[发明专利]高界面粘附性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高界面粘附性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。所述制备方法包括：使超高分子量聚乙烯树脂与溶剂混合均匀，得到混合溶液，之后经双螺杆挤出设备挤出，再进行纺丝处理，制得超高分子量聚乙烯冻胶原丝；将所获超高分子量聚乙烯冻胶原丝依次浸置于极性混合液、非极性混合液和极性溶液中，制得表面改性的超高分子量聚乙烯冻胶原丝；以及，对所获表面改性的超高分子量聚乙烯冻胶原丝进行萃取、干燥、多级热牵伸处理，得到高界面粘附性超高分子量聚乙烯纤维。本发明制得的高界面粘附性超高分子量聚乙烯纤维表面含有大量极性基团，表面粘附性提升，优异力学性能保持，且抗蠕变性优异；同时其制备工艺简便可行、成本可控。

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，具体涉及一种经由冻胶纺丝法制得的表面粘附性提升的超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与应用，属于高性能纤维技术领域。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是传统的三大高性能纤维之一，具有高强高模、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，广泛应用于军事、航空、航天和运动器械等领域。但是，纤维中聚乙烯分子链结晶度及取向度高、表面极度光滑，且聚乙烯分子链是由非极性的亚甲基长链组成，缺少极性基团、化学惰性强，分子间也缺少较强的分子作用力，导致纤维与树脂间难以产生较强的物理或化学相互作用；其次，纤维表面能低，难以与树脂形成良好的界面粘结。因此其与基体树脂之间无法通过化学键、物理吸附及机械啮合力增加界面粘结强度，受力时易发生纤维脱胶，基体树脂的开裂等问题，严重制约了其在复合材料领域中的应用。因此提高其与树脂基体的粘结性能，是摆在工业界面前亟待解决的问题。

提高UHMWPE纤维与基体树脂的表面粘附性，主要通过制备表面具有极性基团的UHMWPE纤维实现，现阶段纤维改性可以分为两类：一、采用氧化处理、等离子处理、电晕放电、化学交联、表面接枝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CN102505474A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CN105442100A的中国发明专利公开了一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。他们将萃取溶剂后的超高分子量聚乙烯初生丝置于含有辐敏交联剂的改性溶液中进行浸渍处理，然后经过干燥、多级热空气牵伸，再采用高能射线辐照所述牵伸后的纤维，从而获得经辐照交联的超高分子量聚乙烯纤维。但是该方法仍然需要经过辐照处理，这就意味着仍要配置昂贵的设备，增加了生产成本。公开号为CN106835321A的中国发明专利公开了一种极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。该申请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。公开号为CN101109113A的中国发明专利公开了一种高表面粘接性超高相对分子质量聚乙烯纤维的制备方法，它首先将表面有机化处理改性后的无机纳米粒子或纳米晶须与萃取剂进行混合，均匀分散，制得复合萃取乳液；然后将萃取去除溶剂后的超高相对分子质量聚乙烯冻胶纤维，置于复合萃取乳液中进行萃取，干燥、拉伸后，制得具有较高表面粘接性能的超高相对分子质量聚乙烯纤维。上述专利中极性聚合物、纳米粒子及纳米晶须只是通过物理作用附着在纤维的浅表层，而非化学作用，对其粘结性提升有限。

对比以上的处理方法可知，尽管现有方法可以得到表面粘结性增强的UHMWPE纤维，但是存在后处理工艺手段繁琐、物理吸附在纤维表层、生产成本增加、力学性能降低等问题。因此，有必要研究一种在纤维表层稳定存在、简便易得、表面粘结性提升、力学性能优异的UHMWPE纤维的制备方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种经由冻胶纺丝制备的高界面粘附性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与应用，以克服现有技术中存在的不足。

为实现前述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：