本發(fā)明屬于聚乙烯纖維，具體涉及一種基于熔融紡絲技術(shù)的聚乙烯導電纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚乙烯纖維，是由聚乙烯經(jīng)熔融紡絲法紡絲而得到的纖維材料；聚乙烯纖維具有強度高、密度低等優(yōu)點，廣泛用于航空航天、安全防護以及海事裝備等領(lǐng)域。

2、聚乙烯纖維的導電性能不佳，有待進一步提升，為了提高聚乙烯纖維的導電性能，現(xiàn)有技術(shù)通常是在紡絲液中加入石墨烯、炭黑、碳納米管等無機成分；

3、但是，聚乙烯是典型的結(jié)晶聚合物，聚乙烯的分子鏈結(jié)晶度和取向度高，表面極度光滑，并且聚乙烯分子鏈是由非極性的亞甲基長鏈組成，化學惰性強，分子間也缺少較強的分子作用力，其與無機材料石墨烯的相容性差，石墨烯無法在聚乙烯基體中分散均勻，進而影響了聚乙烯纖維的導電性能，并且導致纖維的強度較低。

4、cn116240642a公開了一種柔性石墨烯聚乙烯纖維及其制備方法，具體公開了制備方法是將聚乙烯切片研磨得到粉體，然后加入改性劑、功能助劑和石墨烯材料，高速混合后，通過擠出造粒、熔融紡絲、牽伸等步驟制得聚乙烯纖維；改性劑為聚乙二醇、聚乙烯吡絡(luò)烷酮、十二烷基苯磺酸鈉、硅烷偶聯(lián)劑；功能助劑為硅粉；

5、該專利在制備聚乙烯纖維的步驟中，采用改性劑和功能助劑，增強了聚乙烯粉末和石墨烯材料的分散性和相容性，從而提高了聚乙烯纖維的導電性能；但是，該專利制得的聚乙烯纖維，強度性能仍然不高，并且強度性能不穩(wěn)定，耐腐蝕性能差。

6、cn112663162a公開了一種抗靜電抑菌型超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，具體公開了超高分子量聚乙烯纖維的原料成分包括由超高分子量聚乙烯、抗氧劑、抗靜電劑、抗菌劑、大分子相容劑、偶聯(lián)劑、表面活性劑、增效劑和溶劑組成；所述大分子相容劑選自聚乙烯接枝馬來酸酐pe-g-mah、聚乙烯接枝馬來酸酐/苯乙烯共聚物、鹵化聚乙烯和聚乙烯接枝聚丙烯酸類中的一種；所述抗靜電劑由導電炭黑和碳納米管組成；

7、該方法引入了大分子相容劑，改善了聚乙烯的加工流變性能，增進了聚乙烯與其他成分的相容性能，提高了聚乙烯纖維的導電性能，保證了優(yōu)異的力學性能；但是其制得的聚乙烯纖維，拉伸屈服強度仍然較低，并且耐腐蝕性能差，腐蝕后的聚乙烯纖維的強度性能大大降低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于熔融紡絲技術(shù)的聚乙烯導電纖維及其制備方法，導電性能好，強度性能高，耐腐蝕性能佳。

2、針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

3、一種基于熔融紡絲技術(shù)的聚乙烯導電纖維的制備方法，包括改性石墨烯、接枝、制備紡絲液、熔融紡絲步驟，具體操作如下：

4、1.改性石墨烯

5、(1)預(yù)處理

6、將石墨烯置于預(yù)處理液中進行浸漬，浸漬時間為42-48min，浸漬溫度為56-60℃，浸漬的同時進行攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為208-234rpm，浸漬結(jié)束后，干燥，制得預(yù)處理后的石墨烯；

7、所述石墨烯的粒徑為230-270nm；

8、所述石墨烯、預(yù)處理液的質(zhì)量比為18-22:145-155；

9、所述預(yù)處理液為去離子水、十二烷基甜菜堿、聚乙烯吡咯烷酮的混合物，所述去離子水、十二烷基甜菜堿、聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為73-80:1.1-1.6:1.8-2.3；

