專利名稱：一種制備改性超高分子量聚乙烯纖維的方法及該纖維的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改性超高分子量聚乙烯纖維的制備及改性超高分子量聚乙烯纖維的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯纖維是繼碳纖維和芳綸纖維之后出現(xiàn)的第三代高性能纖維，具有其它高性能纖維所無(wú)法比擬的力學(xué)性能。它的比強(qiáng)度和比模量是所有化學(xué)纖維中最高的，此外，它還具有優(yōu)異的耐化學(xué)性、耐候性、高能量吸收性、耐沖擊、耐低溫等多種優(yōu)級(jí)異性能。但常規(guī)制備的超高分子量聚乙烯纖維由于纖維表面無(wú)極性、極低的表面能，基體樹(shù)酯與超高分子量聚乙烯纖維間的結(jié)合強(qiáng)度很低，在復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域難以與碳纖維和芳綸相比。CN 1537988A公開(kāi)了一種超高分子量聚乙烯纖維單取向預(yù)浸帶的連續(xù)制備方法，是將均勻鋪展、平行排列的纖維與溶劑型苯乙烯、乙烯、丁二烯三元嵌段共聚彈性體膠粘劑經(jīng)過(guò)膠，烘干制得單向預(yù)浸帶，制備的預(yù)浸帶經(jīng)多層粘合可制得各種復(fù)合制品。超高分子量聚乙烯纖維和苯乙烯、乙烯、丁二烯三元共聚彈性體同為碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)的有機(jī)物，以附著的方式制得復(fù)合制品，當(dāng)結(jié)合強(qiáng)度并不高。CN 1693544A公開(kāi)了一種制備改性超高分子量聚乙烯纖維的方法，以乙烯-乙烯醇、乙烯-乙二醇、乙烯-醋酸乙烯的共聚物溶解于超高分子量聚乙烯纖維凍膠紡絲、溶劑去除、超倍熱拉伸工藝中的萃取劑中，制的復(fù)合萃取劑。經(jīng)凍膠紡絲，萃取，超倍熱拉伸制得改性超高分子量聚乙烯纖維。由于含極性的添加劑大部存在于纖維的內(nèi)部，只有少數(shù)極性管能團(tuán)存在于纖維的表面，纖維的可粘接性提高的不理想，如要進(jìn)一步提高粘接性得提高添加劑的含量，這會(huì)降低纖維的強(qiáng)度。USP 4870136公開(kāi)了一種制備改性超高分子量聚乙烯纖維的方法，此法先將一定比例的超高分子量聚乙烯粉、與自由基引發(fā)劑硅烷類化合物和稀釋劑在螺桿中熔融混合，進(jìn)行熔融紡絲，在紡絲階段由熱引發(fā)完成超高分子量聚乙烯的硅烷接枝反應(yīng)，將紡得纖維在萃聚劑和交聯(lián)劑的介質(zhì)中進(jìn)行熱拉伸，然后再置于沸水中完成交聯(lián)反應(yīng)。此法所得纖維的表面粘接性可得到改善，但此法由于在超高分子量聚乙烯原料中加入大量引發(fā)劑和接枝化合物并在接枝反應(yīng)完成后再進(jìn)行拉伸，從而使纖維拉伸倍數(shù)較低，最后所得纖維的強(qiáng)度性能較差。吳越等人在液態(tài)氧化法處理超高分子量聚乙烯纖維(功能高分子學(xué)報(bào)，1999，12(4):427)中用鉻酸等試劑處理超高分子量聚乙烯纖維，纖維的表面粘接性能得到較大的提高，但纖維的強(qiáng)度下降較大。USP 5039549,USP 5755913中，在等離子體，臭氧，電暈放電或紫外線輻照下，在超高分子量聚乙烯纖維表面接枝上一些含極性基團(tuán)的單體，可提高纖維的表面粘接性。但此法工藝繁瑣，且處理的最佳工藝條件很難掌握， 工業(yè)化前景渺茫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種具有易復(fù)合、高復(fù)合強(qiáng)度、高拉伸強(qiáng)度及工藝簡(jiǎn)單的改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種制備改性超高分子量聚乙烯纖維的方法，其特征在于:首先將遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑添加于溶脹、溶解、凍膠紡絲、溶劑去除、超倍熱拉伸制備超高分子量聚乙烯纖維工藝中的超高分子量聚乙烯溶液、萃取溶劑中；然后將超高分子量聚乙烯溶液經(jīng)凍膠紡絲、溶劑去除、超倍熱拉伸、靜置處理工序制得改性超高分子量聚乙烯纖維。