[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

说明书

本发明公开一种轻质抗静电超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。本发明纤维包括高分子量聚乙烯纤维基层、附于基层表面的多巴胺活化层和呈片层展开状态贴附于多巴胺活化层表面的部分还原石墨烯层。本发明通过优选氧化石墨烯的分散介质及分散液浓度、还原剂种类和浸渍次数，得到轻质抗静电超高分子量聚乙烯纤维。利用部分还原石墨烯的特性：1)碳氧原子比，适量的含氧基团能够保证部分还原石墨烯与多巴胺改性后的纤维发生足够强的相互作用，同时提供足够的导电性；2)片层层数，影响其在纤维上的稳定吸附；3)片层平面尺寸，影响片层在纤维表面的涂覆，以及导电通路。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种轻质抗静电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(UHMWPE)纤维与碳纤维、芳纶纤维并称为世界三大高性能纤维，在国防工业和防护装备领域至关重要。UHMWPE纤维除具有极高的强度、模量外，其密度较低(约为0.97g/cm³)，是唯一可漂浮于水面之上的高性能纤维，同时具有抗冲击、耐腐蚀、耐磨损等优异性能。然而，由于UHMWPE纤维的介电常数低(2.4)、电阻高(＞10¹⁴Ω)，在应用时抗静电性能较差。UHMWPE纤维呈高度化学惰性，表面极度光滑，对其进行改性也是本领域的重大难题之一。

抗静电涂层型纤维是指以纤维为基体，通过涂覆固化在纤维表面吸附一层导电填料的纤维。传统的导电涂层类型主要为金属(如银、铜、镍等)，但金属涂层往往使纤维密度增大，由此带来单位资源效益低等缺点。公开号为CN102277728的中国发明专利采用银(密度为10.49g/cm³)为导电粒子，以银氨溶液为镀银液，在镀银前将纤维进行去浆和表面活化处理，最终得到一种可导电的UHMWPE纤维，其中当线电阻约为0.15Ω/cm时，纤维密度从处理前的0.97g/cm³变为处理后的约1.92g/cm³(密度增加约95％)。公开号为CN1693576的中国发明专利以镍、铜为导电粒子，对织物去油、粗化、去膜、敏化、活化等前处理后，进行一次化学镀镍、电镀铜和二次化学镀镍或者电镀镍，通过工艺参数的调整得到一种高性能的电磁屏蔽用导电涤纶织物，该织物表面电阻为0.03Ω/□，导电织物面密度从55g/cm²增加到111g/cm²(密度增加约102％)。

为了从较少的资源中获得同样甚至更高的效益，开发轻质抗静电纤维就显得十分有意义。而石墨烯作为一种新型碳纳米超轻材料，具有较低的密度(按石墨计：2.25g/cm³)、极大的比表面积(2363m²/g)、极好的导电性(6×10³S/cm)及极快的电子转移速率(2×10⁵cm²/Vs)，是一种出色的二维纳米导电材料。将石墨烯用作导电涂层使用时，可在最小限度改变材料密度的前提下，获得导电性的巨大提升。公开号为CN102926207的中国发明专利采用浸染技术制备的导电织物及其制备方法和应用中，将织物进行碱液处理、预处理、助染剂浸泡和石墨烯水分散液浸渍，在超声作用下将导电粒子吸附到织物表面，该织物中石墨烯的质量百分比为3.5％，织物由绝缘变为电导率为3.6×10²S/cm。公开号为CN103966844的中国发明专利提供了一种石墨烯导电复合纤维的制备方法，将涤纶(或棉或粘胶)纤维使用硅烷偶联剂表面活化处理后，浸入到含有分散剂的石墨烯水溶液中(质量浓度为0.1％～5％)，烘干后复合纤维中石墨烯含量为1％～3％，石墨烯复合纤维的电阻率为10～10⁵Ω·m，比常规纤维电阻率(～10¹⁴Ω·m)降低十几个数量级。