[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维表面紫外辐照二步接枝法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚乙烯纤维的接枝方法，尤其是涉及一种超高分子量聚乙烯纤维表面紫外辐照二步接枝法。

背景技术

超高强度聚乙烯纤维(UHMWPE)又称伸直链聚乙烯纤维，是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的一种高性能纤维。它是以超高分子量聚乙烯为原料，经过高压固态挤压法、增塑熔融纺丝法、表面结晶生长法、超拉伸或局部超拉伸法、凝胶纺丝-热拉伸法等工艺制备的一种具有高强度、高模量的高性能纤维。它还具有密度小(密度为0.97g/cm³)、耐化学腐蚀、耐疲劳、耐切割、耐低温、耐冲击、不吸水、与生物的相容性能好等其它的优越性能，已经广泛应用于军事、航空航天、建筑材料、运动设备、生物材料等领域，在特种材料和复合材料领域显示出极好的应用前景。

1.UHMWPE纤维的结构

人们从理论上研究分析了超高强高模纤维UHMWPE的理想结构，认为UHMWPE是直链、折叠链结晶与非晶区缚结分子并存的结构，即具有缚结分子和晶区分子并联后再与晶区串联的结构，UHMWPE这种高取向度(大于95％)和高结晶度(大于99％)以及高度对称的亚甲基结构，虽然一方面保证了纤维优异的力学性能以及其他的优良品质，但同样造成了许多不足。

UHMWPE由简单的亚甲基(-CH₂-)组成，使得纤维表面不仅没有任何反应活性点，难以与树脂形成化学键结合，而且亚甲基的非极性，加上高倍拉伸成形的高度结晶、高度取向的光滑表面，使其表面能极低，不易被树脂浸润，又无粗糙的表面以供形成机械啮合点。因此提高UHMWPE纤维的界面粘合性成为该纤维作为复合材料生产过程中的首要问题，对UHMWPE纤维进行表面处理，以提高复合材料的界面结合强度，已成为复合材料科学研究的重要课题之一。

对UHMWPE纤维进行表面处理的目的是清除或强化弱边界层，使惰性表面层活化，在非极性的纤维表面引人羧基、羰基、羟基等极性基团。目前UHMWPE纤维的表面改性方法较多，主要的改性方法主要有：

(1)化学刻蚀法，缺点是污染大，对纤维的力学性能影响较大。

(2)电晕处理，优点是环保性强，成本低，方法简单，对力学性能影响较小，但是改性效果容易衰减。

(3)低温等离子体处理，优点是环保性强，改性效果好，方法简单，但是成本较高，不易连续性处理，同时也存在改性效果衰减的问题

(4)光接枝改性，目前常用的辐照源是紫外光，其优点是环保性强，成本低，改性效果较好，对纤维力学性能几乎无影响，改性效果保持长久，但是目前所进行的光接枝改性方法，不易控制，且副反应较多，接枝效率较低，均聚物明显。

(5)其他处理方法

(I)压延法：压延法是UHMWPE纤维经一对压辊作用后，由原来的圆形截面变成扁平状，从而在复合中增加了接触面积，粘合性能有一定的提高，但不是很明显。

(II)涂层法：涂层法是在UHMWPE纤维表面上涂上一层试剂。从超高分子量聚乙烯纤维工业化生产至今，还未能研究开发出理想的试剂用作涂层。这种试剂应是起偶联剂的作用，提高UHMWPE纤维与基体的粘结性能。

中国专利文献CN1035308A公开了一种提高UHMWPE纤维表面粘结性能的方法，它采用了等离子体对超高分子量聚乙烯纤维进行表面处理，改性后的纤维对常用基体的润湿性和表面粘结性能都大大加强，但是该方法成本较高，且不易与连续化生产，且操作不当容易引起纤维力学性能的下降。

美国专利文献USP4870136公开了一种提高超高分子量聚乙烯纤维表面粘结性能的方法，其首先将一定比例的UHMWPE粉体、自由基引发剂、硅烷类化合物和稀释剂在螺杆中熔融混合，进行增速熔融纺丝，在纺丝阶段由热引发完成硅烷化接枝反应，将纺得纤维在萃取剂和交联剂的介质中进行热拉伸，然后再置于沸水中完成交联反应，改性后的纤维表面粘结性能大大加强，但是由于大量引发剂和接枝物的存在，使得纤维拉伸倍数较低，所纺得纤维力学性能较差。

中国专利CN1693544A公开了一种提高超高分子量聚乙烯纤维表面粘结性能的方法，它首先将极性聚合物溶解在重均分子量100～500万的超高相对分子量聚乙烯冻胶纤维的常规萃取剂中，制成符合萃取剂，超高分子量聚乙烯冻胶纤维在一定大气压和一定温度下在萃取剂中萃取一定时间后经过拉伸处理制得改性后的超高分子量聚乙烯纤维，改性后纤维表面粘结性能大大提高，但是对力学性能有影响。