優(yōu)選的，所述遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑的分子式為R1-CnHm-R2，其中η = 12 72，-R1, -R2為羧基、酰胺基、酰囟基、羧酸一價(jià)金屬鹽基、羥基、胺基、異氰酸酯基、囟基、巰基、亞硫酸基、磺酸一價(jià)金屬鹽基、亞磷酸基、磷酸一價(jià)金屬鹽基。優(yōu)選的，所述遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑為分子式R1-CnHm-R2中有機(jī)化合物的一種或多種的混合物。優(yōu)選的，所述遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑分子式R1-CnHm-R2中-CnHm-的結(jié)構(gòu)式為無(wú)環(huán)線形支鏈碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)-CnHN-CH(CxHx)-CH(CyHY)-CmHM-(CnHN、CmHM、CxHx, CyHy 為碳?xì)渚€型結(jié)構(gòu))，單環(huán)線形支鏈碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)-CnHN-(CxHx) CgHe (CyHY)-CmHM-(CnHN、CmHM、CxHx, CyHy 為碳?xì)渚€型結(jié)構(gòu)，CgHe為碳?xì)鋯苇h(huán)結(jié)構(gòu)，CnHN> Cii1Hm> CxHx> CyHy連接于CgHe碳?xì)鋯苇h(huán)結(jié)構(gòu)上)，雙環(huán)線形支鏈碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)-CnHN-(CxHx) CgHe (CyHY)-CmHM-(CnHN、CmHM、CxHx, CyHy 為碳?xì)渚€型結(jié)構(gòu)，CgHe 為碳?xì)潆p環(huán)結(jié)構(gòu)，CnHN、CmHM, CxHx, CyHy連接于CgHe碳?xì)潆p環(huán)結(jié)構(gòu)上)。具體的，所述遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑具體的是不飽和脂肪酸的二聚酸，加氫二聚酸，二聚酸和加氫二聚酸中的羧基-COOH衍生為酰胺基-CONH2、酰因基-CO-因、羧酸一價(jià)金屬鹽基-CO-—價(jià)金 屬、羥基-0H、胺基-NH2、異氰酸酯基-N = C = O、囟基-囟、巰基-SH、亞硫酸基_S03H、磺酸一價(jià)金屬鹽基-SO3- —價(jià)金屬、亞磷酸基-Ρ03Η、磷酸一價(jià)金屬鹽基-PO3- —價(jià)金屬的衍生物，其中的一種或多種的混合物。最優(yōu)選的，所述遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑為無(wú)環(huán)線形支鏈碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)的二聚油酸酰胺 H2N-CO-C34H66-CO-NH2、二聚芥酸酰胺 H2N-CO-C42H82-CO-NH2。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑因小分子含有二個(gè)羧基、酰胺基、酰因基、羧酸一價(jià)金屬鹽基、輕基、胺基、異氛酸酷基、因基、疏基、亞硫酸基、橫酸一價(jià)金屬鹽基、亞憐酸基、憐酸一價(jià)金屬鹽基的極性管能團(tuán)與無(wú)極性碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)的超高分子量聚乙烯相容性差，經(jīng)靜置后遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑小分子遷移至纖維表層，遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑小分子中的二個(gè)極性管能團(tuán)遷移至纖維表面，而二個(gè)極性團(tuán)能管間相連的碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)和碳?xì)渲ф溑c無(wú)極性的超高分子量聚乙烯相容性好停留于纖維表層內(nèi)。