[发明专利]一种轻质抗静电超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

权利要求书

1.一种轻质抗静电超高分子量聚乙烯纤维，密度为0.97～1.03g/cm³，直径为15～25μm，强度为30～40cN/dtex，模量为800～1600cN/dtex，断裂伸长率为2.5％～4.5％，表面电阻率为10³～10¹⁰Ω/cm，表面碳氧原子比为4:1～10:1，其特征在于包括超高分子量聚乙烯纤维基层、多巴胺活化层和部分还原石墨烯层；其中多巴胺活化层贴附于基层表面，部分还原石墨烯层呈片层展开状态贴附于多巴胺活化层表面；

所述的部分还原石墨烯层的质量含量为0.1～5％，碳氧原子比为5:1～10:1，片层表面尺寸为0.1～2μm，片层层数为1～10层。

2.如权利要求1所述的一种轻质抗静电超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于所述的多巴胺活化层质量含量为0.01～1.0％，碳氧原子比为4:1～6:1；

所述的部分还原石墨烯层与多巴胺活化层的质量比为500:1～0.1:1。

3.如权利要求1所述的一种轻质抗静电超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤是：

步骤(1)、氧化石墨烯分散液的配制：

常温下将氧化石墨烯粉末加入到分散介质中，先机械搅拌20～30min，搅拌速度为500～800r/min，再在冰水浴中超声处理20～40min，得到均匀稳定的氧化石墨烯分散体系；

步骤(2)、UHMWPE纤维的清洗：在常温下将UHMWPE纤维在溶剂中超声清洗0.5～1.5h，取出干燥后待用；

步骤(3)、活化纤维的制备：在pH为8～11的三(羟甲基)氨基甲烷-盐酸(Tris-HCl)缓冲溶液中加入多巴胺，得到多巴胺溶液；再在上述多巴胺溶液中加入步骤(2)处理后的纤维，静置反应8～24h，洗涤干燥后得到多巴胺活化UHMWPE纤维；

步骤(4)、轻质抗静电UHMWPE的制备：将步骤3得到的活化纤维浸入到步骤(1)得到的氧化石墨烯分散体系中，再加入还原剂，在50～95℃下以100～500r/min的转速搅拌1～5h，然后将纤维洗涤干燥，重复此浸渍还原过程2～10次，得到部分还原石墨烯涂覆超高分子量聚乙烯纤维。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(1)氧化石墨烯粉末为分散介质重量的0.01～1％；步骤(3)所述的UHMWPE纤维与多巴胺溶液的质量比为2～10％；步骤(4)所述氧化石墨烯与还原剂的质量比为1:0.5～1:40。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(1)所述的氧化石墨烯的碳氧原子比为2:1～4:1，片层表面尺寸为0.1～2μm，片层层数为1～10层。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的UHMWPE纤维的分子量为100～300万，密度为0.973g/cm³，直径为15～25μm，强度为30～40cN/dtex，模量为800～1600cN/dtex，断裂伸长率为2.5％～4.5％，表面电阻率为10¹²～10¹⁶Ω/cm；表面碳氧原子比为10:1～1000:1。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于步骤(2)UHMWPE纤维的直径为20～23μm，表面碳氧原子比为100:1～1000:1。