[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维表面连续紫外接枝处理系统

说明书

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维表面连续紫外接枝处理系统，包括紫外辐照单元和配套单元，其中：紫外辐照单元由紫外线控制箱和位于紫外线控制箱内的石英反应器组成，石英反应器具有纤维进口和纤维出口，且内部设有用于引导纤维传输的多个石英转轴，紫外线控制箱内设有用于照射石英反应器的紫外灯和用于引导纤维传输的传动轴；配套单元具有设置于紫外辐照单元外的溶液槽和纤维收放卷机构，纤维收放卷机构用于带动纤维顺次经过溶液槽和紫外辐照单元。与现有技术相比，本发明简便、高效、副反应少、成本低、过程连续可控。

技术领域

本发明涉及纤维表面处理领域，尤其是涉及一种超高分子量聚乙烯纤维表面连续紫外接枝处理系统。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)又称伸直链聚乙烯纤维，它是继碳纤维和Kevlar纤维之后出现的第三代高性能纤维，具有高取向度(95％)、高结晶度(99％)以及高度对称的亚甲基结构，这种高取向度、高结晶度以及高度对称的亚甲基结构，虽然保证了UHMWPE纤维优异的性能，但简单的亚甲基形成了惰性的化学表面，表面化学反应活性极低，难以与树脂形成化学键结合，此外高倍拉伸形成的光滑表面不易被树脂基体浸润，亲水性较差，以上不足极大的限制了UHMWPE纤维的广泛应用，因此改善超高分子量聚乙烯纤维的界面性能成为备受关注的课题之一。

目前超高分子量聚乙烯纤维表面改性方法较多，各有不足与优点，电晕处理和低温等离子体处理成本较高，且改性效果易衰减，不易长期保存；化学刻蚀法和高能辐射接枝对纤维基体性能破坏较大；化学接枝法易造成废液污染；其他方法如压延法和涂层法效果不显著，有待发展。在诸多的改性方法中，紫外接枝改性因其环保性、低成本、反应条件温和、改性效果明显而前景较好，但是传统的液相接枝反应时间较长，均聚物较多，紫外接枝目前还没有实现连续处理，此外超高聚乙烯纤维因高结晶性和高取向性引起的不同于一般低密度聚乙烯的化学惰性，使得传统接枝方法接枝效果不明显，仍有很多不足需要改进。

现有技术中，苏州大学冯璐等人[纺织学报，2008，29(12)：6～8]为提高聚乙烯(PE)纤维表面的亲水性，先在常压下用氦气辉光放电处理纤维，再接枝丙烯酸。对不同放电处理工作参数下PE纤维表面的接触角和接枝率变化进行规律性和原理分析。用IR和SEM、EDS分析处理前后PE纤维表面形态变化。实验结果表明：不同辉光放电处理工作参数下PE纤维表面接枝丙烯酸(AA)后使材料的接触角和接枝率呈现不同的规律性变化；经等离子体处理后接枝AA，在PE纤维表面成功引入了极性基团，显著提高了其亲水性，但是该方法成本较高。

清华大学陈翠仙等人[膜科学与技术，2006，26(1)：7～10]利用O3处理超高分子量聚乙烯(UHMWPE)微孔膜，使其表面产生活性点，然后将甲基丙烯酸(MAA)，甲基丙烯酸羟乙酯接枝在膜表面上，用ATR-FTIR、XPS等对O3活化及接枝前后的UHMWPE微孔膜结构进行了表征，接触角测试表明接枝后微孔膜具有较好的亲水性。

中国西北工业大学梁国政等人[Applied Surface Science，2006，253(2)：668～673]通过液相UV辐照接枝丙烯酰胺(AM)研究发现，接枝后UHMWPE纤维的单丝拔出强度以及界面层间剪切强度大大提高，对环氧树脂ILLS达到16.9MPa，并且对特制乙烯基树脂的层间剪切强度达到了19.4MPa，但是该方法反应时间较长。

中国专利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，且不易实现连续化生产，且操作不当容易引起纤维力学性能的下降。

发明内容