纤维的微米孔道中；所述聚氨酯树脂通过所述纤维素羟基与所述异质导电通道接枝。
其中，所述异质导电通道的构造方法包括如下步骤：
(1)将丝瓜络块体切成小块，加入破碎机中，再注入少量去离子水，开动破碎机，以4000rpm的转速旋转3min，使丝瓜络块体粉碎成为丝瓜络纤维粉末(粉末粒径0.1-3mm，孔道尺寸20μm-500μm)，以高速机械力处理具有微米级孔道结构的丝瓜络纤维，可使丝瓜络纤维上的木质素和半纤维素在高速机械力作用下发生脱离，从而使纤维素羟基暴露于丝瓜络纤维的表面；
(2)将经过步骤1处理具有表面纤维素羟基的丝瓜络纤维与还原氧化石墨烯投入水热反应釜中，加入DMF溶剂，先进行超声处理(超声的功率为200W、超声时间为20min)再进行水热处理(温度为135℃、时间为280min)，超声处理能够使还原氧化石墨烯的片层剥离并在DMF溶剂中均匀分散，然后进行的水热处理能够使剥离的还原氧化石墨烯纳米片在高温高压的驱动作用下进入丝瓜络纤维的微米孔道内，待反应完成后，过滤烘干，得到负载有还原氧化石墨烯的丝瓜络纤维；
(3)将步骤2的产物与二元镓铟合金投入水热反应釜中，加入盐酸多巴胺溶液(浓度为10wt％)，先进行超声处理(超声的功率为400W、超声时间为20min、超声的温度为30℃)再进行水热处理(温度为140℃、时间为350min)，超声处理可使液态金属的尺寸减小到纳米尺度并在盐酸多巴胺溶液的作用下均匀分散，然后进行的水热处理可使分散处于纳米尺度的液态金属在高温高压的驱动作用下进入丝瓜络纤维的微米孔道内，待反应完成后，过滤烘干，得到负载有还原氧化石墨烯以及二元镓铟合金液态金属的丝瓜络纤维，即异质导电通道构造完成。
上述接枝型多功能无纬布的制备方法：
(1)氮气保护下，将甲苯二异氰酸酯(TDI，16.84g)和聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA，40g)在80℃下预聚反应2h；待预聚反应结束后，加入亲水扩链剂2,2-二羟甲丙酸(添加量反应体系的4.5wt％)和大分子扩链剂负载有还原氧化石墨烯以及二元镓铟合金液态金属的丝瓜络纤维(即异质导电通道，添加量为反应体系的15wt％)以及催化剂量的辛酸亚锡催化剂再继续反应0.5h，降温至低于50℃后加入与所述亲水扩链剂等物质的量的三乙胺进行中和，然后在1000rpm搅拌转速下，加水乳化0.5h，得到固含量为30wt％的具有异质导电通道接枝改性水性聚氨酯；
(2)采用浸渍或者涂覆的方式使接枝的水性聚氨酯填充并固化在超高分子量聚乙烯树脂中制得接枝型多功能无纬布，控制最终聚氨酯的量占无纬布重量的25％。
实施例3
一种接枝型多功能无纬布，包括分子量为150万的超高分子量聚乙烯纤维，以及填充并固化在所述超高分子量聚乙烯纤维中的聚氨酯树脂，所述聚氨酯树脂中具有异质导电通道；所述聚氨酯树脂占所述无纬布质量的25％；
所述异质导电通道为负载有15wt％还原氧化石墨烯(粒径20nm-1μm)和40wt％液态金属(液态金属为三元镓铟合金，其中Ga:In:Sn＝70％:23％:7％)的丝瓜络纤维材料，所述丝瓜络纤维占所述聚氨酯树脂重量的20％；
所述丝瓜络纤维的表面具有纤维素羟基，所述异质导电通道被保护在丝瓜络纤维的微米孔道中；所述聚氨酯树脂通过所述纤维素羟基与所述异质导电通道接枝。
其中，所述异质导电通道的构造方法包括如下步骤：
