[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维表面改性的方法有效
申请号: | 201910841198.9 | 申请日: | 2019-09-06 |
公开(公告)号: | CN110541207B | 公开(公告)日: | 2022-04-26 |
发明(设计)人: | 江国栋;朱超群 | 申请(专利权)人: | 南京工业大学 |
主分类号: | D01F6/46 | 分类号: | D01F6/46;D01F1/10 |
代理公司: | 南京天华专利代理有限责任公司 32218 | 代理人: | 徐冬涛 |
地址: | 210009 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 超高 分子量 聚乙烯 纤维 表面 改性 方法 | ||
本发明公开了一种超高分子量聚乙烯表面改性的方法,具体步骤如下:先将超高分子量聚乙烯粉末加入到溶剂中,进行溶胀预处理,然后在溶胀液中加入双极性分子改性剂、抗氧剂和紫外吸收剂得到溶胀混合液,再将超高分子量聚乙烯溶胀混合液均匀喂料至双螺杆挤出机进行凝胶纺丝;从喷丝板喷出凝胶丝进入水浴槽得到初生纤维丝;初生纤维丝室温放置24‑48h,然后通过清水槽洗涤;经过干燥,进行超倍热拉伸得到改性超高分子量聚乙烯纤维。本发明在保证超高分子量聚乙烯纤维力学性能不下降的前提下,提高纤维表面极性,实现超高分子量聚乙烯纤维与树脂基体的良好粘结性并拓展超高分子量聚乙烯纤维在结构材料方面的应用。
技术领域
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维表面改性的方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯纤维是继碳纤维和芳纶纤维之后出现的第三代高性能纤维,其具有高强度、高模量、耐化学腐蚀、耐磨损以及密度低等特点,其高度对称的亚甲基结构使得超高分子量聚乙烯具有很高的结晶度和取向度。但超高分子量聚乙烯纤维在耐热性、抗蠕变性能、耐氧化性能方面仍然存在不足。此外,由于表面无极性基团,表面能低,难与树脂基体形成化学键,导致纤维与树脂基等材料的界面粘结性能差,从而限制了超高分子量聚乙烯纤维在结构材料方面的应用。因此,对纤维表面进行改性是解决这一难题的关键。
目前对于超高分子量聚乙烯纤维的改性方法主要通过化学氧化处理、等离子体处理和电晕等处理方法。化学氧化处理不仅污染环境,而且刻蚀纤维表面导致纤维力学性能下降;等离子体处理能够在纤维表面引入极性基团,但对设备要求较高,很难实现工业化;电晕放电处理由于对纤维改性的作用不均匀,具有一定的时效性。因此,需要研究新的方法对超高分子量聚乙烯纤维进行表面改性处理。
CN1035308A公开了一种提高超高分子量聚乙烯纤维表面粘结性的方法。该方法采用等离子处理的方法,能够提高纤维的润湿性以及表面粘结性。但这种方法对于设备要求较高,很难实现工业化。CN104278510A公开了一种超高分子量聚乙烯纤维复合表面改性方法。该方法采用高锰酸钾与浓硝酸混合溶液对超高分子量聚乙烯纤维进行化学氧化处理。这种方法能够在纤维表面引入极性基团,但会刻蚀表面影响纤维的力学性能,强氧化剂不易回收,也会造成环境污染。CN104629074B采用表面交联的的方法对超高分子量聚乙烯进行表面改性。该方法采用紫外光对超高分子量聚乙烯成型材料表面进行辐照,实现乙烯基硅烷在UHMWPE材料表面的接枝,然后进行水解交联,一方面通过硅醇羟基的缩合获得表面交联结构,另一方面借助剩余硅醇羟基及其它含氧基团赋予材料表面亲水性。但这种方法工艺较为复杂,不易实现工业化。CN101348944A采用高剪切适度解缠超高分子量聚乙烯的同时,添加适量含羧基、羟基、醚基或酯基等极性官能团的极性化合物改性超高分子量聚乙烯纤维能够使极性聚合物均匀分布在超高分子量聚乙烯纤维中,在不影响机械性能的同时提高纤维粘结性。但该方法在纺丝过程中需要氮气保护,设备要求较高。CN109161978A采用改性聚乙烯与超高分子量聚乙烯原料共混,经冻胶纺丝制得表面粘结性能提高且力学性能优异的改性超高分子量聚乙烯纤维。但所采用的改性聚乙烯制备困难不易获得,不易控制聚乙烯链段的长度。CN103215682A采用一定长度的碳氢链与较强的极性基团组成的双亲分子添加剂改性超高分子量聚乙烯纤维。此外,CN106521673B采用包埋法对超高分子量聚乙烯纤维进行改性,该方法在纺出初生纤维后再通过双亲改性在溶胀纤维表面进行分子自组装,仅实现对初生纤维的表面改性。
发明内容
本发明的目的在于解决目前超高分子量聚乙烯纤维表面改性的难题,提供超高分子量聚乙烯纤维表面改性的方法,即在保证超高分子量聚乙烯纤维力学性能不下降的前提下,提高纤维表面极性,实现超高分子量聚乙烯纤维与树脂基体的良好粘结性并拓展超高分子量聚乙烯纤维在结构材料方面的应用。
本发明通过以下技术方案实现:一种超高分子量聚乙烯表面改性的方法,其具体步骤如下:
1)将超高分子量聚乙烯粉末加入到溶剂中,进行溶胀预处理,得到溶胀液的质量浓度为5-10%;
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