极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法技术

本发明专利技术属于聚合物材料技术领域。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。本发明专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，采用凝胶纺丝法制备，采用极性萃取体系；纺丝液的物料质量组成至少包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物5～25份和有机溶剂。该改性超高分子量聚乙烯纤维，极性聚合物在纤维表面富集，有效解决纤维与基体树脂相容性差的问题，显著提高纤维与树脂基体的界面粘结性能；可在低于纤维自身熔点下自热压成型，所得复合材料具有层间粘结性好、剥离强度高的特点，适用于抗冲击防弹、防刺等防护产品的制备。

【技术实现步骤摘要】
极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法
本专利技术属于聚合物材料
，涉及有机纤维加工技术，特别涉及改性超高分子量聚乙烯纤维加工技术。
技术介绍
以提高超高分子量聚乙烯纤维和基体的粘结性能、扩大其在复合材料中的应用为目的，对纤维的表面进行改性处理，一直是超高分子量聚乙烯纤维研究的重点。常见的纤维表面处理方法有：等离子体法、化学试剂法、辐射引发表面接枝法、电晕处理法、表面改性剂法等，但上述方法易使纤维表面受到损伤，使其抗冲击性能和力学强度下降，复合材料的整体力学性能不甚理想。从纤维制备、取向过程中对其进行改性未见文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决超高分子量聚乙烯纤维与基体树脂相容性差的问题，提出的一种新型超高分子量聚乙烯纤维的配方及其制备方法。本专利技术的目的是这样实现的：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，利用热致相分离原理使极性聚合物迁移到超高分子量聚乙烯纤维表面，纤维的微观结构如附图1所示，实现提高聚乙烯纤维与树脂基体的界面结合能力。本专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，采用凝胶纺丝法制备，其特征在于：采用极性萃取体系；纺丝液的物料质量组成至少包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物5～25份和有机溶剂；所述极性聚合物为乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)中的一种及其组合。本专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，采用凝胶纺丝法制备，其特征在于：纺丝液的物料质量份数组成包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物5～25份，抗氧剂0.2～2份。本专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，采用凝胶纺丝法制备，其特征在于：采用极性萃取体系；纺丝液的物料质量组成至少包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物18～25份。本专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，所述极性聚合物的熔点介于91～122℃之间。本专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，所述有机溶剂选自十氢化萘、石蜡油或白油中的一种。本专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括纺丝液制备、冻胶原丝制备、萃取、干燥和超倍拉伸过程，其特征在于：纺丝液制备：将超高分子量聚乙烯、极性聚合物、抗氧剂在超高分子量聚乙烯9～20倍的有机溶剂中混合溶胀，得到悬浮液；萃取：冻胶原丝在极性萃取体系中常温静置萃取12～24小时；所述极性萃取体系为非极性溶剂与极性溶剂的混合溶剂，质量比介于50:50～90:10之间；所述非极性溶剂为己烷或溶剂汽油；极性溶剂为乙醇、乙二醇、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮中的一种或其中几种的混合体系。本专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括纺丝液制备、冻胶原丝制备、萃取、干燥和超倍拉伸过程，其特征在于：所述极性复合萃取剂中的非极性溶剂为溶剂汽油。本专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括纺丝液制备、冻胶原丝制备、萃取、干燥和超倍拉伸过程，其特征在于：所述的极性萃取体系，非极性溶剂和极性溶剂的质量比为60:40～80:20。本专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括纺丝液制备、冻胶原丝制备、萃取、干燥和超倍拉伸过程，其特征在于：所述的极性萃取体系，极性溶剂为乙醇。本专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，极性聚合物在纤维表面富集，有效解决纤维与基体树脂相容性差的问题，显著提高纤维与树脂基体的界面粘结性能；可在低于纤维自身熔点下自热压成型，所得复合材料具有层间粘结性好、剥离强度高的特点，适用于抗冲击防弹、防刺等防护产品的制备。本专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，工艺简单，易于控制，生产效率高，适用于批量制备极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，可直接适用于超高分子量聚乙烯纤维生产线。