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑可極少量的添加，對(duì)保持凍膠紡絲、超倍熱拉伸工藝制備超高分子量聚乙烯纖維的高拉伸強(qiáng)度非常有利；遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑小分子中的二個(gè)極性管能團(tuán)遷移至纖維表面，使超高分子量聚乙烯纖維表面含有大量的具有極性、化學(xué)活性的管能團(tuán)，對(duì)提高超高分子量聚乙烯纖維易復(fù)合性非常有利。超高分子量聚乙烯纖維主要制備工藝是經(jīng)溶脹、溶解、凍膠紡絲、溶劑去除、超倍熱拉伸制得。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑可在溶脹、溶解制備超高分子量聚乙烯溶液工藝段，通過(guò)溶解或乳液的方式添加于超高分子量聚乙烯溶液中。在制備超高分子量聚乙烯纖維溶劑去除工藝段中，根據(jù)制備超高分子量聚乙烯溶液時(shí)所選用紡絲溶劑揮發(fā)性高低，例如采用在室溫下相對(duì)高揮發(fā)性溶劑(例如二乙苯、十氫化萘)制備超高分子量聚乙烯溶液時(shí)，可通過(guò)蒸發(fā)去除；采用在室溫下相對(duì)不揮發(fā)性溶劑(例如白油)制備超高分子量聚乙烯溶液時(shí)，可先通過(guò)更高揮發(fā)性的萃取溶劑(例如二甲苯)、萃取相對(duì)不揮發(fā)性紡絲溶劑，再對(duì)萃取溶劑進(jìn)行蒸發(fā)去除，遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑可在溶劑去除工藝段中萃取環(huán)節(jié)通過(guò)溶解或乳液的方式添加于萃取溶劑中。優(yōu)選的，遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑的添加方式為通過(guò)溶解或乳液的方式添加于超高分子量聚乙烯溶液或萃取溶劑中，或同時(shí)添加于超高分子量聚乙烯溶液和萃取溶劑中。最優(yōu)選的，遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑的添加方式為通過(guò)溶解方式添加于超高分子量聚乙烯溶液或萃取溶劑中，或同時(shí)添加于超高分子量聚乙烯溶液和萃取溶劑中。優(yōu)選的， 遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑在超高分子量聚乙烯溶液、萃取溶劑的含量為 0.005 3%。優(yōu)選的，靜置的靜置低于超高分子量聚乙烯纖維的最高使用溫度，最優(yōu)選的溫度為40 60°C。較高的靜置溫度可提高遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑小分子的遷移速度。優(yōu)選的，改性超高分子量聚乙烯纖維的拉伸強(qiáng)度>25g/D，遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑在改性超高分子量聚乙烯纖維中的含量為的0.01 5%。這是添加劑在成品纖維中的含量。本發(fā)明還提供了一種改性超高分子量聚乙烯纖維的應(yīng)用，其采用上述方法制備出的改性超高分子量聚乙烯纖維經(jīng)復(fù)合制成的UD無(wú)緯布、預(yù)浸帶、防彈衣、紡彈頭盔、防彈板、雷達(dá)罩和復(fù)合結(jié)構(gòu)件。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑小分子中的二個(gè)極性管能團(tuán)的非一至遷移性，二個(gè)極性管能團(tuán)在不同超高分子量聚乙烯分子間遷移至纖維表面。二個(gè)極性管能團(tuán)與膠粘劑中的管能團(tuán)以化學(xué)反應(yīng)、離子鍵、氫鍵的方式相結(jié)合，遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑小分子成為基體樹(shù)酯分子中的組成部份；二個(gè)極性團(tuán)能管間相連的碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)長(zhǎng)鏈從超高分子量聚乙烯分子間穿過(guò)，在超高分子量聚乙烯纖維表層形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合聯(lián)接層，在復(fù)合材料中超高分子量聚乙烯纖維表層形成的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合聯(lián)接層對(duì)提高復(fù)合強(qiáng)度非常有利。