10、（2）酰氯化

11、將預(yù)處理后的石墨烯置于混酸溶液中進行超聲處理，超聲時間為28-32min，超聲功率為127-134w，超聲結(jié)束后，進行反應(yīng)，控制反應(yīng)時間為7.0-7.5h，反應(yīng)溫度為120-124℃，反應(yīng)結(jié)束后，干燥制得羧基化石墨烯；將9-11g羧基化石墨烯置于0.98-1.02l二氯亞砜中進行超聲處理，超聲時間為23-30min，超聲功率為132-143w，超聲結(jié)束后，以0.8-1.2℃/min速率升溫至84-88℃，在84-88℃下反應(yīng)9.6-10.4h，反應(yīng)結(jié)束后，干燥，制得酰氯化石墨烯；

12、所述混酸溶液為過氧化氫溶液和硝酸溶液的混合物，所述過氧化氫溶液和硝酸溶液的質(zhì)量比為0.8-1.2:1；

13、所述過氧化氫溶液的質(zhì)量濃度為28-32%，所述硝酸溶液的質(zhì)量濃度為55-60%；

14、所述預(yù)處理后的石墨烯、混酸溶液的質(zhì)量體積為15-19g:0.96-1.10l；

15、所述羧基化石墨烯、二氯亞砜的質(zhì)量體積比為9-11g:0.98-1.02l。

16、（3）氨基化

17、將酰氯化石墨烯置于n，n-二甲基甲酰胺中，然后加入二乙烯三胺和1,2-丁二胺進行超聲處理，超聲時間為18-23min，超聲功率為95-107w，超聲處理結(jié)束后，以0.3-0.8℃/min的速率升溫至102-106℃，在102-106℃下攪拌反應(yīng)22-26h，反應(yīng)結(jié)束后，干燥，制得氨基化石墨烯；

18、所述酰氯化石墨烯、n，n-二甲基甲酰胺、二乙烯三胺、1,2-丁二胺的質(zhì)量比為0.8-1.2:107-114:5.8-6.2:5.3-5.7。

19、2.接枝

20、將環(huán)氧樹脂置于n，n-二甲基甲酰胺中，加入十二烷基苯磺酸鈉，攪拌均勻后，以0.8-1.3℃/min速率升溫至68-72℃，然后加入氨基化石墨烯，在68-72℃下攪拌反應(yīng)，攪拌轉(zhuǎn)速為198-212rpm，反應(yīng)時間為3.9-4.1h，攪拌反應(yīng)結(jié)束后，干燥，制得環(huán)氧樹脂/石墨烯復(fù)合物；

21、所述環(huán)氧樹脂、n，n-二甲基甲酰胺、十二烷基苯磺酸鈉、氨基化石墨烯的質(zhì)量比為10.1-10.6:95-104:0.8-1.2:2.8-3.2。

22、3.制備紡絲液

23、將活化聚乙烯、環(huán)氧樹脂/石墨烯混合物、硬脂酸、礦物油混合，升溫至83-88℃進行攪拌，攪拌均勻后制得紡絲液；

24、所述活化聚乙烯、環(huán)氧樹脂/石墨烯混合物、硬脂酸、礦物油的質(zhì)量比為68-72:2.4-2.6:0.7-0.9:515-524；

25、所述活化聚乙烯的制備方法為，將聚乙烯切片置于乙醇溶液中，加入聚乙二醇600、聚乙烯醇進行球磨處理，球磨轉(zhuǎn)速為142-157rpm，球磨時間為26-33min，球料比為4-6:1，球磨結(jié)束后干燥，制得活化聚乙烯；

