CN116876095A - 一种新型超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，属于有机合成高分子材料技术领域。本发明聚乙烯纤维包含以下重量份的原料制备而成：超高分子聚乙烯80‑100份、超支化改性碳纳米管10‑20份、石墨烯1‑2份、高温固化剂1‑10份、高温交联剂1‑15份。本发明采用超支化聚合物对碳纳米管进行一个共价键的接枝分散，确保了碳纳米管的分散稳定和均匀性，并用氧化石墨烯作为中介桥梁，两者协同发作用，碳纳米管、聚乙烯分子链进行接枝结合后，确保了接枝后的碳纳米管在纤维中的取向排列，经纺丝、萃取、牵伸后的纤维强度大大提高、抗切割性能更好、操作简单，不会产生毛丝、断头等问题，适合连续化生产。
Description
技术领域
本发明属于有机合成高分子材料技术领域，具体涉及一种新型超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。
背景技术
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，是分子量在100万-500万的聚乙烯所纺出的纤维。由于超高分子量聚乙烯纤维具有质量轻、耐冲击、介电性能高等优点，被广泛用于航空航天领域、海域防御领域、武器装备领域和日常工业领域。
由于技术限制，当前的超高分子量聚乙烯纤维在强力和抗切割上还有提高的空间。为提高纤维强力和抗切割性能，在当前的技术中，主要是应用钢筋+水泥的原理，在超高分子量聚乙烯纤维中加入硬质材料，来提高整体的强度和切割性能，但实际情况是在生产工艺汇总硬质材料由于分散团聚问题不能均匀的在纤维中分布，其排列也杂乱无序，影响了聚乙烯分子链的取向度，整体上可能对切割有提升，在纤维强力上造成损伤，另外硬质材料的的添加比例过高，还会造成纤维的可纺性能差，容易产生毛丝、断头等问题。例如申请号CN200910162583.7、CN201110271729.9、CN201310471406.3的发明专利，介绍了改善超高分子量聚乙烯纤维抗蠕变性的方法，在纺丝过程中添加无机纳米粉体(比如纳米无机复合材料、碳纳米管、石墨烯粉料、SiO2)，通过无机纳米颗粒的物理交联点使得分子之间发生交联，从而提高纤维的抗蠕变性能。但是，无机纳米颗粒的添加会使得超高分子量聚乙烯纤维可纺性变差，进而影响纤维的力学性能。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，采用超支化聚合物对碳纳米管进行一个共价键的接枝分散，确保了碳纳米管的分散稳定和均匀性，在用氧化石墨烯作为中介桥梁，将碳纳米管、聚乙烯分子链进行接枝结合，确保了接枝后的碳纳米管在纤维中的取向排列，经纺丝、萃取、牵伸后的纤维模量强度大大提高、抗切割性能更好、操作简单，不会产生毛丝、断头等问题，适合连续化生产。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：
一种新型超高分子量聚乙烯纤维，包含以下重量份的原料制备而成：超高分子聚乙烯80-100份、超支化改性碳纳米管10-20份、石墨烯1-2份、高温固化剂1-10份、高温交联剂1-15份。
进一步的，所述超高分子聚乙烯的分子量为(5.5-7.5)×106g/mol，特性粘度为25-38dl/g，粒径为65-120μm，堆积密度为0.45-0.6g/cm3。
进一步的，所述超支化改性碳纳米管的制备方法为：
(1)制备羟基化碳纳米管：按照重量比(1.8-2.4):(0.3-0.8)：(0.42-0.55)：(0.42-0.48)加入去离子水、碳纳米管、氢氧化钠、乙酸进行搅拌反应，反应30-45min后，用醋酸调至pH7-8后，干燥研磨得到羟基化碳纳米管；
(2)制备超支化碳纳米管：将步骤(1)制备的羟基化碳纳米管0.8-0.12份加入到0.6-1.2份5-(2-羧基苯氧基)间苯二甲酸中，超声分散混合均匀后，再加入0.2-0.33份的五氧化二磷和0.15-0.25份的甲磺酸，并进行搅拌反应，用HNMR测量其支化度为0.4-0.6时结束反应，冷却洗涤，旋蒸，真空干燥，即得到超支化碳纳米管。
进一步的，所述石墨烯为氧化石墨烯，氧化石墨烯的平均直径为60-80nm，长径比为(10-25):1。所用氧化石墨烯可采用浓硫酸剥离石墨，得到氧化石墨烯，表面含有羟基和羧基官能团。