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。超高分子量聚乙烯3 35%、防絲溶劑60 97%、助劑經(jīng)溶脹溶解制得超高分子量聚乙烯溶液。經(jīng)溶脹后的超高分子量聚乙烯經(jīng)螺桿擠出機(jī)進(jìn)行溶解或在容器中升溫后溶解，優(yōu)選螺桿擠出機(jī)進(jìn)行溶解。超高分子量聚乙烯溶液中的防絲溶劑是二乙苯、二甲苯、十氫化萘、四氫化萘、甲苯、辛烷、壬烷、癸烷，碳?xì)淙軇?，一氯化苯、蒈烯、芴、莰烯、孟烷、二戊烯、萘、苊烯、甲基環(huán)戊二烯、三環(huán)癸烷、1，2，4，5_四甲基-1，4-環(huán)己二烯、芴酮、聯(lián)萘胺、四甲基-對(duì)-苯并二醌、乙基芴、熒蒽、萘酮、礦物油、汽油、白油和煤油的一種或幾種的混合物。防絲溶劑在實(shí)施方式中優(yōu)選在室溫下相對(duì)不揮發(fā)性的白油，最優(yōu)選在室溫下相對(duì)揮發(fā)性的二乙苯、十氫化萘。
超高分子量聚乙烯溶液中的超高分子量聚乙烯是重均分子量為100 800萬(wàn)，優(yōu)選為重均分子量200 500萬(wàn)。可優(yōu)選低側(cè)鏈含量的重均分子量為100 800萬(wàn)的超高分子量聚乙烯，每1000個(gè)碳原子中可低至只包含0.08個(gè)甲基側(cè)基?？蓛?yōu)選重均分子量和數(shù)均分子量比為0.5 15的重均分子量為100 800萬(wàn)的超高分子量聚乙烯。選擇重均分子量200 500萬(wàn)、較低側(cè)鏈含量、較低重均分子量和數(shù)均分子量比的超高分子量聚乙烯對(duì)提高纖維的拉伸強(qiáng)度是有利的。超高分子量聚乙烯溶液中的助劑包括抗氧化劑、防粘劑、增強(qiáng)劑和著色劑，添加抗氧劑降低超高分子量聚乙烯分子的熱降解率，添加防粘劑提高纖維的表面光滑度，添加改性無(wú)機(jī)納米材料和碳納米管增強(qiáng)纖維的拉伸強(qiáng)度，添加著色劑對(duì)纖維進(jìn)行上色。萃取溶劑是不會(huì)對(duì)超高分子量聚乙烯凍膠纖維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成顯著變化的溶劑，例如為乙醇、醚、丙酮、環(huán)己酮、正己烷、二氯甲烷、三氯三氟乙烷、二乙醚、二氧雜環(huán)己烷、苯、甲苯、二甲苯、汽油、碳?xì)淙軇⒎辑h(huán)醚、戊烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷中的一種或幾種的混合物。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑是分子式R1-CnHm-R2 (CnHffl為無(wú)環(huán)線形支鏈碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)、單環(huán)線形支鏈碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)、雙環(huán)線形支鏈碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)，η = 12 72，-R1, -R2為羧基、酰胺基、酰囟基、羧酸一價(jià)金屬鹽基、羥基、胺基、異氰酸酯基、因基、巰基、亞硫酸基、磺酸一價(jià)金屬鹽基、亞磷酸基、磷酸一價(jià)金屬鹽基)中有機(jī)化合物的一種或多種的混合物。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑具體的是不飽和脂肪酸的二聚酸，加氫二聚酸，二聚酸和加氫二聚酸中的羧基(-C00H)衍生為酰胺基(-CONH2)、酰因基(-CO-因)、羧酸一價(jià)金屬鹽基(-CO- —價(jià)金屬)、羥基(-0Η)、胺基(-NH2)、異氰酸酯基(-N = C = O)、囟基(-囟)、巰基(-SH)、亞硫酸基 (-SO3H)、磺酸一價(jià)金屬鹽基(-SO3- —價(jià)金屬)、亞磷酸基(-PO3H)、磷酸一價(jià)金屬鹽基(-PO3-—價(jià)金屬)的衍生物，其中的一種或多種的混合物。