一种超高分子量聚乙烯纤维扁丝制造技术

本实用新型专利技术属于材料成型技术领域，公开了一种超高分子量聚乙烯纤维扁丝。所述超高分子量聚乙烯纤维扁丝的截面为矩形或近矩形，宽度为20～2000um，厚度为1um～1000um；纤维扁丝表面带有凹坑结构，凹坑结构单面赋形或双面赋形，双面赋形时两面凹坑结构分别对应相同或不同；所述凹坑结构为圆形或非圆形，凹坑结构为整齐整排排列或相对无规排列。本实用新型专利技术通过在超高分子量聚乙烯纤维扁丝表面设置凹坑结构，提高了超高分子量聚乙烯纤维表面的粘结性能，可更好地与其它材料进行复合。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于材料成型
，具体涉及一种超高分子量聚乙烯纤维扁丝。
技术介绍
超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE纤维)是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的一种高性能纤维，是20世纪70年代末研制成功并于80年代初进入产业化的一种高性能纤维。它是以超高分子量聚乙烯通过凝胶纺丝-热拉伸法等工艺制备的一种具有高强度、高模量的高性能纤维。UHMWPE纤维的很多应用是其与环氧树脂(EPR)、酚醛树脂(PFR)、聚氨酯(PU)、丁腈橡胶(NBR)、乙烯基树脂(VER)等一种或者多种基体复合材料的应用。对于UHMWPE纤维增强复合材料，复合材料的机械性能很大程度上是由纤维与树脂之间的界面粘结强度决定的。而UHMWPE纤维由简单的亚甲基组成，使得纤维表面不仅没有任何反应活性点，难以与树脂形成化学键结合，而且亚甲基的非极性，加上高倍拉伸成形的高度结晶、高度取向的光滑表面，使其表面能极低，不易被树脂浸润，又无粗糙的表面以供形成机械啮合点，纤维分子与树脂分子间不易产生较强的相互作用力，导致纤维与树脂基体的粘接性较差，从而使纤维增强复合材料在使用过程中易发生脱胶、树脂基体开裂等现象，很大程度上限制了超高分子量聚乙烯纤维在复合材料特别是轻质结构材料领域的应用，因此对超高分子量聚乙烯纤维进行表面改性处理，提高其与树脂基体的界面粘接强度，就显得十分必要。目前，提高纤维与树脂基体间的界面粘接强度的方法，可以通过化学试剂氧化刻蚀、等离子体处理、电晕放电处理、光氧化表面改性处理或辐射接枝处理等方法进行表面改性，使UHMWPE纤维惰性表面层活化，在非极性的纤维表面引入羧基、羰基或羟基等极性基团来实现；然而如何高效迅速、低成本的处理UHMWPE纤维，并实现环境友好，是复合材料科学一直关注的焦点。
技术实现思路
为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本技术的目的在于提供一种超高分子量聚乙烯纤维扁丝。本技术所述超高分子量聚乙烯纤维扁丝通过压制成表面带有凹坑结构的带状丝，在表面形成一定的粗糙度，可显著提高其在复合材料中的粘接性。本技术目的通过以下技术方案实现：一种超高分子量聚乙烯纤维扁丝，所述超高分子量聚乙烯纤维扁丝的截面为矩形或近矩形，宽度为20～2000um，厚度为1um～1000um；纤维扁丝表面带有凹坑结构，凹坑结构可单面赋形或双面赋形，双面赋形时两面凹坑结构可以分别对应相同或不同；所述凹坑结构为圆形或非圆形(任意形状)，凹坑结构为整齐整排排列或相对无规排列。所述超高分子量聚乙烯纤维扁丝的两侧设有突出结构，突出结构为任意形状，突出结构的伸出长度为1um～100um，突出结构设置间距为1um～1000um。所述突出结构的结构示意图如图1所示。所述凹坑结构的大小为：单个凹坑结构外边缘任意两点的最大距离为0.1um～500um；相邻凹坑结构的间距为0.1um～1000um。本技术的超高分子量聚乙烯纤维扁丝具有如下优点及有益效果：本技术的超高分子量聚乙烯纤维扁丝通过在纤维扁丝表面设置凹坑结构，提高了超高分子量聚乙烯纤维表面的粘结性能，可更好地与其它材料进行复合。