进一步的，所述高温固化剂为聚醚胺(D-230)、二氰二氨(DICY)、聚壬二酸酐(PAPA)、六氯内亚甲基四氢苯二甲酸酐(HET)、二苯醚四酸二酐(DPEDA)中的一种或几种。
进一步的，所述高温交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化氢二异丙苯(DBHP)、二亚乙基三胺(DTA)中的一种或者几种。
一种新型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备超支化改性碳纳米管；
(2)将超高分子聚乙烯在混合釜中加热混合，经在100-400℃溶胀溶解形成聚乙烯非溶液混合物；
(3)100-400℃恒温下，将超支化改性碳纳米管、石墨烯均匀分散于步骤(2)所得聚乙烯非溶液混合物中，再加入高温固化剂和高温交联剂，再降温到200-220℃输送至双螺杆挤出机中挤出得到半成品；
(4)再将步骤(3)得到的半成品于250-260℃下加入到单螺杆挤出机中挤出，之后通过喷丝板喷丝后在水浴中形成凝胶丝，再将凝胶丝萃取后进行拉伸处理即得终产品超高分子量聚乙烯纤维。
有益效果
超支化聚合物是一类高度支化的三维大分子，超支化聚合物支化点多，分子链不易缠结，黏度不随着分子量的增加而改变，且具有丰富的末端官能团，易对其进行修饰改性，有利于合成多样的功能性材料。在金属纳米稳定分散、涂料的成膜分散、药物载体上有非常广泛的应用。
在超高分子量聚乙烯纤维制备中，经常通过添加无机填料来增加纤维的强度，而无机材料在聚乙烯纤维制备中，团聚和分散不均的现象普遍存在，因此，本发明采用超支化聚合物对碳纳米管进行一个共价键的接枝分散，确保了碳纳米管的分散稳定和均匀性，并用氧化石墨烯作为中介桥梁，两者协同发作用，碳纳米管、聚乙烯分子链进行接枝结合后，确保了接枝后的碳纳米管在纤维中的取向排列，经纺丝、萃取、牵伸后的纤维强度大大提高、抗切割性能更好、操作简单，不会产生毛丝、断头等问题，适合连续化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1和对比例1-4纤维的断面电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种新型超高分子量聚乙烯纤维，包含以下重量份的原料制备而成：超高分子聚乙烯80份、超支化改性碳纳米管20份、石墨烯2份、高温固化剂5份、高温交联剂5份。
所述超高分子聚乙烯的分子量为7.5×106g/mol，特性粘度为25-38dl/g，粒径为65-120μm，堆积密度为0.45-0.6g/cm3。
所述超支化改性碳纳米管的制备方法为：
(1)制备羟基化碳纳米管：按照重量比1.8:0.3:0.42:0.42加入去离子水、碳纳米管、氢氧化钠、乙酸进行搅拌反应，反应30min后，用醋酸调至pH7-8后，干燥研磨得到羟基化碳纳米管；
(2)制备超支化碳纳米管：将步骤(1)制备的羟基化碳纳米管0.8份加入到0.6份5-(2-羧基苯氧基)间苯二甲酸中，超声分散混合均匀后，再加入0.2份的五氧化二磷和0.15份的甲磺酸，并进行搅拌反应，用HNMR测量其支化度为0.4-0.6时结束反应，冷却洗涤，旋蒸，真空干燥，即得到超支化碳纳米管。
所述石墨烯为氧化石墨烯，氧化石墨烯的平均直径为60-80nm，长径比为(10-25):1。所用氧化石墨烯可采用浓硫酸剥离石墨，得到氧化石墨烯，表面含有羟基和羧基官能团。
所述高温固化剂为聚醚胺(D-230)。
所述高温交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)。
一种新型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备超支化改性碳纳米管；
(2)将超高分子聚乙烯在混合釜中加热混合，经在100-400℃溶胀溶解形成聚乙烯非溶液混合物；
(3)100-400℃恒温下，将超支化改性碳纳米管、石墨烯均匀分散于步骤(2)所得聚乙烯非溶液混合物中，再加入高温固化剂和高温交联剂，再降温到200-220℃输送至双螺杆挤出机中挤出得到半成品；
(4)再将步骤(3)得到的半成品于250-260℃下加入到单螺杆挤出机中挤出，之后通过喷丝板喷丝后在水浴中形成凝胶丝，再将凝胶丝萃取后进行拉伸处理即得终产品超高分子量聚乙烯纤维。
实施例2
一种新型超高分子量聚乙烯纤维，包含以下重量份的原料制备而成：超高分子聚乙烯90份、超支化改性碳纳米管15份、石墨烯1.5份、高温固化剂1份、高温交联剂1份。