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑相對(duì)于材料可供應(yīng)性、遷移性、極性管能團(tuán)的化學(xué)活性優(yōu)選二聚油酸酰胺(H2N-CO-C34H66-CO-NH2)、二聚芥酸酰胺(H2N-CO-C42H82-CO-NH2)。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑通過(guò)溶解或乳液的方式添加于超高分子量聚乙烯溶液或萃取溶劑中，或同時(shí)添加于超高分子量聚乙烯溶液和萃取溶劑中。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑相對(duì)紡絲溶劑、萃取溶劑易溶的可通過(guò)溶解的方式添加于超高分子量聚乙烯溶液、萃取溶劑中；遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑相對(duì)紡絲溶劑、萃取溶劑溶解性差的可通過(guò)乳液的方式添加于超高分子量聚乙烯溶液、萃取溶劑中。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑經(jīng)溶解或乳液的方式添加于紡絲溶劑中與超高分子量聚乙烯、助劑經(jīng)溶脹溶解制得超高分子量聚乙烯溶液；或遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑經(jīng)溶解或乳液的方式添加于萃取溶劑中；或遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑經(jīng)溶解或乳液的方式同時(shí)添加于超高分子量聚乙烯溶液和萃取溶劑中。優(yōu)選的方式是采用在室溫下相對(duì)不揮發(fā)性溶劑(例如白油)制備超高分子量聚乙烯溶液時(shí)，遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑通過(guò)溶解或乳液的方式添加于萃取溶劑中。最優(yōu)選的方式是采用在室溫下相對(duì)揮發(fā)性溶劑(例如二乙苯、十氫化萘)制備超高分子量聚乙烯溶液時(shí)，遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑通過(guò)溶解或乳液的方式添加于紡絲溶劑中與超高分子量聚乙烯、助劑經(jīng)溶脹溶解制得超高分子量聚乙烯溶液。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑在超高分子量聚乙烯溶液、萃取溶劑中的含量0.005 3%，優(yōu)選 0.03 1%.
制備的超高分子量聚乙烯溶液計(jì)量后經(jīng)凍膠紡絲制得凍膠絲。凍膠紡絲的噴絲速度I 15m/min，噴絲孔拉伸比1:1 20，噴口拉伸比1:1 50，冷卻載體是液體浴或惰性氣流。凍膠絲經(jīng)相分離、預(yù)拉伸(拉伸比1:1 1.5)后進(jìn)行溶劑去除。使用在室溫下相對(duì)揮發(fā)性紡絲溶劑(例如二乙苯、十氫化萘)制備超高分子量聚乙烯溶液時(shí)可以通過(guò)蒸發(fā)的方式；使用在室溫下相對(duì)不揮發(fā)性紡絲溶劑(例如白油)制備超高分子量聚乙烯溶液時(shí)，先通過(guò)較底沸點(diǎn)萃取溶劑經(jīng)多級(jí)超聲波清洗后再對(duì)萃取溶劑進(jìn)行蒸發(fā)去除；使用在室溫下相對(duì)揮發(fā)性紡絲溶劑(例如二乙苯、十氫化萘)制備超高分子量聚乙烯溶液時(shí)，為了進(jìn)一步加快溶劑蒸發(fā)速度也可采用先通過(guò)較底沸點(diǎn)萃取溶劑經(jīng)多級(jí)超聲波清洗后再對(duì)萃取溶劑進(jìn)行蒸發(fā)去除。凍膠絲經(jīng)溶劑去除后制得固體絲。對(duì)于凍膠單絲中去除的溶劑 可以經(jīng)收集、分餾、提純后二次回收利用。制得的固體絲經(jīng)多級(jí)超倍熱拉伸制得超高分子量聚乙烯纖維。拉伸級(jí)數(shù)2 5級(jí)、拉伸溫度80 150°C、總拉伸倍數(shù)10 50倍。超高分子量聚乙烯纖維經(jīng)靜置制得改性超高分子量聚乙烯纖維。