(1)将丝瓜络块体切成小块，加入破碎机中，再注入少量去离子水，开动破碎机，以5000rpm的转速旋转2min，使丝瓜络块体粉碎成为丝瓜络纤维粉末(粉末粒径0.1-3mm，孔道尺寸20μm-500μm)，以高速机械力处理具有微米级孔道结构的丝瓜络纤维，可使丝瓜络纤维上的木质素和半纤维素在高速机械力作用下发生脱离，从而使纤维素羟基暴露于丝瓜络纤维的表面；
(2)将经过步骤1处理具有表面纤维素羟基的丝瓜络纤维与还原氧化石墨烯投入水热反应釜中，加入DMF溶剂，先进行超声处理(超声的功率为500W、超声时间为60min)再水热处理(温度为150℃、时间为450min)，超声处理能够使还原氧化石墨烯的片层剥离并在DMF溶剂中均匀分散，然后进行的水热处理能够使剥离的还原氧化石墨烯纳米片在高温高压的驱动作用下进入丝瓜络纤维的微米孔道内，待反应完成后，过滤烘干，得到负载有还原氧化石墨烯的丝瓜络纤维；
(3)将步骤2的产物与三元镓铟锡合金投入水热反应釜中，加入盐酸多巴胺溶液(浓度为20wt％)，先进行超声处理(超声的功率为500W、超声时间为60min、超声的温度为45℃)再进行水热处理(温度为150℃、时间为400min)，超声处理可使液态金属的尺寸减小到纳米尺度并在盐酸多巴胺溶液的作用下均匀分散，然后进行的水热处理可使分散处于纳米尺度的液态金属在高温高压的驱动作用下进入丝瓜络纤维的微米孔道内，待反应完成后，过滤烘干，得到负载有还原氧化石墨烯以及二元镓铟合金液态金属的丝瓜络纤维，即异质导电通道构造完成。
上述接枝型多功能无纬布的制备方法：
(1)氮气保护下，将甲苯二异氰酸酯(TDI，16.84g)和聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA，40g)在80℃下预聚反应2h；待预聚反应结束后，加入亲水扩链剂2,2-二羟甲丙酸(添加量反应体系的4.5wt％)和大分子扩链剂负载有还原氧化石墨烯以及二元镓铟合金液态金属的丝瓜络纤维(即异质导电通道，添加量为反应体系的20wt％)以及催化剂量的辛酸亚锡催化剂再继续反应0.5h，降温至低于50℃后加入与所述亲水扩链剂等物质的量的三乙胺进行中和，然后在1000rpm搅拌转速下，加水乳化0.5h，得到固含量为30wt％的具有异质导电通道接枝改性水性聚氨酯；
(2)采用浸渍或者涂覆的方式使接枝的水性聚氨酯填充并固化在超高分子量聚乙烯树脂中制得接枝型多功能无纬布，控制最终聚氨酯的量占无纬布重量的25％。
对比例1
本对比例为实施例1的空白对照，采用实施例1中水性聚氨酯的制备方法(没添加大分子扩链剂，即未构建异质导电通道，将制得的水性聚氨酯采用浸渍或者涂覆的方式将水性聚氨酯填充并固化在超高分子量聚乙烯树脂中，制得常规无纬布。
对比例2
本对比例与实施例1的制备方法相同，相较于实施例1，不同之处在于，未构建异质导电通道，也未加入石墨烯和液态金属，而只在水性聚氨酯合成过程中加入了经过步骤1处理的具有纤维素羟基的丝瓜络纤维，丝瓜络纤维的用量为实施例1中丝瓜络纤维、石墨烯和液态金属的总量。
对比例3
本对比例与实施例1的制备方法相同，相较于实施例1，不同之处在于，未构建异质导电通道，在水性聚氨酯合成过程中加入了只负载有还原氧化石墨烯的丝瓜络纤维，丝瓜络纤维的用量与实施例1相同，还原氧化石墨烯的用量为实施例1中石墨烯和液态金属的总量。
对比例4
本对比例与实施例1的制备方法相同，相较于实施例1，不同之处在于，未构建异质导电通道，在水性聚氨酯合成过程中加入了只负载有液态金属的丝瓜络纤维，丝瓜络纤维的用量与实施例1相同，液态金属的用量为实施例1中石墨烯和液态金属的总量。
对比例5