所述超高分子聚乙烯的分子量为6×106g/mol，特性粘度为25-38dl/g，粒径为65-120μm，堆积密度为0.45-0.6g/cm3。
所述超支化改性碳纳米管的制备方法为：
(1)制备羟基化碳纳米管：按照重量比1.8:0.3:0.55:0.48加入去离子水、碳纳米管、氢氧化钠、乙酸进行搅拌反应，反应40min后，用醋酸调至pH7-8后，干燥研磨得到羟基化碳纳米管；
(2)制备超支化碳纳米管：将步骤(1)制备的羟基化碳纳米管0.12份加入到1.2份5-(2-羧基苯氧基)间苯二甲酸中，超声分散混合均匀后，再加入0.33份的五氧化二磷和0.25份的甲磺酸，并进行搅拌反应，用HNMR测量其支化度为0.4-0.6时结束反应，冷却洗涤，旋蒸，真空干燥，即得到超支化碳纳米管。
所述石墨烯为氧化石墨烯，氧化石墨烯的平均直径为60-80nm，长径比为(10-25):1。所用氧化石墨烯可采用浓硫酸剥离石墨，得到氧化石墨烯，表面含有羟基和羧基官能团。
所述高温固化剂为二氰二氨(DICY)。
所述高温交联剂为过氧化苯甲酰(BPO)。
一种新型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备超支化改性碳纳米管；
(2)将超高分子聚乙烯在混合釜中加热混合，经在100-400℃溶胀溶解形成聚乙烯非溶液混合物；
(3)100-400℃恒温下，将超支化改性碳纳米管、石墨烯均匀分散于步骤(2)所得聚乙烯非溶液混合物中，再加入高温固化剂和高温交联剂，再降温到200-220℃输送至双螺杆挤出机中挤出得到半成品；
(4)再将步骤(3)得到的半成品于250-260℃下加入到单螺杆挤出机中挤出，之后通过喷丝板喷丝后在水浴中形成凝胶丝，再将凝胶丝萃取后进行拉伸处理即得终产品超高分子量聚乙烯纤维。
实施例3
一种新型超高分子量聚乙烯纤维，包含以下重量份的原料制备而成：超高分子聚乙烯95份、超支化改性碳纳米管10份、石墨烯2份、高温固化剂10份、高温交联剂10份。
所述超高分子聚乙烯的分子量为5.5×106g/mol，特性粘度为25-38dl/g，粒径为65-120μm，堆积密度为0.45-0.6g/cm3。
所述超支化改性碳纳米管的制备方法为：
(1)制备羟基化碳纳米管：按照重量比2:0.5:0.5:0.46加入去离子水、碳纳米管、氢氧化钠、乙酸进行搅拌反应，反应45min后，用醋酸调至pH7-8后，干燥研磨得到羟基化碳纳米管；
(2)制备超支化碳纳米管：将步骤(1)制备的羟基化碳纳米管0.8份加入到1.2份5-(2-羧基苯氧基)间苯二甲酸中，超声分散混合均匀后，再加入0.2份的五氧化二磷和0.15份的甲磺酸，并进行搅拌反应，用HNMR测量其支化度为0.4-0.6时结束反应，冷却洗涤，旋蒸，真空干燥，即得到超支化碳纳米管。
所述石墨烯为氧化石墨烯，氧化石墨烯的平均直径为60-80nm，长径比为(10-25):1。所用氧化石墨烯可采用浓硫酸剥离石墨，得到氧化石墨烯，表面含有羟基和羧基官能团。
所述高温固化剂为聚壬二酸酐(PAPA)。
所述高温交联剂为过氧化氢二异丙苯(DBHP)。
一种新型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备超支化改性碳纳米管；
(2)将超高分子聚乙烯在混合釜中加热混合，经在100-400℃溶胀溶解形成聚乙烯非溶液混合物；
(3)100-400℃恒温下，将超支化改性碳纳米管、石墨烯均匀分散于步骤(2)所得聚乙烯非溶液混合物中，再加入高温固化剂和高温交联剂，再降温到200-220℃输送至双螺杆挤出机中挤出得到半成品；
(4)再将步骤(3)得到的半成品于250-260℃下加入到单螺杆挤出机中挤出，之后通过喷丝板喷丝后在水浴中形成凝胶丝，再将凝胶丝萃取后进行拉伸处理即得终产品超高分子量聚乙烯纤维。
实施例4
一种新型超高分子量聚乙烯纤维，包含以下重量份的原料制备而成：超高分子聚乙烯100份、超支化改性碳纳米管10份、石墨烯1份、高温固化剂10份、高温交联剂15份。
所述超高分子聚乙烯的分子量为6×106g/mol，特性粘度为25-38dl/g，粒径为65-120μm，堆积密度为0.45-0.6g/cm3。
所述超支化改性碳纳米管的制备方法为：
(1)制备羟基化碳纳米管：按照重量比2.4:0.3:0.42:0.48加入去离子水、碳纳米管、氢氧化钠、乙酸进行搅拌反应，反应45min后，用醋酸调至pH7-8后，干燥研磨得到羟基化碳纳米管；
