[发明专利]一种高粘结、高强超高分子量聚乙烯纤维的制备方法及其产品

说明书

本发明公开一种高粘结、高强超高分子量聚乙烯纤维的制备方法及其产品。本发明通过引入含有极性基团的改性PE、UHMWPE粉末、溶剂和萃取剂，得到表面粘结性提高且优异力学性能保持的UHMWPE纤维。该改性PE的一端为聚乙烯分子链，另一端为极性基团，PE段可与UHMWPE分子链发生缠结或参与结晶，从而保证其作为改性组分持久、牢固地存留在体系中，而极性基团与UHMWPE不相容从而倾向于迁出，从而导致其优先分布于纤维表面，实现提升纤维表面粘结性同时又保证纤维的高力学性能的目的。本发明优点：1、无需更改现有的加工设备；2、UHMWPE纤维优异力学性能保持；3、纤维表面粘结性提高。

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，属于高性能纤维技术领域。具体涉及一种表面含有极性基团的高粘结、高强度超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是继碳纤维、芳纶纤维后又一类高性能纤维。UHMWPE纤维具有高力学性能、耐紫外辐射、耐化学腐蚀、低介电常数、低摩擦系数等优异性能，在军事、航空、航天和运动器械等领域有着广泛的应用前景。但是，聚乙烯分子链化学惰性强，导致纤维与树脂间难以产生较强的相互作用力；其次，纤维表面能低，难以被树脂浸润。因此其与基体树脂之间无法通过化学键及机械啮合力增加界面粘结强度，受力时UHMWPE纤维很容易从基体中拔出，严重制约了其在复合材料领域中的应用。因此制备高表面极性的UHMWPE纤维，提高其与树脂基体的粘结性能，一直是近年来的研究热点。

表面极性增强UHMWPE纤维制备方法，可以分为两类：一、采用氧化处理、等离子处理、辐照与涂覆等表面处理方法在纤维表面引入极性基团；二、在制备UHMWPE纺丝时加入另一种含有极性基团的组分，通过复合纺丝得到。公开号为CN201110388139的中国发明专利公开了一种改性UHMWPE纤维的制备方法，即对UHMWPE纤维进行钴源或电子束辐照处理后接枝单体，可以得到粘结性能良好、与树脂基体界面结合牢固的UHMWPE纤维。但此方法需要使用钴源或电子束，难以实现大规模的工业化生产，且接枝率与纤维的力学性能难以兼得。公开号为CN201010170399的中国发明专利公开了一种UHMWPE纤维表面紫外辐照二步接枝法，即在经过紫外光预处理后的UHMWPE纤维表面产生自由基，多种单体在纤维表面发生自由基接枝反应。此方法大大提高UHMWPE纤维与基体的粘结性能，单丝拔出强度从改性前的8.16N增加到改性后23.18N，力学性能也没有很大的损失，但此方法步骤较为繁琐(经历多次接枝且需要后处理)，工业化前景渺茫。公开号为CN201010533593的中国发明专利公开了一种低能耗、低成本制备高强度、高延伸UHMWPE纤维的生产方法。该方法首先制备改性聚乙烯，然后将其加入超高分子量聚乙烯树脂均匀混合，经熔融纺丝成功制得改性的UHMWPE纤维。该纤维的力学强度仅为15cN/dtex～25cN/dtex，低于一般的UHMWPE纤维。公开号为CN200510025710的中国发明专利公开了一种提高UHMWPE纤维表面粘结性的方法，它将乙烯-其它单体共聚物与二甲苯制成复合萃取剂用于萃取UHMWPE冻胶纤维，使得极性高聚物存在于纤维的外表面，最终制成表面粘结性提高的UHMWPE纤维。这种方法操作简便，易于工业化，但是聚合物中的极性基团有限，限制了纤维表面极性基团的引入量，从而影响了纤维表面粘结性的提高。

对比以上的处理方法可知，现有的处理手段可以得到表面粘结性增强的UHMWPE纤维，但是存在处理手段繁琐、纤维力学性能影响较大等问题。因此，有必要研究一种简便易得、表面粘结性提升、力学性能优异的UHMWPE纤维制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在保证纤维力学性能的前提下，提供一种提高UHMWPE纤维表面粘结性的方法，用于制备UHMWPE纤维。该纤维具有良好的粘结性能，与树脂基体界面结合牢固。

本发明的第一个目的是提供一种表面粘结性提高的高强度UHMWPE纤维的制备方法，该方法的具体步骤是：