一種超高分子量聚乙烯纖維複合表面改性方法

2023-05-24 17:56:16 1

一種超高分子量聚乙烯纖維複合表面改性方法
【專利摘要】一種超高分子量聚乙烯纖維複合表面改性方法，將重絡酸鉀、水及濃硫酸按重量比為7∶10∶100～7∶15∶200混合均勻，配置成改性劑，將超高分子量聚乙烯纖維浸入所述改性劑中，並超聲處理3～10min，超聲溫度為35～45℃，清洗並乾燥處理後的超高分子量聚乙烯纖維，所述超高分子量聚乙烯纖維與改性劑的比例為0.3～0.5g∶100ml。本方法結合超聲波及鉻酸溶液氧化技術對超高分子量聚乙烯纖維進行複合表面改性，可極大地降低單一的液相氧化處理溫度，減少纖維的力學損耗；可有效增加纖維表面粗糙度及表面極性官能團的含量，從而提高其聚合物基複合材料的界面粘結強度，具有重要的實際應用價值。
【專利說明】一種超高分子量聚乙烯纖維複合表面改性方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種纖維複合表面改性方法，尤其涉及一種超高分子量聚乙烯纖維復 合表面改性方法。

【背景技術】
[0002] 超高分子量聚乙烯纖維是繼碳纖維、芳綸纖維之後出現的一種高性能纖維。它是 以超高分子量聚乙烯為原料，通過高壓固態擠壓法、增塑熔融紡絲法、表面結晶生長法、超 拉伸或局部超拉伸法、凝膠紡絲-熱拉伸法等工藝製備的一種具有高強度、高模量的高性 能纖維。超高分子量聚乙烯（UHMWPE)纖維複合材料由於輕質、高強、耐腐蝕等優良的性能 而被廣泛應用於軍事、汽車製造、船舶製造、醫療器械、體育運動器材等領域。UHMWPE纖維密 度小，表面呈非極性，潤溼性差，高度對稱的亞甲基結構使得纖維具有很高的結晶度和取向 度。這一方面保證了纖維具有較高的力學強度以及輕量化，但另一方面也使得其表面的化 學惰性特別突出，集中表現為纖維與基體之間的界面結合強度低，影響了 UHMWPE纖維複合 材料的力學性能，限制了它作為結構材料的應用。因此，如何有效提高UHMWPE纖維與基體 界面之間的結合強度，充分發揮UHMWPE纖維作為複合材料增強體的獨特優勢，製備高性能 的UHMWPE纖維複合材料，在複合材料應用方面有著重要意義。
[0003] 為了增強纖維增強體與基體之間粘結強度，需要對纖維進行表面改性處理。目前， 提高UHMWPE纖維與基體界面之間結合強度的方法，可以通過化學試劑氧化、等離子體處 理、電暈放電處理、光氧化表面改性處理或輻射接枝處理等方法進行表面改性。經以上處理 後的UHMWPE纖維其表面粗糙度增加，並在超高分子量聚乙烯纖維表面引入羧基、羰基或者 羥基等極性官能團，從而增強纖維與聚合物基體材料的機械嚙合及化學結合。但以上各種 方法均存在著一定的缺陷，如經等離子體處理後的UHMWPE纖維的活性基團的衰減率比較 大，並且該處理方法需要較高真空，要求氣壓小於40Pa，因此難以實現連續化工業生產；電 暈放電處理UHMWPE纖維效果不是很明顯，並且在很大程度上受到了作業間歇性的限制，因 此實現工業化、連續化還存在很大的難度；輻射接枝處理UHMWPE纖維，由於纖維需要經過 一定時間的輻照，所以間歇作業在很大程度上限制了它的應用；化學試劑氧化UHMWPE纖維 比較溫和，易於控制，易於連續化生產，但是氧化程度難以控制，有可能會由於氧化程度過 深而造成纖維強度下降的現象。