(2)制备超支化碳纳米管：将步骤(1)制备的羟基化碳纳米管0.8份加入到0.6份5-(2-羧基苯氧基)间苯二甲酸中，超声分散混合均匀后，再加入0.2份的五氧化二磷和0.15份的甲磺酸，并进行搅拌反应，用HNMR测量其支化度为0.4-0.6时结束反应，冷却洗涤，旋蒸，真空干燥，即得到超支化碳纳米管。
所述石墨烯为氧化石墨烯，氧化石墨烯的平均直径为60-80nm，长径比为(10-25):1。所用氧化石墨烯可采用浓硫酸剥离石墨，得到氧化石墨烯，表面含有羟基和羧基官能团。
所述高温固化剂为六氯内亚甲基四氢苯二甲酸酐(HET)。
所述高温交联剂为过氧化氢二异丙苯(DBHP)、二亚乙基三胺(DTA)按照质量比1:1混合。
一种新型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备超支化改性碳纳米管；
(2)将超高分子聚乙烯在混合釜中加热混合，经在100-400℃溶胀溶解形成聚乙烯非溶液混合物；
(3)100-400℃恒温下，将超支化改性碳纳米管、石墨烯均匀分散于步骤(2)所得聚乙烯非溶液混合物中，再加入高温固化剂和高温交联剂，再降温到200-220℃输送至双螺杆挤出机中挤出得到半成品；
(4)再将步骤(3)得到的半成品于250-260℃下加入到单螺杆挤出机中挤出，之后通过喷丝板喷丝后在水浴中形成凝胶丝，再将凝胶丝萃取后进行拉伸处理即得终产品超高分子量聚乙烯纤维。
对比例1
一种新型超高分子量聚乙烯纤维，包含以下重量份的原料制备而成：超高分子聚乙烯80份、改性碳纳米管20份、石墨烯2份、高温固化剂5份、高温交联剂5份。
所述超高分子聚乙烯的分子量为7.5×106g/mol，特性粘度为25-38dl/g，粒径为65-120μm，堆积密度为0.45-0.6g/cm3。
所述改性碳纳米管的制备方法为：
(1)制备改性碳纳米管：按照重量比1.8:0.3:0.42:0.42加入去离子水、碳纳米管、氢氧化钠、乙酸进行搅拌反应，反应45min后，用醋酸调至7-8后，干燥研磨得到改性碳纳米管。
所述石墨烯为氧化石墨烯，氧化石墨烯的平均直径为60-80nm，长径比为(10-25):1。所用氧化石墨烯可采用浓硫酸剥离石墨，得到氧化石墨烯，表面含有羟基和羧基官能团。
所述高温固化剂为聚醚胺(D-230)。
所述高温交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)。
一种新型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备改性碳纳米管；
(2)将超高分子聚乙烯在混合釜中加热混合，经在100-400℃溶胀溶解形成聚乙烯非溶液混合物；
(3)100-400℃恒温下，将改性碳纳米管、石墨烯均匀分散于步骤(2)所得聚乙烯非溶液混合物中，再加入高温固化剂和高温交联剂，再降温到200-220℃输送至双螺杆挤出机中挤出得到半成品；
(4)再将步骤(3)得到的半成品于250-260℃下加入到单螺杆挤出机中挤出，之后通过喷丝板喷丝后在水浴中形成凝胶丝，再将凝胶丝萃取后进行拉伸处理即得终产品超高分子量聚乙烯纤维。
本对比例，除在制备超支化碳纳米管中不进行第二步的超支化处理外，其余原料和工艺步骤均同实施例1。
对比例2
一种新型超高分子量聚乙烯纤维，包含以下重量份的原料制备而成：超高分子聚乙烯80份、超支化改性碳纳米管20份、石墨烯2份、高温固化剂5份、高温交联剂5份。
所述超高分子聚乙烯的分子量为(5.5-7.5)×106g/mol，特性粘度为25-38dl/g，粒径为65-120μm，堆积密度为0.45-0.6g/cm3。
所述超支化改性碳纳米管的制备方法为：
(1)制备超支化碳纳米管：将纳米管0.8份加入到0.6份5-(2-羧基苯氧基)间苯二甲酸中，超声分散混合均匀后，再加入0.2份的五氧化二磷和0.15份的甲磺酸，并进行搅拌反应，用HNMR测量其支化度为0.4-0.6时结束反应，冷却洗涤，旋蒸，真空干燥，即得到超支化碳纳米管。
所述石墨烯为氧化石墨烯，氧化石墨烯的平均直径为60-80nm，长径比为(10-25):1。所用氧化石墨烯可采用浓硫酸剥离石墨，得到氧化石墨烯，表面含有羟基和羧基官能团。
所述高温固化剂为聚醚胺(D-230)。
所述高温交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)。