靜置溫度低于超高分子量聚乙烯纖維的最高使用溫度(此溫度下不會(huì)對(duì)超高分子量聚乙烯纖維的強(qiáng)度產(chǎn)生影響)，較高的靜置溫度可提高遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑小分子的遷移速度，優(yōu)選為40 60。。。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑因小分子含有二個(gè)羧基、酰胺基、酰因基、羧酸一價(jià)金屬鹽基、輕基、胺基、異氛酸酷基、因基、疏基、亞硫酸基、橫酸一價(jià)金屬鹽基、亞憐酸基、憐酸一價(jià)金屬鹽基的極性管能團(tuán)與無(wú)極性碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)的超高分子量聚乙烯相容性差，經(jīng)靜置后遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑小分子遷移至纖維表層，遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑小分子中的二個(gè)極性管能團(tuán)遷移至纖維表面，而二個(gè)極性團(tuán)能管間相連的碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)和碳?xì)渲ф溑c無(wú)極性的超高分子量聚乙烯相容性好停留于纖維表層內(nèi)。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑可極少量的添加，對(duì)保持凍膠紡絲、超倍熱拉伸工藝制備超高分子量聚乙烯纖維的高拉伸強(qiáng)度非常有利；遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑小分子中的二個(gè)極性管能團(tuán)遷移至纖維表面，使超高分子量聚乙烯纖維表面含有大量的具有極性、化學(xué)活性的管能團(tuán)，對(duì)提高超高分子量聚乙烯纖維易復(fù)合性非常有利。改性超高分子量聚乙烯纖維經(jīng)過(guò)膠或澆注與膠粘劑制得UD無(wú)緯布、預(yù)浸帶、防彈衣、紡彈頭盔、防彈板、雷達(dá)罩和復(fù)合結(jié)構(gòu)件。遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑小分子中的二個(gè)極性管能團(tuán)的非一至遷移性，二個(gè)極性管能團(tuán)在不同超高分子量聚乙烯分子間遷移至纖維表面。二個(gè)極性管能團(tuán)與膠粘劑中的管能團(tuán)以化學(xué)反應(yīng)、離子鍵、氫鍵的方式相結(jié)合，遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑小分子成為基體樹(shù)酯分子中的組成部份；二個(gè)極性團(tuán)能管間相連的碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)長(zhǎng)鏈從超高分子量聚乙烯分子間穿過(guò)，在超高分子量聚乙烯纖維表層形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合聯(lián)接層，在復(fù)合材料中超高分子量聚乙烯纖維表層形成的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合聯(lián)接層對(duì)提高復(fù)合強(qiáng)度非常有利。膠粘劑可選用反應(yīng)型環(huán)氧樹(shù)酯膠粘劑、反應(yīng)型聚氨酯膠粘劑、反應(yīng)型聚酰胺膠粘劑、反應(yīng)型聚酯膠粘劑、反應(yīng)型丙烯酸膠粘劑等。采用如下方式測(cè)式改性超高分子量聚乙烯纖維與基體樹(shù)酯間的剪切強(qiáng)度(粘接強(qiáng)度)，將環(huán)氧樹(shù)酯E51、稀釋劑711、縮胺固化劑105按照重量比例2: 2: I充分?jǐn)嚢杈鶆蚧旌希瑢⒗w維從高5mm小圓盤中心小孔垂直穿過(guò),把混合均勻的環(huán)氧樹(shù)酯注入小圓盤,樹(shù)酯高度控制在I 3_，并室溫固化3d后進(jìn)行纖維從樹(shù)酯中的拉出測(cè)試，用千分尺測(cè)量樹(shù)脂塊的厚度，采用電子織物強(qiáng)力試驗(yàn)儀測(cè)試?yán)w維從樹(shù)脂中拔出最大拉力，纖維拔出速率0.5mm/min，每個(gè)纖維試樣重復(fù)15次取平均值。