【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是針對技術現狀另外提供一種超高分子量聚乙烯纖 維複合表面改性方法。
[0005] 本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為：一種超高分子量聚乙烯纖維複合 表面改性方法，其特徵在於包括如下步驟：
[0006] 將重絡酸鉀、水及濃硫酸按重量比為7:10:100?7:15:200混合均勻，配置成改性 齊U，將超高分子量聚乙烯纖維浸入所述改性劑中，並超聲處理3?lOmin，超聲溫度為35? 45°C，清洗並乾燥經處理後的超高分子量聚乙烯纖維，所述超高分子量聚乙烯纖維與改性 劑的比例為0. 3?0. 5g: 100ml。
[0007] 所述超聲處理為將浸有超高分子量聚乙烯纖維的改性劑置於超聲波清洗儀中，設 置超聲波頻率為40?IOOKHz。
[0008] 所述超1?分子量聚乙烯纖維的粘均分子量為150?500萬。
[0009] 與現有技術相比，本發明的優點在於：結合超聲波及鉻酸溶液氧化技術對超高分 子量聚乙烯纖維進行複合表面改性，可極大地降低單一的液相氧化處理溫度，減少纖維的 力學損耗；可有效增加纖維表面粗糙度及表面極性官能團的含量，從而提高其聚合物基復 合材料的界面粘結強度，具有重要的實際應用價值，同時降低了對工業條件的要求，工藝簡 單、易於控制，高效便捷，可實現連續化生產。

