本發(fā)明涉及一種石墨烯改性膠液及其制備方法和用途。
背景技術(shù)：
在利用超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)無緯布的過程中，要用到水基聚氨酯膠黏劑，基于超高分子量聚乙烯的特性，纖維表面與膠粘劑的結(jié)合力較差，且聚氨酯膠的導(dǎo)熱性能差，導(dǎo)熱系數(shù)只有0.25左右。由超高分子量聚乙烯無緯布制成的防彈制品在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，纖維與膠粘劑結(jié)合力差導(dǎo)致纖維與膠剝離，從而導(dǎo)致其抗沖擊性能變差；膠的導(dǎo)熱性能差導(dǎo)致子彈沖擊形成的大量熱量由中心點(diǎn)向往傳遞速度慢，從而導(dǎo)致制品局部溫度高、穿透概率高。設(shè)法提高膠粘劑與纖維間的結(jié)合力和制品的熱傳遞速率，將有利于提高無緯布的抗沖擊性能。
有研發(fā)人員從膠粘劑體系著手，通過在水基膠粘劑體系中加入一定量的助溶劑來提高粘合效果，但由于助溶劑一般是有機(jī)溶劑，不僅惡化了生產(chǎn)環(huán)境，而且制品中的微量殘留對(duì)人體有害，最好是體系中有機(jī)溶劑含量為零。也有研發(fā)人員通過輻射或低溫等離子處理等方式來改變纖維表面的惰性，提高其與膠粘劑的粘合力，但這種處理方式的效果有限、不均勻，且持續(xù)性短，要求在表面處理完之后立即進(jìn)行涂膠工藝，工業(yè)化實(shí)施比較困難。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效改善粘合性能和熱傳導(dǎo)性能的石墨烯改性膠液及其制備方法和用途。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
一種石墨烯改性膠液，其特征是：主要由水基聚氨酯膠粘劑、石墨烯、分散劑組成；其中石墨烯的含量為水基聚氨酯膠粘劑重量的0.1%-0.25%，優(yōu)選0.15%-0.2%；分散劑的含量為膠粘劑重量的1%-2.5%，優(yōu)選1.5%-2%；所述水基聚氨酯膠粘劑的固含量為30%-50%，優(yōu)選40-50%。
所述水基聚氨酯膠粘劑的PH值為7-10，優(yōu)選7-8。
所述石墨烯粒徑分布D50≦10um，PH值7-8，灰分≦1.0%，導(dǎo)熱系數(shù)大于5000w/m.k。
所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯醇中的一種。
一種石墨烯改性膠液的制備方法，其特征是：包括下列步驟：
（1）制備石墨烯粉末的水分散液：將石墨烯粉末投入到去離子水中，并加入分散劑，開始攪拌；攪拌轉(zhuǎn)速1000rpm，攪拌時(shí)間一個(gè)小時(shí)；
（2）取水基聚氨酯膠粘劑，用攪拌裝置緩慢攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速不高于60rpm；
（3）將攪拌好的石墨烯水分散液，加入到處于攪拌狀態(tài)中的聚氨酯膠粘劑中，加完后繼續(xù)攪拌30min以上；
（4）將混合好的膠粘劑連同容器放入到超聲波裝置中，超聲震蕩60min以上，超聲波功率不低于3KW；超聲處理后的膠粘劑，靜置48小時(shí)；然后去除容器底部的沉淀物，只收取上層均勻的乳液，獲得石墨烯改性水基聚氨酯膠粘劑。
所述的石墨烯改性膠液在制備無紡布中的應(yīng)用。
本發(fā)明改性水基膠粘劑，能夠有效改善粘合性能和熱傳導(dǎo)性能；制備方法簡(jiǎn)便可靠。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
配制改性膠液
以市售的AT-06型號(hào)、固含量45%的水基聚氨酯膠粘劑400g做基料來配制改性膠液。先取0.8g石墨烯粉末和8g聚乙烯吡咯烷酮投入到160g的去離子水中，高速攪拌60min，攪拌轉(zhuǎn)速1000rpm。將水基聚氨酯膠粘劑基料放到攪拌裝置上進(jìn)行緩慢攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速40rpm。將分散好的石墨烯水分散液，逐步加入到攪拌中的膠粘劑基料中，加完后繼續(xù)攪拌60min。然后將攪拌均勻的混合液連帶容器放置到功率3kw的超聲波發(fā)生器中，超聲震蕩60min，取出靜置48小時(shí)。最后過濾掉容器底部的沉淀物，留取上部混合均勻的乳液，獲得石墨烯改性聚氨酯膠粘劑。
用配制的改性膠液制備無緯布，做成靶片打靶測(cè)試。對(duì)比常規(guī)聚氨酯膠粘劑
利用上述配制的石墨烯改性水基聚氨酯膠粘劑和超高分子量聚乙烯纖維（江蘇九九久生產(chǎn)，400D/240F，強(qiáng)度34cN/dtex，模量1300cN/dtex），在間歇式的無緯布生產(chǎn)機(jī)上，制作了面密度160g/m2左右、膠含量20%~21%的雙經(jīng)雙緯結(jié)構(gòu)無緯布3張（每張1.6m*3.2m），將該無緯布裁切成40cm*40cm大小，并通過疊層配成總面密度6.4kg/m2左右的測(cè)試靶片2個(gè)（每個(gè)靶片40層無緯布），編號(hào)為1#和2#。
利用未經(jīng)改性的常規(guī)AT-06型號(hào)水基聚氨酯膠粘劑和上述同樣規(guī)格的超高分子量聚乙烯纖維，在無緯布生產(chǎn)機(jī)上制做對(duì)比用無緯布，面密度160g/m2左右，膠含量20%~21%，結(jié)構(gòu)為雙經(jīng)雙緯，同樣配制2個(gè)總體面密度6.4kg/m2左右的測(cè)試靶片，編號(hào)為3#和4#。
將上述4個(gè)測(cè)試靶片在同樣的條件下進(jìn)行打靶測(cè)試，測(cè)試所用的槍械為54手槍，子彈為51式7.62mm鉛心彈，彈速455±5 m/s，每個(gè)靶片測(cè)試6槍，最后對(duì)比4個(gè)靶片測(cè)試后被6發(fā)子彈穿透的平均層數(shù)。
從平均穿透層數(shù)看，基于石墨烯改性膠粘劑制備的2個(gè)靶片的平均穿透層數(shù)為11.5和10.7，平均11.1層；基于常規(guī)膠粘劑制備的2個(gè)靶片平均穿透層數(shù)分別為13.5和13.2，平均13.3層；改性后的膠粘劑使得同等測(cè)試條件下平均穿透層數(shù)減少2層，意味著防彈制品在具有相同防護(hù)能力的情況可減重約16.5%。