按照式T = F/(JiNDL)方法計(jì)算纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度，式中T為拔出強(qiáng)度，單位Mpa ;F為拔出拉力，單位牛；N為纖維根數(shù)山為纖維直徑，單位米；L為樹(shù)酯厚度，單位米。實(shí)施例1重均分子量為300萬(wàn)的超高分子量聚乙烯9 %、白油90 %、助劑經(jīng)溶脹溶解制備成超高分子量聚乙烯溶液，遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑二聚油酸酰胺0.3%、二甲苯制備成萃取溶劑，制備的超高分子量聚乙烯溶液計(jì)量后經(jīng)凍膠紡絲、萃取、蒸發(fā)、超倍熱拉伸、靜置制得拉伸強(qiáng)度35g/d的改性超高分子量聚乙烯纖維。

實(shí)施例2重均分子量為300萬(wàn)的超高分子量聚乙烯15%、十氫化萘84%、二聚油酸酰胺
0.2%、助劑經(jīng)溶脹溶解制備成超高分子量聚乙烯溶液，制備的超高分子量聚乙烯溶液計(jì)量后經(jīng)凍膠紡絲、蒸發(fā)、超倍熱拉伸、靜置制得拉伸強(qiáng)度37g/d的改性超高分子量聚乙烯纖維。實(shí)施例3重均分子量為300萬(wàn)的超高分子量聚乙烯13%、二乙苯86%、二聚油酸0.3%、助劑經(jīng)溶脹溶解制備成超高分子量聚乙烯溶液，制備的超高分子量聚乙烯溶液計(jì)量后經(jīng)凍膠紡絲、蒸發(fā)、超倍熱拉伸、靜置制得拉伸強(qiáng)度42g/d的改性超高分子量聚乙烯纖維。實(shí)施例4重均分子量為300萬(wàn)的超高分子量聚乙烯14%、二乙苯85%、遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑二聚油酸衍生物(H2N-C36H70-NH2)0.2%、助劑經(jīng)溶脹溶解制備成超高分子量聚乙烯溶液，制備的超高分子量聚乙烯溶液計(jì)量后經(jīng)凍膠紡絲、蒸發(fā)、超倍熱拉伸、靜置制得拉伸強(qiáng)度38g/d的改性超高分子量聚乙烯纖維。實(shí)施例5重均分子量為300萬(wàn)的超高分子量聚乙烯15%、十氫化萘84%、遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑二聚油酸衍生物(HS-C36H7tl-SH)0.2%、助劑經(jīng)溶脹溶解制備成超高分子量聚乙烯溶液，制備的超高分子量聚乙烯溶液計(jì)量后經(jīng)凍膠紡絲、蒸發(fā)、超倍熱拉伸、靜置制得拉伸強(qiáng)度38g/d的改性超高分子量聚乙烯纖維。
權(quán)利要求
1.一種制備改性超高分子量聚乙烯纖維的方法，其特征在于:首先將遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑添加于溶脹、溶解、凍膠紡絲、溶劑去除、超倍熱拉伸制備超高分子量聚乙烯纖維工藝中的超高分子量聚乙烯溶液、萃取溶劑中；然后將超高分子量聚乙烯溶液經(jīng)凍膠紡絲、溶劑去除、超倍熱拉伸、靜置處理工序制得改性超高分子量聚乙烯纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備改性超高分子量聚乙烯纖維的方法，其特征在于:所述遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑的分子式為R1-CnHm-R2，其中η = 12 72,-1^- 為羧基、酰胺基、酰因基、羧酸一價(jià)金屬鹽基、輕基、胺基、異氰酸酯基、因基、巰基、亞硫酸基、磺酸一價(jià)金屬鹽基、亞磷酸基、磷酸一價(jià)金屬鹽基。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備改性超高分子量聚乙烯纖維的方法，其特征在于:所述遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑為分子式R1-CnHm-R2中有機(jī)化合物的一種或多種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的 