[发明专利]极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

说明书

本发明属于聚合物材料技术领域。将极性聚合物作为超高分子量聚乙烯改性体系，采用凝胶纺丝法制备初生纤维，在极性的复合萃取液中进行萃取。本发明涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，采用凝胶纺丝法制备，采用极性萃取体系；纺丝液的物料质量组成至少包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物5～25份和有机溶剂。该改性超高分子量聚乙烯纤维，极性聚合物在纤维表面富集，有效解决纤维与基体树脂相容性差的问题，显著提高纤维与树脂基体的界面粘结性能；可在低于纤维自身熔点下自热压成型，所得复合材料具有层间粘结性好、剥离强度高的特点，适用于抗冲击防弹、防刺等防护产品的制备。

技术领域

本发明属于聚合物材料技术领域，涉及有机纤维加工技术，特别涉及改性超高分子量聚乙烯纤维加工技术。

背景技术

以提高超高分子量聚乙烯纤维和基体的粘结性能、扩大其在复合材料中的应用为目的，对纤维的表面进行改性处理，一直是超高分子量聚乙烯纤维研究的重点。常见的纤维表面处理方法有：等离子体法、化学试剂法、辐射引发表面接枝法、电晕处理法、表面改性剂法等，但上述方法易使纤维表面受到损伤，使其抗冲击性能和力学强度下降，复合材料的整体力学性能不甚理想。

从纤维制备、取向过程中对其进行改性未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于解决超高分子量聚乙烯纤维与基体树脂相容性差的问题，提出的一种新型超高分子量聚乙烯纤维的配方及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：将极性聚合物作为超高分子量聚乙烯改性体系，采用凝胶纺丝法制备初生纤维，在极性的复合萃取液中进行萃取，利用热致相分离原理使极性聚合物迁移到超高分子量聚乙烯纤维表面，纤维的微观结构如附图1所示，实现提高聚乙烯纤维与树脂基体的界面结合能力。

本发明涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，采用凝胶纺丝法制备，其特征在于：采用极性萃取体系；纺丝液的物料质量组成至少包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物5～25份和有机溶剂；

所述极性聚合物为乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)中的一种及其组合。

本发明涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，采用凝胶纺丝法制备，其特征在于：纺丝液的物料质量份数组成包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物5～25份，抗氧剂0.2～2份。

本发明涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，采用凝胶纺丝法制备，其特征在于：采用极性萃取体系；纺丝液的物料质量组成至少包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物18～25份。

本发明涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，所述极性聚合物的熔点介于91～122℃之间。

本发明涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，所述有机溶剂选自十氢化萘、石蜡油或白油中的一种。

本发明涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括纺丝液制备、冻胶原丝制备、萃取、干燥和超倍拉伸过程，其特征在于：

纺丝液制备：将超高分子量聚乙烯、极性聚合物、抗氧剂在超高分子量聚乙烯9～20倍的有机溶剂中混合溶胀，得到悬浮液；

萃取：冻胶原丝在极性萃取体系中常温静置萃取12～24小时；

所述极性萃取体系为非极性溶剂与极性溶剂的混合溶剂，质量比介于50:50～90:10之间；所述非极性溶剂为己烷或溶剂汽油；极性溶剂为乙醇、乙二醇、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或其中几种的混合体系。

本发明涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括纺丝液制备、冻胶原丝制备、萃取、干燥和超倍拉伸过程，其特征在于：所述极性复合萃取剂中的非极性溶剂为溶剂汽油。