附图说明图1本专利技术涉及极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维微观结构示意图其中：1-聚乙烯纤维本体，2-极性聚合物图2三种不同超高分子量聚乙烯纤维红外吸收曲线：(a)为未改性超高分子量聚乙烯纤维红外吸收曲线，(b)为极性聚合物改性、非极性萃取的超高分子量聚乙烯纤维红外吸收曲线，(c)为本案涉及的改性超高分子量聚乙烯纤维红外吸收曲线。具体实施方式下面结合实施例对专利技术涉及的技术方案进行进一步说明，但不作为专利技术涉及技术方案的限制。没有特别说明的均以质量份计。实施例一将10kg北京助剂二厂生产的Ⅱ型超高分子量聚乙烯树脂(分子量为300万)、2.0kg北京有机公司生产的牌号为5-2的EVA(熔点为104℃)、0.02kg抗氧剂1010、90kg十氢化萘加入溶胀釜，以1.5℃/min的速率升温至120℃，恒温30min，得到悬浮液，悬浮液再经双螺杆挤压溶解得到纺丝液，纺丝液经过计量泵和喷丝板纺丝，在水浴中冷却定型得到冻胶原丝。以80:20的正己烷和乙醇为复合萃取剂，将冻胶原丝在复合萃取剂中常温静置萃取14小时，50℃干燥，80℃～130℃温度范围内热牵伸50倍，得到本专利技术涉及的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维。纤维的红外吸收谱图如图2(c)所示，1240cm-1(EVA酯基的醚键不对称伸缩振动特征吸收峰)最强。该纤维经编织成布，在18MPa、120℃、40min条件下热压成型，层间180°剥离强度3.02kN/m。对比例一不添加极性聚合物EVA，用正己烷做为萃取剂，其他物料组成、制备和加工工艺条件同实施例一，得到的超高分子量聚乙烯纤维红外吸收谱图如图2(a)所示，1240cm-1没有明显吸收；层压材料的层间180°剥离强度为0.12kN/m。对比例二纺丝液物料组成同实施例一，以正己烷为萃取剂，制备和加工工艺条件同实施例一，得到的改性超高分子量聚乙烯纤维红外吸收谱图如图2(b)所示，1240cm-1有吸收，层压材料的层间180°剥离强度为0.91kN/m。比较实施例一和两个对比例可见，本案极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，在1240cm-1(EVA酯基的醚键不对称伸缩振动特征吸收峰)有强吸收，层间玻璃强度分别从0.91kN/m、0.12kN/m提高到3.02kN/m。实施例二将10kg大韩油化生产的牌号为U050F的超高分子量聚乙烯树脂(分子量为600万)、1kg牌号为3217的EBA(熔点为96℃)、0.15kg抗氧剂1010、120kg石蜡油加入溶胀釜中，以1.4℃/min的速率升温至120℃，恒温40min，得到悬浮液，悬浮液再经双螺杆挤压溶解得到纺丝液，超高分子量聚乙烯均匀溶解液再经过计量泵和喷丝板纺丝，在水浴中定型得到冻胶原丝。以70:30的环己烷和异丙醇为复合萃取剂，将冻胶原丝在复合萃取剂中常温静置萃取20小时，50℃干燥，80℃～130℃温度范围内热牵伸53倍，得到极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维。按实施例一的方法制备层压复合材料样品，层间180°剥离强度为2.23kN/m。实施例三将10kg大韩油化生产的牌号为U090L的超高分子量聚乙烯树脂(分子量为900万)、0.6kg牌号为2715的EEA(熔点为97℃)、0.2kg抗氧剂101本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，采用凝胶纺丝法制备，其特征在于：采用极性萃取体系；纺丝液的物料质量组成至少包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物5～25份和有机溶剂；所述极性聚合物为乙烯‑醋酸乙烯酯(EVA)、乙烯‑丙烯酸丁酯(EBA)、乙烯‑丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯‑丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯‑丙烯酸甲酯(EMA)中的一种及其组合。

【技术特征摘要】
1.一种极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，采用凝胶纺丝法制备，其特征在于：采用极性萃取体系；纺丝液的物料质量组成至少包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物5～25份和有机溶剂；所述极性聚合物为乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)中的一种及其组合。2.根据权利要求1所述的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：纺丝液的物料质量份数组成包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物5～25份，抗氧剂0.2～2份。3.根据权利要求1所述的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：纺丝液的物料质量组成至少包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物18～25份。4.根据权利要求2所述的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：纺丝液的物料质量组成至少包括：超高分子量聚乙烯100份、极性聚合物18～25份。5.根据权利要求1～4任意一项所述的极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：极性聚合物的熔点介于91～122℃之间。6.根据权利要求1～4任意一项所述的极性聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王吉辉，郑威，辛培训，汪得功，郭雁，黄玉松，王玲，李宁，
申请(专利权)人：山东非金属材料研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37