[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维表面溶胀-夹带聚合物改性及其复合材料制备方法

说明书

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯纤维表面溶胀‑夹带聚合物改性及其复合材料制备方法。该方法包括以下步骤：1)两亲性聚合物PE‑COO‑PEG_M的合成；2)UHMWPE纤维溶胀‑夹带PE‑COO‑PEG；3)UHMWPE纤维/环氧树脂复合材料的制备。本发明通过使用溶胀诱导‑夹带两亲聚合物的方法对UHMWPE纤维进行表面改性，疏水嵌段自发的将其自身插入溶胀的纤维内部，另一端亲水嵌段裸露在纤维表面，增强UHMWPE纤维与环氧树脂的相互缠结作用，从而达到增强UHMWPE纤维和环氧树脂界面结合强度的目的。本发明制备方法简单且改性效果持久，并可以推广应用到其他高性能纤维表面改性以及复合材料领域。

【技术领域】：

本发明属于纤维/树脂复合材料技术领域，具体涉及一种纤维表面溶胀，而后通过疏水- 疏水相互作用，以提供两亲性聚合物固定在纤维表面的强锚作用力，进而利用物理缠结增加纤维与树脂基之间的界面粘结性，从而增强纤维复合材料的拉伸、弯曲和抗冲击等性能。

【背景技术】：

超高分子量聚乙烯(Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene，简称UHMWPE)纤维是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的第三代高性能纤维。目前应用广泛，但是由于UHMWPE纤维表面无极性基团，无化学活性，表面能低，非极性物质难以浸润，熔点低等缺点，从而限制了其应用。尤其是在增强树脂基复合材料方面，其与树脂基体之间的粘结性能较差，难以将应力从基体传到纤维中去，造成抗冲击性能低，导致复合材料在使用过程中出现纤维与树脂基体发生脱胶和树脂基体开裂等问题。因此对UHMWPE纤维进行改性，以提高纤维和树脂之间的粘结力是该领域的研究热点之一。

为了改善UHMWPE纤维与树脂基体之间的粘结性能，国内外学者做了大量的探索研究，主要的改性途径是在不损伤纤维内部结构的基础上对纤维表面进行处理。常见的表面改性方法有：涂覆处理、化学氧化处理、等离子体处理、辐照接枝处理和电晕放电处理。但是这些改性方法存在伤害纤维、改性不均匀和受环境条件影响较大的问题。

本发明利用溶胀夹带的方法对纤维进行表面改性，利用溶胀剂将纤维表面进行溶胀处理，同时加入两亲性聚合物，利用两亲性聚合物的取向性，使亲水嵌段裸露在纤维表面，疏水嵌段更倾向于插入纤维内部，同时疏水-疏水相互作用为两亲性聚合物提供了强锚作用力，夹带在纤维表面的众多分子链增强了纤维与树脂之间的物理缠结，即增大了UHMWPE纤维与环氧树脂的界面结合强度。本发明工艺操作简单，改性效果明显而且不受环境条件的影响，在高性能纤维表面处理领域有着广泛的应用前景。

【发明内容】：

一种超高分子量聚乙烯纤维表面溶胀-夹带聚合物改性及其复合材料制备方法

所采用的技术方案是：

1)两亲性聚合物PE-COO-PEG_M的合成

将一定量的硬脂酸、DMAP和DCC加入到安装有搅拌器和冷凝管的三口烧瓶中，二氯甲烷作为溶剂，在黑暗条件下，室温搅拌2h；之后加入聚乙二醇单甲醚(Mn＝250、550、1000、2000和5000)，一定温度下反应一定时间后，经纯化处理得到目标产物PE-COO-PEG_M-250、PE-COO-PEG_M-550、PE-COO-PEG_M-1000、PE-COO-PEG_M-2000和PE-COO-PEG_M-5000；

2)UHMWPE纤维溶胀-夹带聚合物PE-COO-PEG_M

将清洗后的UHMWPE纤维浸入溶胀剂中，并在溶胀剂中加入一系列的两亲性聚合物，经过一定时间后，再转移到水中，保证两亲性聚合物的亲水和疏水区段的取向和固定，最后将残留的溶胀剂以及仅仅吸附在纤维表面的两亲性聚合物除去，干燥待用；

3)UHMWPE纤维/环氧树脂复合材料的制备