[发明专利]超高分子量聚乙烯/石墨烯复合纤维制备方法及其应用

权利要求书

1.一种超高分子量聚乙烯/石墨烯复合纤维，由石墨烯与由超高分子量聚乙烯在100～200℃均聚而得的产物组成；

其中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为1×10⁶～4×10⁶；所述石墨烯的直径为0.6～1.8μm，厚度为0.5～5nm。

2.根据权利要求1所述的复合纤维，其特征在于：所述复合纤维中石墨烯的质量百分含量为0.01～5％，具体为0.1～2％；

所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为1×10⁶～3×10⁶；所述石墨烯的直径为0.6～1.8μm，厚度为0.5～5nm；

所述均聚步骤中，时间为1～4小时。

3.根据权利要求1或2所述的复合纤维，其特征在于：所述复合纤维中，所述石墨烯与所述由超高分子量聚乙烯在100～200℃均聚而得的产物以物理方式均匀混合；

所述复合纤维的拉伸强度为1.8～3.0GPa，具体为1.8～2.5GPa；拉伸模量为95～140GPa，具体为90～130GPa；在氮气气氛中的热分解温度为370～420℃，具体为370～400℃。

4.一种制备权利要求1-3任一所述复合纤维的方法，包括如下步骤：将石墨烯粉末进行表面净化处理和偶联剂处理后，均匀分散在含有超高分子量聚乙烯的石蜡油或十氢萘中，在剪切条件下升温至100～200℃进行均聚后得到凝胶，再将所述凝胶进行纺丝，得到所述复合纤维；

其中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为1×10⁶～4×10⁶；

所述石墨烯的直径为0.6～1.8μm，厚度为0.5～5nm。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述石墨烯与所述超高分子量聚乙烯的质量比为0.01～5∶95～99.99，具体为0.1～2∶98～99.9；

所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为1×10⁶～3×10⁶；

所述石墨烯的直径为0.8～1.5μm，厚度为0.5～2nm。

所述表面净化处理步骤包括如下步骤：将所述石墨烯于高锰酸钾的硫酸溶液中回流；

所述偶联剂处理步骤包括如下步骤：将经过表面净化处理后的石墨烯与硅烷偶联剂于溶剂中回流。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述表面净化处理步骤中，所述高锰酸钾的硫酸溶液中，高锰酸钾的浓度为0.5～10g/100ml，具体为2～8g/100ml，所述石墨烯与所述高锰酸钾的硫酸溶液的用量比为0.1～2g∶100ml，具体为0.2～0.5g石墨烯∶100ml；所述回流步骤中，时间为0.5～3小时；

所述偶联剂处理步骤中，所述偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和钛酸酯中的至少一种；所述偶联剂在所述溶剂中的浓度为1～4g/100ml，具体为2～4g/100ml，所述石墨烯与所述溶剂的用量比为0.1～2g石墨烯∶100ml，具体为0.2～0.5g石墨烯∶100ml；所述溶剂选自乙醇、异丙醇和丙酮中的至少一种；所述回流步骤中，时间为1～3小时。

7.根据权利要求4-6任一所述的方法，其特征在于：所述均匀分散步骤中，分散的方法为超声分散；所述超声分散步骤中，频率为25～60Hz，具体为25～40Hz，功率为180～350W，具体为200～300W；

所述剪切步骤中，剪切转速为75～3000r/min；

所述升温至100～200℃均聚步骤中，升温速率为0.5～1℃/min，时间为1～4小时。

8.权利要求1-3任一所述复合纤维在制备抗冲击材料和/或减震材料中的应用。

9.含有权利要求1-3任一所述复合纤维的抗冲击材料和/或减震材料。

10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于：所述抗冲击材料为防弹材料，具体为防弹衣、防弹头盔和防弹插板中的至少一种；所述减震材料为防弹材料，具体为防弹衣、防弹头盔和防弹插板中的至少一种。