一种新型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备超支化改性碳纳米管；
(2)将超高分子聚乙烯在混合釜中加热混合，经在100-400℃溶胀溶解形成聚乙烯非溶液混合物；
(3)100-400℃恒温下，将超支化改性碳纳米管、石墨烯均匀分散于步骤(2)所得聚乙烯非溶液混合物中，再加入高温固化剂和高温交联剂，再降温到200-220℃输送至双螺杆挤出机中挤出得到半成品；
(4)再将步骤(3)得到的半成品于250-260℃下加入到单螺杆挤出机中挤出，之后通过喷丝板喷丝后在水浴中形成凝胶丝，再将凝胶丝萃取后进行拉伸处理即得终产品超高分子量聚乙烯纤维。
本对比例，除在制备碳纳米管中不进行第一步的羟基化处理外，其余原料和工艺步骤均同实施例1。
对比例3
一种新型超高分子量聚乙烯纤维，包含以下重量份的原料制备而成：超高分子聚乙烯80份、碳纳米管20份、石墨烯2份、高温固化剂5份、高温交联剂5份。
所述超高分子聚乙烯的分子量为7.5×106g/mol，特性粘度为25-38dl/g，粒径为65-120μm，堆积密度为0.45-0.6g/cm3。
所述石墨烯为氧化石墨烯，氧化石墨烯的平均直径为60-80nm，长径比为(10-25):1。所用氧化石墨烯可采用浓硫酸剥离石墨，得到氧化石墨烯，表面含有羟基和羧基官能团。
所述高温固化剂为聚醚胺(D-230)。
所述高温交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)。
一种新型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)将超高分子聚乙烯在混合釜中加热混合，经在100-400℃溶胀溶解形成聚乙烯非溶液混合物；
(2)100-400℃恒温下，将碳纳米管、石墨烯均匀分散于步骤(2)所得聚乙烯非溶液混合物中，再加入高温固化剂和高温交联剂，再降温到200-220℃输送至双螺杆挤出机中挤出得到半成品；
(3)再将步骤(3)得到的半成品于250-260℃下加入到单螺杆挤出机中挤出，之后通过喷丝板喷丝后在水浴中形成凝胶丝，再将凝胶丝萃取后进行拉伸处理即得终产品超高分子量聚乙烯纤维。
本对比例，除不进行碳纳米管的羟基化和超支化处理外，其余原料和工艺步骤均同实施例1。
对比例4
一种新型超高分子量聚乙烯纤维，包含以下重量份的原料制备而成：超高分子聚乙烯80份、超支化改性碳纳米管20份、高温固化剂5份、高温交联剂5份。
所述超高分子聚乙烯的分子量为7.5×106g/mol，特性粘度为25-38dl/g，粒径为65-120μm，堆积密度为0.45-0.6g/cm3。
所述超支化改性碳纳米管的制备方法为：
(1)制备羟基化碳纳米管：按照重量比1.8:0.3:0.42:0.42加入去离子水、碳纳米管、氢氧化钠、乙酸进行搅拌反应，反应45min后，用醋酸调至pH7-8后，干燥研磨得到羟基化碳纳米管；
(2)制备超支化碳纳米管：将步骤(1)制备的羟基化碳纳米管0.8份加入到0.6份5-(2-羧基苯氧基)间苯二甲酸中，超声分散混合均匀后，再加入0.2份的五氧化二磷和0.15份的甲磺酸，并进行搅拌反应，用HNMR测量其支化度为0.4-0.6时结束反应，冷却洗涤，旋蒸，真空干燥，即得到超支化碳纳米管。
所述高温固化剂为聚醚胺(D-230)。
所述高温交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)。
一种新型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)制备超支化改性碳纳米管；
(2)将超高分子聚乙烯在混合釜中加热混合，经在100-400℃溶胀溶解形成聚乙烯非溶液混合物；
(3)100-400℃恒温下，将超支化改性碳纳米管均匀分散于步骤(2)所得聚乙烯非溶液混合物中，再加入高温固化剂和高温交联剂，再降温到200-220℃输送至双螺杆挤出机中挤出得到半成品；
(4)再将步骤(3)得到的半成品于250-260℃下加入到单螺杆挤出机中挤出，之后通过喷丝板喷丝后在水浴中形成凝胶丝，再将凝胶丝萃取后进行拉伸处理即得终产品超高分子量聚乙烯纤维。
本对比例，除不进行添加石墨烯外，其余原料和工艺步骤均同实施例1。
性能测试
对本发明实施例1-4和对比例1-4所得超高分子量聚乙烯纤维进行抗切割性试验，将纤维纺成400D的纱线后制备工业手套，并按照ISO 13997、EN388(对应国标GB54541-2009)等方法进行性能测试，每组实验进行3次，结果取平均值，测试结果如表1所示：