附图说明图1为本技术所述突出结构的结构示意图(a，突出结构；h，突出结构伸出长度；d，超高分子量聚乙烯纤维扁丝宽度；L，突出结构设置间距)；图2为实施例1所得超高分子量聚乙烯纤维扁丝的结构示意图；图3为实施例2所得超高分子量聚乙烯纤维扁丝的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例的一种超高分子量聚乙烯纤维扁丝的结构示意图如图2所示，所述超高分子量聚乙烯纤维扁丝的截面为矩形，宽度为500um，厚度为100um；纤维扁丝表面单面带有凹坑结构；所述凹坑结构为排列整齐的圆形，凹坑结构直径为500um，纵向相邻凹坑结构间距为1000um，其通过如下方法制备得到：(1)将分子量为1.5×107g/mol的超高分子量聚乙烯粉料与一定量十氢萘配制成超高分子量聚乙烯质量浓度为10％的混合液，并添加受阻酚类抗氧剂1010和有机类水溶性润滑剂2-甲基十二酸，含量分别为超高分子量聚乙烯质量的5％和10％，得到悬浮混合液；(2)将步骤(1)所得悬浮混合液在130℃加热溶胀10min，将溶胀后分散均匀的悬浮混合液注入双螺杆挤出机中挤出，挤出口模处冻胶状丝条经空气及水浴两段冷却后形成初生冻胶纤维；(3)采用耐腐蚀金属基材特制压辊的双辊一级压制，辊位于水浴冷却后的空气中，辊直径为10cm，辊温为0℃，辊压力为10MPa，辊转速为5m/min，将初生冻胶纤维压制成等宽度，截面为矩形的扁平丝带，扁平丝带宽度为500um，厚度为100um，并在丝带一面压制出排列整齐的圆形凹坑，凹坑直径为500um，扁平丝带纵向相邻凹坑间距为1000um，得到所述超高分子量聚乙烯纤维扁丝。实施例2本实施例的一种超高分子量聚乙烯纤维扁丝的结构示意图如图3所示，所述超高分子量聚乙烯纤维扁丝的截面为近矩形，宽度为20um，厚度为1um；纤维扁丝表面双面带有凹坑结构；所述凹坑结构为排列相对任意(在纵向上呈一定周期)的任意形状，单个凹坑任意两点间的最大距离为20um，所述纤维扁丝两侧设有突出结构，突出结构的伸出长度为1um，突出结构设置间距为1um，其通过如下方法制备得到：(1)将分子量为4.0×107g/mol的超高分子量聚乙烯粉料与一定量石蜡油配制成超高分子量聚乙烯质量浓度为20％的混合液，并添加受阻酚类抗氧剂1076和1-丁基-3-甲基咪唑四氢硼酸离子液体，含量分别为超高分子量聚乙烯质量的10％和10％，得到悬浮混合液；(2)将步骤(1)所得悬浮混合液在100℃加热溶胀10min，将溶胀后分散均匀的悬浮混合液注入双螺杆挤出机中挤出，挤出口模处冻胶状丝条经空气及水浴两段冷却后形成初生冻胶纤维；(3)采用工程塑料(如PC)基材特制压辊的双辊3级压制，辊位于水浴冷却后的空气中，辊直径为1cm，辊温为-15℃，辊压力为1000MPa，辊转速为100m/min，将初生冻胶纤维压制成截面为近矩形，两侧设有突出结构的扁平丝带，扁平丝带宽度为20um，厚度为1um，突出结构的伸出长度为1um，突出结构的设置间距为1um，并在丝带双面压制出排列相对任意(在纵向上呈一定周期)的任意形状凹坑，单个凹坑任意两点间的最大距离为20um，得到所述超高分子量聚乙烯纤维扁丝。上述实施例为本技术较佳的实施方式，但本技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高分子量聚乙烯纤维扁丝，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯纤维扁丝的截面为矩形或近矩形，宽度为20～2000um，厚度为1um～1000um；纤维扁丝表面带有凹坑结构，凹坑结构单面赋形或双面赋形，双面赋形时两面凹坑结构分别对应相同或不同；所述凹坑结构为圆形或非圆形，凹坑结构为整齐整排排列或相对无规排列。

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量聚乙烯纤维扁丝，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯纤维扁丝的截面为矩形或近矩形，宽度为20～2000um，厚度为1um～1000um；纤维扁丝表面带有凹坑结构，凹坑结构单面赋形或双面赋形，双面赋形时两面凹坑结构分别对应相同或不同；所述凹坑结构为圆形或非圆形，凹坑结构为整齐整排排列或相对无规排列。2.根据权利要求1所述的一种超高分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：严玉蓉，杨苏邯，江的渊，邱志明，陆信航，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44