[發明專利]等離子體處理超高分子量聚乙烯纖維改性的方法

無效

• 申請號: 200810207411.2
• 申請日: 2008-12-19
• 公開（公告）號: CN101532244A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 張迎晨;吳紅艷;邱夷平
• 申請（專利權）人: 東華大學;中原工學院
• 主分類號: D06M11/79
• 分類號: D06M11/79;D06M11/00;D06M13/00;D06M15/00;D06M10/00;C08J5/06;D06M101/20
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發明屬超高分子量聚乙烯纖維表面改性的制備領域，特別是涉及一種等離子體處理 超高分子量聚乙烯纖維改性的方法。

背景技術

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維是是繼碳纖維、芳綸纖維之后出現的一種高性能纖 維。它是以超高分子量聚乙烯為原料，經過高壓固態擠壓法、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-熱拉伸法等工藝制備的，一種具有高強度、 高模量的高性能纖維。它的相對分子質量為100萬～600萬，分子形狀為線型伸直鏈結構， 取向度接近100％，強度相當于優質鋼材的15倍左右，比碳纖維高2倍，比芳綸高40％，密 度為0.97g/cm3，還具有耐紫外線輻射、耐化學腐蝕、比能量吸收高、介電常數低、電 磁波透射率高、摩擦系數低及突出的抗沖擊、抗切割等優異性能。因此，UHMWPE纖維是制 作軟質防彈服、防刺衣、輕質防彈頭盔、運鈔車防彈裝甲、直升機防彈裝甲、輕質高壓容 器、航天航空結構件、漁網、賽艇、帆船、滑雪撬等的理想材料。但是，由于UHMWPE纖維 本身是由非極性的亞甲基形成的線性長鏈，纖維分子間沒有較強的分子間作用力；纖維表 面呈化學惰性，難以與樹脂形成化學鍵合；在生產中經高倍拉伸形成的高度結晶和高度取 向而導致的光滑表面。所有這些因素的共同作用使纖維的表面能很小，用作復合材料的增 強材料時難以與基體樹脂形成良好的界面粘接。

提高UHMWPE纖維與樹脂基體間的界面粘接強度，可以通過表面涂覆法、化學試劑浸 蝕、等離子體處理改性、電暈放電處理、光氧化表面改性處理、輻射接枝處理等方法對纖 維進行改性，使纖維惰性表面層活化，在非極性的纖維表面引入羧基、羰基、羥基等極性 基團。以及低溫等離子處理法等。其中低溫等離子處理法由于其高效迅速，對材料基本性 能不造成損傷以及環境友好，受到廣泛的關注。

中國專利CN?1431358A同時提高高強聚乙烯纖維耐熱、抗蠕變和粘接性的方法利用光 敏劑和交聯劑組成的有機溶液浸漬聚乙烯纖維，然后再將纖維進行紫外光輻照交聯；專 利Int.C1D01MI5/00(2006.01)提出用本征導電聚合物單體吡咯或噻吩在真空中處理浸 泡過有機磺酸鐵鹽的超高分子量聚乙烯纖維獲得纖維表面改性。

中國專利文獻CN1035308A公開了一種提高UHMWPE纖維表面粘接性的方法。它采用 UHMWPE纖維表面進行等離子體處理的方法。此方法可有效提高纖維對樹脂基體的浸潤性和 表面粘接強度。但該法設備條件要求高，工業化難度較大，且處理不當會使纖維力學性能 顯著下降。

SilVerstein?M.S.等用鉻酸試劑處理UHMWPE纖維的表面改性方法，粘接性能提高 了6倍。但該方法使纖維表面受到了腐蝕，對纖維強度影響較大。

美國專利文獻USP6172163也公開了一種提高纖維表面粘接性能的方法。此方法是 利用聚乙烯的高結晶性能，采用純物理的方法，使纖維表面的無定型區發生溶解后重新結 晶而在纖維表面形成一層“分子刷”。用這種方法處理的UHMWPE纖維與樹脂復合后，纖維 粘接性能得到了很大的提高。但該方法同樣工序繁瑣，工藝條件苛刻，且處理不當也會造 成UHMWPE纖維力學性能的顯著下降。

中國專利文獻CN1693544A公開了一種提高UHMWPE纖維表面粘接性的方法。此方法是 將極性聚合物溶解在UHMWPE凍膠纖維的常規萃取劑中，制成復合萃取劑，再將UHMWPE凍 膠纖維在復合萃取劑中萃取，然后經拉伸等后工序處理制成粘接性能有較大提高的UHMWPE 纖維。該方法雖能較好的保持UHMWPE纖維的原有強度，但纖維粘接強度提高程度有限， 沒有達到理想和實用的目標。

美國專利文獻LJSP5039549和USP5755913公開的方法是在等離子體、臭氧、電暈放 電或紫外輻照下，將UHMWPE纖維表面接枝上一些含極性基團單體(如丙烯酸、丙烯酰胺、 丙烯腈等)的表面改性方法，可大大提高UHMWPE纖維的表面粘接性能，但該方法工序繁瑣， 且接枝處理的最佳工藝條件難以掌握，工業化前景渺茫。