【具體實施方式】
[0010] 以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0011] 實施例1
[0012] 按照重量比為重鉻酸鉀：水：濃硫酸=7:10:100的比例混合均勻，配置成改性劑， 打開超聲波清洗儀，設定加熱溫度為35°C，超聲波頻率為40KHz，待超聲波清洗儀達到設定 的溫度和頻率後，將浸有超高分子量聚乙烯纖維的改性劑放到超聲波清洗儀中氧化處理 3min，即可製得表面粘接性能提高的超高分子量聚乙烯纖維。
[0013] 本實施例對超高分子量聚乙烯纖維的改性方法，具體結合超聲波及鉻酸溶液氧化 技術對超高分子量聚乙烯纖維進行複合表面改性，可極大地降低單一的液相氧化處理溫 度，減少纖維的力學損耗；可有效增加纖維表面粗糙度及表面極性官能團的含量，從而提高 其聚合物基複合材料的界面粘結強度，具有重要的實際應用價值，同時降低了對工業條件 的要求，工藝簡單、易於控制，高效便捷，可實現連續化生產。
[0014] 實施例2
[0015] 按照重量比為重鉻酸鉀：水：濃硫酸=7:12:150的比例混合均勻，配置成改性劑， 打開超聲波清洗儀，設定加熱溫度為35°C，超聲波頻率為lOOKHz，待超聲波清洗儀達到設 定的溫度和頻率後，將浸有超高分子量聚乙烯纖維的改性劑放到超聲波清洗儀中氧化處理 5min，即可製得表面粘接性能提高的超高分子量聚乙烯纖維。
[0016] 實施例3
[0017] 按照重量比為重鉻酸鉀：水：濃硫酸=7:15:200的比例混合均勻，配置成改性劑， 打開超聲波清洗儀，設定加熱溫度為35°C，超聲波頻率為60KHz，待超聲波清洗儀達到設定 的溫度和頻率後，將浸有超高分子量聚乙烯纖維的改性劑放到超聲波清洗儀中氧化處理 lOmin，即可製得表面粘接性能提高的超高分子量聚乙烯纖維。
[0018] 實施例4
[0019] 按照重量比為重鉻酸鉀：水：濃硫酸=7:10:100的比例混合均勻，配置成改性劑， 打開超聲波清洗儀，設定加熱溫度為40°C，超聲波頻率為40KHz，待超聲波清洗儀達到設定 的溫度和頻率後，將浸有超高分子量聚乙烯纖維的改性劑放到超聲波清洗儀中氧化處理 3min，即可製得表面粘接性能提高的超高分子量聚乙烯纖維。
[0020] 實施例5
[0021] 按照重量比為重鉻酸鉀：水：濃硫酸=7:12:150的比例混合均勻，配置成改性劑， 打開超聲波清洗儀，設定加熱溫度為40°C，超聲波頻率為lOOKHz，待超聲波清洗儀達到設 定的溫度和頻率後，將浸有超高分子量聚乙烯纖維的改性劑放到超聲波清洗儀中氧化處理 5min，即可製得表面粘接性能提高的超高分子量聚乙烯纖維。
[0022] 實施例6
[0023] 按照重量比為重鉻酸鉀：水：濃硫酸=7:15:200的比例混合均勻，配置成改性劑， 打開超聲波清洗儀，設定加熱溫度為40°C，超聲波頻率為80KHz，待超聲波清洗儀達到設定 的溫度和頻率後，將浸有超高分子量聚乙烯纖維的改性劑放到超聲波清洗儀中氧化處理 7min，即可製得表面粘接性能提高的超高分子量聚乙烯纖維。
[0024] 實施例7
[0025] 按照重量比為重鉻酸鉀：水：濃硫酸=7:10:100的比例混合均勻，配置成改性劑， 打開超聲波清洗儀，設定加熱溫度為45°C，超聲波頻率為40KHz，待超聲波清洗儀達到設定 的溫度和頻率後，將浸有超高分子量聚乙烯纖維的改性劑放到超聲波清洗儀中氧化處理 lOmin，即可製得表面粘接性能提高的超高分子量聚乙烯纖維。
[0026] 實施例8
[0027] 按照重量比為重鉻酸鉀：水：濃硫酸=7:12:150的比例混合均勻，配置成改性劑， 打開超聲波清洗儀，設定加熱溫度為45°C，超聲波頻率為lOOKHz，待超聲波清洗儀達到設 定的溫度和頻率後，將浸有超高分子量聚乙烯纖維的改性劑放到超聲波清洗儀中氧化處理 5min，即可製得表面粘接性能提高的超高分子量聚乙烯纖維。
[0028] 實施例9
[0029] 按照重量比為重鉻酸鉀：水：濃硫酸=7:15:200的比例混合均勻，配置成改性劑， 打開超聲波清洗儀，設定加熱溫度為45°C，超聲波頻率為60KHz，待超聲波清洗儀達到設定 的溫度和頻率後，將浸有超高分子量聚乙烯纖維的改性劑放到超聲波清洗儀中氧化處理 7min，即可製得表面粘接性能提高的超高分子量聚乙烯纖維。
[0030] 在不同工藝條件下，經過超聲波結合高錳酸鉀試劑氧化處理後超高分子量聚乙烯 纖維的斷裂強度如表1所示。
[0031] 表1:

【權利要求】
1. 一種超高分子量聚乙烯纖維複合表面改性方法，其特徵在於包括如下步驟： 將重絡酸鉀、水及濃硫酸按重量比為7 : 10 : 100?7 : 15 : 200混合均勻，配置成 改性劑，將超高分子量聚乙烯纖維浸入所述改性劑中，並超聲處理3?lOmin，超聲溫度為 35?45°C，清洗並乾燥經處理後的超高分子量聚乙烯纖維，所述超高分子量聚乙烯纖維與 改性劑的比例為0.3?0.5g : 100ml。
2. 根據權利要求1所述的超高分子量聚乙烯纖維複合表面改性方法，其特徵在於：所 述超聲處理為將浸有超高分子量聚乙烯纖維的改性劑置於超聲波清洗儀中，設置超聲波頻 率為40?ΙΟΟΚΗζ。
3. 根據權利要求1所述的超高分子量聚乙烯纖維複合表面改性方法，其特徵在於：所 述超高分子量聚乙烯纖維的粘均分子量為150?500萬。
【文檔編號】D06M10/06GK104278511SQ201310292037
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月10日 優先權日:2013年7月10日
【發明者】陳忠仁, 李微微, 李春陽, 徐文靜 申請人:寧波大學