制備改性超高分子量聚乙烯纖維的方法，其特征在于:所述遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑分子式R1-CnHm-R2中-CnHm-的結(jié)構(gòu)式為無(wú)環(huán)線形支鏈碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)-CnHN-CH(CxHx)-CH(CyHY)-CmHM-，其中 CnHN、CmHM、CxHx, CyHy 為碳?xì)渚€型結(jié)構(gòu)；單環(huán)線形支鏈碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)-CnHN-(CxHx) CgHe(CyHY)-CmHM-，其中 CnHN、CmHM、CxHx, CyHy 為碳?xì)渚€型結(jié)構(gòu)，CgHc為碳?xì)鋯苇h(huán)結(jié)構(gòu)，CnHN、CmHM、CxHx, CyHY連接于CgHe碳?xì)鋯苇h(huán)結(jié)構(gòu)上；雙環(huán)線形支鏈碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)-CnHN- (CxHx) CgHe (CyHy) -CmHM-，其中 CnHN、CmHM、CxHx, CyHy 為碳?xì)渚€型結(jié)構(gòu)，CgHe 為碳?xì)潆p環(huán)結(jié)構(gòu)，CnHN、CmHM, CxHx, CyHy連接于CgHe碳?xì)潆p環(huán)結(jié)構(gòu)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備改性超高分子量聚乙烯纖維的方法，其特征在于:遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑的添加方式為通過(guò)溶解或乳液的方式添加于超高分子量聚乙烯溶液或萃取溶劑中，或同時(shí)添加于超高分子量聚乙烯溶液和萃取溶劑中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備改性超高分子量聚乙烯纖維的方法，其特征在于:遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑在超高分子量聚乙烯溶液、萃取溶劑的含量為0.005 3%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備改性超高分子量聚乙烯纖維的方法，其特征在于:靜置的靜置溫度低于超高分子量聚乙烯纖維的最高使用溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備改性超高分子量聚乙烯纖維的方法，其特征在于:改性超高分子量聚乙烯纖維的拉伸強(qiáng)度> 25g/D，遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑在超高分子量聚乙烯纖維中的含量為的0.01 5%。
9.一種改性超高分子量聚乙烯纖維的應(yīng)用，其特征在于:采用權(quán)利要求1的方法制備出的改性超高分子量聚乙烯纖維經(jīng)復(fù)合制成的UD無(wú)緯布、預(yù)浸帶、防彈衣、紡彈頭盔、防彈板、雷達(dá)罩和復(fù)合結(jié)構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有易復(fù)合、高復(fù)合強(qiáng)度、高拉伸強(qiáng)度及工藝簡(jiǎn)單的改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法。首先將遷移性雙極性管能團(tuán)添加劑添加于溶脹、溶解、凍膠紡絲、溶劑去除、超倍熱拉伸制備超高分子量聚乙烯纖維工藝中的超高分子量聚乙烯溶液、萃取溶劑中；經(jīng)制備的超高分子量聚乙烯溶液經(jīng)凍膠紡絲、溶劑去除、超倍熱拉伸、靜置處理工序制得改性超高分子量聚乙烯纖維。本發(fā)明方法還涉及由上述方法制備的改性超高分子量聚乙烯纖維在各種鄰域中的應(yīng)用，具體涉及所述改性超高分子量聚乙烯纖維經(jīng)復(fù)合制成的UD無(wú)緯布、預(yù)浸帶、防彈衣、紡彈頭盔、防彈板、雷達(dá)罩和復(fù)合結(jié)構(gòu)件。
文檔編號(hào)D01F6/46GK103215682SQ20131013031
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者金云良 申請(qǐng)人:金云良