表1工业手套性能测试结果
从本发明试验数据可以看出，本发明实施例纤维所得工业手套，呈现了较好的抗切割性、耐刺穿等性能，整体力学性能良好。而改变了碳纳米管改性方式的对比例1-3以及不添加石墨烯的对比例4，碳纳米管与石墨烯的协同作用消失或者减弱，导致碳纳米管排列不均，因而造成力学性能的下降。从本发明实施例1和对比例1-4纤维的断面电镜图也可以看出，实施例1内部呈现均匀的纵向排列结构，而对比例均呈现了不同程度的团聚和结块现象，这也是其制备为手套后力学性能下降的原因所在。
需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种新型超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，包含以下重量份的原料制备而成：超高分子聚乙烯80-100份、超支化改性碳纳米管10-20份、石墨烯1-2份、高温固化剂1-10份、高温交联剂1-15份。
2.根据权利要求1所述新型超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，所述超高分子聚乙烯的分子量为(5.5-7.5)×106g/mol，特性粘度为25-38dl/g，粒径为65-120μm，堆积密度为0.45-0.6g/cm3。
3.根据权利要求1所述新型超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，所述超支化改性碳纳米管的制备方法为：
(1)制备羟基化碳纳米管：按照重量比(1.8-2.4):(0.3-0.8)：(0.42-0.55)：(0.42-0.48)加入去离子水、碳纳米管、氢氧化钠、乙酸进行搅拌反应，反应30-45min后，用醋酸中和调至pH7-8后，干燥研磨得到羟基化碳纳米管；
(2)制备超支化碳纳米管：将步骤(1)制备的羟基化碳纳米管0.8-0.12份加入到0.6-1.2份5-(2-羧基苯氧基)间苯二甲酸中，超声分散混合均匀后，再加入0.2-0.33份的五氧化二磷和0.15-0.25份的甲磺酸，并进行搅拌反应，用HNMR测量其支化度为0.4-0.6时结束反应，冷却洗涤，旋蒸，真空干燥，即得到超支化碳纳米管。
4.根据权利要求1所述新型超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，所述石墨烯为氧化石墨烯，氧化石墨烯的平均直径为60-80nm，长径比为(10-25):1。
5.根据权利要求1所述新型超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，所述高温固化剂为聚醚胺、二氰二氨、聚壬二酸酐、六氯内亚甲基四氢苯二甲酸酐、二苯醚四酸二酐中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述新型超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，所述高温交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化氢二异丙苯、二亚乙基三胺中的一种或者几种。
7.一种权利要求1-6任意一项所述新型超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
(1)制备超支化改性碳纳米管；
(2)将超高分子聚乙烯在混合釜中加热混合，经在100-400℃溶胀溶解形成聚乙烯非溶液混合物；
(3)100-400℃恒温下，将超支化改性碳纳米管、石墨烯均匀分散于步骤(2)所得聚乙烯非溶液混合物中，再加入高温固化剂和高温交联剂，再降温到200-220℃输送至双螺杆挤出机中挤出得到半成品；
(4)再将步骤(3)得到的半成品于250-260℃下加入到单螺杆挤出机中挤出，之后通过喷丝板喷丝后在水浴中形成凝胶丝，再将凝胶丝萃取后进行拉伸处理即得终产品超高分子量聚乙烯纤维。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105568421A (zh) * | 2014-10-15 | 2016-05-11 | 西安艾菲尔德复合材料科技有限公司 | 一种阻燃碳纳米管增强超高分子量聚乙烯纤维的制备方法 |
