一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料及制备方法技术

本发明专利技术涉及石墨烯复合材料应用领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料及制备方法。通过在球化装置中使氟聚合物分散微粒、石墨烯以雾状完全分散，采用激光瞬时加热和气流冲击，在极短的熔程下，将氟聚合物分散微粒表面软化、球化随即粘接石墨烯，从而形成了分散完全、球形度高、石墨烯粘接均匀的具有壳‑核结构的高流动性微球。该石墨烯微球母料作为超高分子量聚乙烯熔融加工的专用母料，氟聚合物以微球形式辅助超高分子量聚乙烯具备较好的熔融加工流动性，同时石墨烯通过在氟聚合物微球表面粘接形成壳‑核结构，从而使得石墨烯在超高分子量聚乙烯熔融体中具有良好的分散性。

Ultra high molecular weight polyethylene special graphene microsphere master batch and preparation method thereof

The invention relates to the application field of graphene composite material, in particular to a special graphene microsphere masterbatch for ultrahigh molecular weight polyethylene and a preparation method thereof. The ball device to the fluoropolymer particles, dispersed graphene mist dispersed completely, using laser instantaneous heating and air impact, in a very short melting range, the fluorine polymer dispersed particle surface softening, ball bonding and graphene, thus forming a high fluidity microspheres dispersed completely, high sphericity, graphene bonding with a uniform shell core structure. The graphene microspheres as masterbatch masterbatch of UHMWPE melt processing, fluorine polymer to form microspheres assisted UHMWPE melt processing have good fluidity, while the formation of nuclear shell structure on the surface adhesion of fluorinated polymer microspheres by graphene, which makes graphene in UHMWPE melt with dispersion good.