本对比例与实施例1的制备方法相同，相较于实施例1，不同之处在于，未构建异质导电通道，只是将丝瓜络纤维、还原氧化石墨烯、液态金属分别经过超声处理后，将其在合成水性聚氨酯的过程中加入合成具有同时丝瓜络纤维、还原氧化石墨烯、液态金属的水性聚氨酯。
对比例6
本对比例与实施例1的制备方法相同，相较于实施例1，不同之处在于，未构建异质导电通道，不具有丝瓜络纤维，在合成水性聚氨酯的过程中以聚环氧丙烷醚三醇(PPO)替代大分子扩链剂，再将经过超声处理的还原氧化石墨烯和液态金属加入到水性聚氨酯的合成过程中。
将上述实施例及对比例制得的无纬布制成防弹衣材料，防弹衣材料的制备：准备25层上述实施例及对比例制得的无纬布按照顺时针顺序旋转75°进行叠加，然后热压，热压温度为130℃，热压压力为25MPa，热压时间为40min，每隔10min泄压排气4s，完全冷却后即可制得防弹衣材料。
对防弹衣材料根据行业标准QB/T 1040.2-2006的检测条件测试材料的拉伸强度，试验速度为50mm/min；按照国家标准GA141-2010测试防弹衣材料的V50值，按照国家标准GB/T 30139-2013测试材料的电磁屏蔽效能数据见表1。
表1实施例及对比例数据
Figure BDA0003519052830000101
由表1可知，对比例1为空白对照，本发明将还原氧化石墨烯和液态金属负载于丝瓜络纤维的微米孔道中，通过构建异质导电通道以及丝瓜络纤维表面的纤维素羟基，在聚氨酯的合成过程中作为扩链剂，异质导电通道以共价键形式接枝到聚氨酯上，以此来增加聚氨酯的分子量和交联程度增加，能够降低分子链在高温、高湿热和光线照射环境下发生氧化断链的可能性，从而提高无纬布的耐老化性能；通过构建异质导电通道，当材料接收电磁波、红外热辐射等时，入射波将在丝瓜络纤维微米孔道内的大量石墨烯片层表面和液态金属纳米球表面发生多重散射和反射，从而被迅速耗散衰减，此外，石墨烯和液态金属界面处所形成的异质结将进一步增加载流子的输运能力，加剧电磁波的耗散作用，从而增加无纬布材料电磁屏蔽作用。
对比例2为在水性聚氨酯合成过程中加入了经过步骤1处理的具有纤维素羟基的丝瓜络纤维，对比例3为在水性聚氨酯合成过程中加入了只负载有还原氧化石墨烯的丝瓜络纤维，对比例4为在水性聚氨酯合成过程中加入了只负载有液态金属的丝瓜络纤维，这三个对比例未构建异质导电通道其只具有其中一种材料，其电磁屏蔽及导热效果相较实施例1差。而对比例5为在水性聚氨酯合成过程中加入了只经过超声处理的丝瓜络纤维、还原氧化石墨烯、液态金属，虽然三者皆具，但是也未构建异质导电通道，其电磁屏蔽及导热效果仍然较差。对比例6以聚环氧丙烷醚三醇(PPO)替代大分子扩链剂，相较于本发明中以负载有还原氧化石墨烯以及二元镓铟合金液态金属的丝瓜络纤维(即异质导电通道)为大分子扩链剂所获得的水性聚氨酯的交联网络与分子量较实施例1的小，相对应的强度也较小。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种接枝型多功能无纬布，其特征在于，包括超高分子量聚乙烯纤维，以及填充在所述超高分子量聚乙烯纤维中的树脂，所述树脂中具有异质导电通道；
所述异质导电通道为负载有片层结构碳基功能材料和液态金属的纤维素材料，所述纤维素材料表面具有纤维素羟基，所述异质导电通道被保护在纤维素材料的微米孔道中；所述树脂通过所述纤维素羟基与所述异质导电通道接枝。
2.根据权利要求1所述的一种接枝型多功能无纬布，其特征在于，所述树脂为水性聚氨酯，固含量为30-40wt％，所述树脂占所述接枝型多功能无纬布重量的15-25％；所述超高分子量聚乙烯纤维的分子量高于100万。