26、所述聚乙烯為超高分子量聚乙烯，重均分子量為527-532萬；

27、所述乙醇溶液的質(zhì)量濃度為40-45%；

28、所述聚乙烯、乙醇溶液、聚乙二醇600、聚乙烯醇的質(zhì)量比為9.6-10.4:116-125:2.3-2.7:3.5-4.0。

29、4.熔融紡絲

30、將紡絲液置于雙螺桿擠出機中進行熔融擠出，然后經(jīng)過噴絲板擠出，噴絲板的孔徑為0.6-1.0mm，在10-14℃的水浴中冷卻，制得凍膠絲條；對凍膠絲條進行預(yù)牽伸，再經(jīng)萃取、干燥后進行三級熱牽伸，制得聚乙烯導電纖維；

31、所述雙螺桿擠出機，長徑比為48-52，轉(zhuǎn)速為192-207rpm，擠出溫度為250-254℃；

32、所述預(yù)牽伸，預(yù)牽伸溫度為60-64℃，預(yù)牽伸倍數(shù)為3.7-4.3倍；

33、所述三級熱牽伸，一級熱牽伸的溫度為130-134℃，牽伸倍數(shù)為4.2-4.7倍；二級熱牽伸的溫度為135-140℃，牽伸倍數(shù)為2.3-2.8倍；三級熱牽伸的溫度為142-145℃，牽伸倍數(shù)為1.4-1.6倍。

34、一種基于熔融紡絲技術(shù)的聚乙烯導電纖維，采用上述制備方法制得。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得了以下有益效果：

36、1.本發(fā)明先是對石墨烯進行預(yù)處理，其中的預(yù)處理液主要是表面活化，提高石墨烯的活化性能，降低團聚性，增強分散性，然后對石墨烯依次進行羧基化、酰氯化處理，酰氯化石墨烯與胺類試劑進行結(jié)合，石墨烯的酰氯基團與胺類試劑的氨基基團進行酰胺化反應(yīng)，使得石墨烯的表面富含氨基基團，然后將富含氨基基團的石墨烯與環(huán)氧樹脂結(jié)合，環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基團與石墨烯的氨基基團進行反應(yīng)，使得環(huán)氧樹脂和石墨烯進行結(jié)合，使得環(huán)氧基團和石墨烯形成了穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而增強了聚乙烯纖維的強度性能和穩(wěn)定性能，并且石墨烯可以充分的發(fā)揮其導電性能；本發(fā)明采用特定的方法對聚乙烯進行活化，其中的球磨處理結(jié)合聚乙二醇和聚乙烯醇，可以提高聚乙烯的分散性能，并且可以使得聚乙烯表面分散有羥基基團，增強與環(huán)氧樹脂/石墨烯復(fù)合物、硬脂酸等成分的相容性能，使得紡絲液的分散性能佳，均質(zhì)性好，在經(jīng)紡絲之后保證了聚乙烯纖維的強度性能、耐腐蝕性能和導電性能優(yōu)異，并且干熱收縮率低，綜合性能佳且穩(wěn)定；

37、2.本發(fā)明制得的聚乙烯導電纖維，斷裂強度為42.9-44.1cn/dtex，彈性模量為2063-2087cn/dtex，斷裂伸長率為4.1-4.5%；

38、3.本發(fā)明制得的聚乙烯導電纖維，置于密閉容器中，通入8倍質(zhì)量的35wt%的氯化鈉溶液進行浸泡，浸泡溫度為75℃，浸泡時間為120h，浸泡結(jié)束后取出，經(jīng)洗滌干燥，再次測得斷裂強度為41.0-42.9cn/dtex，彈性模量為1964-2014cn/dtex，斷裂伸長率為3.9-4.4%；

39、4.本發(fā)明制得的聚乙烯導電纖維，電導率為0.79-0.82s/cm；

40、5.本發(fā)明制得的聚乙烯導電纖維，在熱處理溫度為130℃，加熱時間為60min下，干熱收縮率為1.0-1.4%。