【技术实现步骤摘要】
一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料及制备方法
本专利技术涉及石墨烯复合材料应用领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料及制备方法。
技术介绍
超高分子量聚乙烯(UHMWPE）通常指粘均分子量在100万-300万的聚乙烯，具有优异的耐冲击、耐磨损、化学稳定、耐水、耐光、耐疲劳、耐磨损、耐弯曲、耐低温等多种优良特性，通常用于高强度耐久性制品。特别是，超高分子量聚乙烯纤维在防弹、吸能、高强力绳缆、安保纺织品、工程加固、信息、新能源、医疗、体育休闲等领域得到广泛应用，已成为高科技领域重要的新材料，与碳纤维、芳纶并称为三大高性能纤维。由于超高分子量聚乙烯的分子结构高度有序，其纤维大分子链上无极性基团、无化学活性，且表面能较低。因此，纤维在用作防弹材料、缆绳、防护材料使用时，抗冲击性、耐磨性及抗蠕变性能不够，仍然需要改性。石墨烯是人类已知强度最高的物质，不但对高分子材料具有缠绕增强的功能，而且具有优异的抗耐磨性、韧性。将石墨烯用于改善超高分子量聚乙烯的抗冲击性、耐磨性及抗蠕变性能成为一个新兴的技术途径。将赋予超高分子量聚乙烯超乎想象的性能。另外，目前，生产超高分子量聚乙烯纤维多采用湿法纺丝，通过选择合适的有机溶剂，溶解粘均分子量大于100万的超高分子量聚乙烯树脂，经过纺丝箱体内的喷丝板喷出后，冷却凝固形成冻胶丝。鉴于此，中国专利技术专利CN105420833A公开了一种石墨烯超高分子量聚乙烯杂化纤维，通过将亲油改性石墨烯或氧化石墨烯分散液与超高分子量聚乙烯石蜡油性纺丝液共混纺丝，使得纤维基体强度提高，抗蠕变、耐热性得到改善。然而，由于湿法纺丝加入了较多的有机溶剂，需要在超高分子量聚乙烯纺丝后脱挥，易对环境造成污染。而且完全溶解的湿法纺丝易造成超高分子量聚乙烯分子链的解缠甚至断裂，从而影响纺丝的强度。通过熔融纺丝能够较佳的保留超高分子量聚乙烯纤维的分子链，制备的纤维强度高。但由于超高分子量聚乙烯熔融加工时熔融粘度极高，流动性极差，其熔体流动指数几乎为零，所以很难直接进行熔融挤出纺丝。如果将石墨烯在熔融条件下分散于超高分子量聚乙烯中，分散难度极大，即使分散，也因分散不均难以达到增强的目的。
技术实现思路
为了实现超高分子量聚乙烯熔融加工，并将石墨烯在熔融条件下高效分散于超高分子量聚乙烯中，本专利技术提出一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料。该石墨烯微球母料显著的特点是一种具有壳-核结构的高流动性微球，所述壳为石墨烯层，所述的核为氟聚合物微球。氟聚合物以微球形式辅助超高分子量聚乙烯具备较好的熔融加工流动性，同时石墨烯通过在氟聚合物微球表面形成壳，从而使得石墨烯在超高分子量聚乙烯熔融体中具有良好的分散性。该石墨烯微球母料作为超高分子量聚乙烯熔融加工的专用料，不但赋予超高分子量聚乙烯熔融加工性，最为重要的是大幅提升超高分子量聚乙烯的抗冲击性、耐磨性及抗蠕变性能。进一步，本专利技术提供了一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料的制备方法。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料，其特征在于：所述石墨烯微球母料是一种具有壳-核结构的高流动性微球，所述壳为石墨烯层，所述的核为氟聚合物微球。优选的，所述氟聚合物为乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、全氟烷氧基树脂中的一种。一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：（1)将氟聚合物研磨至粒径为2μm以内的微粉，然后加入表面活性剂进行高速分散，得到氟聚合物分散微粒；（2）开启球化装置，球化装置为球形反应器，中部相对设置两个进料喷嘴A和B，底部设置冷凝收集室，球化装置设置激光加热器；将步骤（2）得到氟聚合物分散微粒施加高压气体，使其以雾状形式完全分散从喷嘴A进入球化装置；将石墨烯施加高压气体，使其以雾状形式完全分散从喷嘴B进入球化装置；在球化装置中氟聚合物分散微粒完全以微粒形式分散，受激光快速加热和气流冲击，其微粒表面软化并球化，完全分散的石墨烯热粘接在氟聚合物分散微粒表面，形成以石墨烯层为壳、氟聚合物为核的微球；（3）步骤（2）得到的微球瞬时下落，进入球化装置底部设置的冷凝收集室，经高速旋风冷凝收集得到一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料。优选的，步骤（1）所述表面活性剂为常规具有分散功能的表面活性剂，如六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、焦磷酸钠、聚丙烯酸钠中的一种。优选的，步骤（2）所述表面活性剂使用量为所述氟聚合物质量的1-3%。优选的，步骤（2）从喷嘴A喷入的氟聚合物分散微粒与从喷嘴B喷入的石墨烯较佳的的配合质量是5-15:1。优选的，步骤（2）所述的高压气体为超临界二氧化碳。通过超临界二氧化碳对氟聚合物分散微粒的输送，使其形成高分散体，有效防止氟聚合物分散微粒之间的粘连；通过超临界二氧化碳对石墨烯的输送，释放大量能量克服石墨烯间作用力，将石墨烯团聚体分散，使得石墨烯以单层或少层的形态与氟聚合物分散微粒粘接。优选的，步骤（2）所述的球化装置，在球化装置顶部设置向下的气流装置。在氟聚合物分散微粒受激光加热、表面软化球化、并在表面粘接石墨烯时，球化装置顶部设置向下的气流装置，易控制氟聚合物分散微粒加热的时间。激光加热为瞬时快速加热，一方面，激光加热确保氟聚合物分散微粒的表面快速受热，另一方面，较佳的确保了氟聚合物分散微粒表面受热均匀，从而易于表面球化、与石墨烯粘接均匀。因氟聚合物分散微粒材质的不同，其表面软化的时间不同，根据材质不同，通过球化装置顶部设置向下的气流装置，控制送入气体压力大小控制氟聚合物分散微粒加热的时间。优选的，步骤（3）所述的高速旋风冷凝，以通入液氮最佳，通过液氮的快速冷凝，较佳的防止微球的变形以及微球粘接聚集。通过将聚合物微粒加热软化球化的技术，在本领域有可能会被使用。然而，我们惊奇的发现是，本专利技术在采用激光加热时，氟聚合物分散微粒的表面受热快速而且均匀，进一步的，在高压喷雾条件下，氟聚合物分散微粒处于分散状态，软化的熔程极短，软化的氟聚合物分散微粒表面随即粘接石墨烯，杜绝了微球之间的连接，形成了分散完全、球度高的微球。本专利技术一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料及制备方法，通过在球化装置中使氟聚合物分散微粒、石墨烯以雾状完全分散，采用激光瞬时加热和气流冲击，在极快的熔程下，将氟聚合物分散微粒表面软化、球化随即粘接石墨烯，从而形成了分散完全、球形度高、石墨烯粘接均匀的具有壳-核结构的高流动性微球。该石墨烯微球母料作为超高分子量聚乙烯熔融加工的专用母料，氟聚合物以微球形式辅助超高分子量聚乙烯具备较好的熔融加工流动性，同时石墨烯通过在氟聚合物微球表面粘接形成壳-核结构，从而使得石墨烯在超高分子量聚乙烯熔融体中具有良好的分散性。该石墨烯微球母料作为超高分子量聚乙烯熔融加工的专用料，不但赋予超高分子量聚乙烯熔融加工性，最为重要的是大幅提升超高分子量聚乙烯的抗冲击性、耐磨性及抗蠕变性能。特别的，石墨烯微球母料赋予超高分子量聚乙烯熔融加工性，适合于超高分子量聚乙烯的熔融纺丝。本专利技术一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、该石墨烯微球母料作为超高分子量聚乙烯熔融加工的专用料，不但赋予超高分子量聚乙烯熔融加工性，最为重要的是通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料，其特征在于：所述石墨烯微球母料是一种具有壳‑核结构的高流动性微球，所述壳为石墨烯层，所述的核为氟聚合物微球。

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料，其特征在于：所述石墨烯微球母料是一种具有壳-核结构的高流动性微球，所述壳为石墨烯层，所述的核为氟聚合物微球。2.根据权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料，其特征在于：所述氟聚合物为乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、全氟烷氧基树脂中的一种。3.一种超高分子量聚乙烯专用石墨烯微球母料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：（1)将氟聚合物研磨至粒径为2μm以内的微粉，然后加入表面活性剂进行高速分散，得到氟聚合物分散微粒；（2）开启球化装置，球化装置为球形反应器，中部相对设置两个进料喷嘴A和B，底部设置冷凝收集室，球化装置设置激光加热器；将步骤（2）得到氟聚合物分散微粒施加高压气体，使其以雾状形式完全分散从喷嘴A进入球化装置；将石墨烯施加高压气体，使其以雾状形式完全分散从喷嘴B进入球化装置；在球化装置中氟聚合物分散微粒完全以微粒形式分散，受激光快速加热和气流冲击，其微粒表面软化并球化，完全分散的石墨烯热粘接在氟聚合物分散微粒表面，形成以石墨烯层为壳、氟聚合物为核的微球；（3）步骤（2）得到的微球瞬时下落，进入球化装置底部设置的冷凝收集室，经高速旋风...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51