| CN107129643A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-09-05 | 上海烯古能源科技有限公司 | 石墨烯/碳纳米管协同改性pvc复合材料、其制法与应用 |
| CN108048935A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-05-18 | 长青藤高性能纤维材料有限公司 | 改性石墨烯超高分子量聚乙烯纤维及制备方法 |
| CN113024747A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-06-25 | 西南石油大学 | 一种基于碳纳米管的超支化聚合物及其制备方法 |
| US20210363666A1 (en) * | 2019-07-18 | 2021-11-25 | Xingyu Safety Protection Technology Co., Ltd | Ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cut resistance and preparation method thereof |
| CN115093656A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-09-23 | 广东铭宸工贸有限公司 | 一种耐磨改性pvc材料及合成工艺 |
| CN115821412A (zh) * | 2023-01-04 | 2023-03-21 | 盐城优和博新材料有限公司 | 一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法 |
-
2023
- 2023-07-20 CN CN202310890750.XA patent/CN116876095A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105568421A (zh) * | 2014-10-15 | 2016-05-11 | 西安艾菲尔德复合材料科技有限公司 | 一种阻燃碳纳米管增强超高分子量聚乙烯纤维的制备方法 |
| CN107129643A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-09-05 | 上海烯古能源科技有限公司 | 石墨烯/碳纳米管协同改性pvc复合材料、其制法与应用 |
| CN108048935A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-05-18 | 长青藤高性能纤维材料有限公司 | 改性石墨烯超高分子量聚乙烯纤维及制备方法 |
| US20210363666A1 (en) * | 2019-07-18 | 2021-11-25 | Xingyu Safety Protection Technology Co., Ltd | Ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cut resistance and preparation method thereof |
| CN113024747A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-06-25 | 西南石油大学 | 一种基于碳纳米管的超支化聚合物及其制备方法 |
| CN115093656A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-09-23 | 广东铭宸工贸有限公司 | 一种耐磨改性pvc材料及合成工艺 |
| CN115821412A (zh) * | 2023-01-04 | 2023-03-21 | 盐城优和博新材料有限公司 | 一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张梓军;颜红侠;管兴华;刘超;: "超支化聚合物修饰碳纳米管的研究进展", 材料导报, no. 11, 10 June 2012 (2012-06-10), pages 144 - 148 * |
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