[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维的表面处理方法和处理后纤维的应用

说明书

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯纤维的表面处理方法和处理后纤维的应用，该超高分子量聚乙烯纤维的表面能达72mN/m以上。其制备方法的特征在于用化学和物理相结合的方法在超高分子量聚乙烯纤维表面引入极性官能团。由于极性官能团的引入使得纤维的表面能显著提高，与其他材料的复合性能明显提高，故该超高分子量聚乙烯纤维能够在复合材料方面广泛应用。

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维的表面处理方法和处理后纤维的应用。

背景技术

超高分子量聚乙烯(英文缩写UHMWPE)纤维是以UHMWPE为原料经特殊工艺制备的一种高强度、高模量纤维，与芳纶和碳纤维并称为三大高性能纤维。UHMWPE纤维由简单的亚甲基(-CH₂-)组成，纤维的结晶度大于90％，链段的取向度可接近100％，这样结构特点导致其力学性能优异，纤维表面非常光滑，内聚能低，具有良好的耐摩擦性和耐化学腐蚀性。UHMWPE纤维因具有密度小、强度高、耐腐蚀、抗冲击、抗切割等优异性能，所以用UHMWPE纤维作为基材进行改性，可获得具有优异性能的功能性纤维材料。但是，由于UHMWPE纤维与其它复合材料的粘合能力极差，界面结合不牢固，很难直接用作增强纤维制备纤维增强复合材料。

对于提如何提高超高分子量聚乙烯纤维的表面能，国内外的学者一直致力于该项目的研究，也有很多相关专利和文献著作，其中各有利弊。

发明内容

本发明所要解决的问题是如何提高超高分子量聚乙烯纤维的表面能。

本发明的第一方面提供了一种超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，所述纤维的表面能为50mN/m或更高，优选60mN/m或更高，优选70mN/m或更高，优选72mN/m或更高，优选为80mN/m或更高，更优选90mN/m或更高，更优选100mN/m或更高。

本发明的第二方面提供了一种超高分子量聚乙烯纤维的表面处理方法，其包括以下步骤：

提供一卷或超过一卷强度不低于1g/d、优选不低于5g/d、更优选不低于10g/d、进一步优选不低于15g/d的原始超高分子量聚乙烯纤维并进行放线获得纱线；

将纱线进行等离子体处理以获得处理过的纱线；

对所述处理的纱线的至少一部分或全部使用上浆组合物进行上浆(sizing)处理以获得超高分子量聚乙烯纤维，其中所述上浆组合物含有选自醇类、环氧树脂、聚氨酯和异氰酸酯中的一种或一种以上，所述超高分子量聚乙烯纤维的表面能为50mN/m或更高，优选60mN/m或更高，优选70mN/m或更高，优选72mN/m或更高，优选为80mN/m或更高，更优选90mN/m或更高，更优选100mN/m或更高。

优选地，在所述上浆处理之前和/或之后和/或同时进行所述处理过的纱线的拉伸处理。优选地，所述拉伸处理的速度为1～50m/min，优选为10～30m/min，更优选为15～25m/min。

优选地，所述上浆组合物含有选自C1～C12的醇类、双酚-A-(氯醇)环氧树脂、聚氨酯和异氰酸酯中的一种或一种以上。

优选地，所述醇类为丙醇类，优选1-甲氧基-2-丙醇，和/或所述双酚-A-(氯醇)环氧树脂为分子量等于或低于700的双酚-A-(氯醇)环氧树脂。

优选地，所述上浆组合物含有以下成分：0～5wt％的1-甲氧基-2-丙醇、0～5wt％的分子量等于或低于700的双酚-A-(氯醇)环氧树脂、0～5wt％的聚氨酯、0～5％的异氰酸酯、80％～96wt％的水，基于上浆组合物的总重量计算。

优选地，所述等离子体处理在充满惰性气体和/或非惰性气体的离子环境下进行。

优选地，所述等离子体处理使用的气体组分为90％氮气和10％氧气。