3.根据权利要求1所述的一种接枝型多功能无纬布，其特征在于，所述纤维素材料为植物纤维；所述片层结构碳基功能材料为还原氧化石墨烯，粒径20nm-1μm；所述液态金属为三元镓铟锡合金或二元镓铟合金中的一种，所述三元镓铟锡合金中Ga:In:Sn＝(66-70)wt％:(19-23)wt％:(7-12)wt％，所述二元镓铟合金中Ga:In＝(73-82)wt％:(18-27)wt％。
4.根据权利要求3所述的一种接枝型多功能无纬布，其特征在于，所述植物纤维为丝瓜络纤维，粒径范围为0.1-3mm，孔道尺寸20μm-500μm；所述碳基功能材料在所述植物纤维中的质量百分含量为2-30％；所述液态金属在所述植物纤维中的质量百分含量为2-30％；所述植物纤维占所述树脂重量的5-20％。
5.根据权利要求4所述的一种接枝型多功能无纬布，其特征在于，所述异质导电通道的构造方法包括如下步骤：
(1)机械力的作用下处理具有微米级孔道结构的植物纤维，使所述植物纤维上的木质素和半纤维素在机械力的作用下发生脱离而使纤维素羟基暴露于植物纤维的表面；
(2)将经过步骤1处理过的所述植物纤维与所述片层结构碳基功能材料投入水热反应釜中，加入溶剂，先进行超声处理再进行水热处理，待反应完成后，过滤烘干，得到负载有片层结构碳基功能材料的植物纤维；
(3)将步骤2的产物与所述液态金属投入水热反应釜中，加入分散剂溶液，先进行超声处理在进行水热处理，待反应完成后，过滤烘干，得到负载有片层结构碳基功能材料以及液态金属的植物纤维，即所述异质导电通道构造完成，所述异质导电通道被保护在植物纤维的微米孔道中。
6.根据权利要求5所述的一种接枝型多功能无纬布，其特征在于，所述溶剂为DMF；所述分散剂溶液为盐酸多巴胺溶液，所述盐酸多巴胺溶液的浓度为1-20wt％。
再进一步地，步骤(1)中产生的所述机械力为旋转力，转速3000-5000rpm，所述机械力的作用时间为3-5min；步骤(2)和步骤(3)中所述超声处理的功率为100-500W、超声时间为5-60min；步骤(2)和步骤(3)中所述水热处理的温度为100-150℃、时间为60-480min。
7.根据权利要求1-6任一项所述的接枝型多功能无纬布的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将表面具有纤维素羟基的异质导电通道作为大分子扩链剂，以2,2-二羟甲基丙酸为亲水扩链剂，以和异氰酸酯和多元醇为单体，合成异质导电通道接枝的水性聚氨酯；
(2)采用浸渍或者涂覆的方式使具有异质导电通道接枝的水性聚氨酯填充并固化在超高分子量聚乙烯树脂中制得接枝型多功能无纬布。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述多元醇为聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯；
所述水性聚氨酯的合成过程为：氮气保护下，将计量的所述异氰酸酯和所述多元醇在80-90℃下预聚反应2h；所述预聚反应结束后，加入所述亲水扩链剂和所述大分子扩链剂以及有机锡催化剂再继续反应0.5-1h，降温至低于50℃后加入与所述亲水扩链剂等物质的量的三乙胺进行中和，然后在1000rpm搅拌转速下，加水乳化0.5-1h，得到具有异质导电通道接枝改性的水性聚氨酯。
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