专利名称：一种提高超高分子量聚乙烯纤维表面粘接强度的方法超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维具有其他高性能纤维所无法比拟的优异的力学 性能。超高的强度、超高模量、高能量吸收性、耐冲击、耐低温、电绝缘、优异的耐化学性、耐 侯性、可透过X-射线及一定的防水性等多种优异性能，被广泛地应用于军事、航天航海工 程、高性能轻质复合材料和高档休闲体育用品等领域，如防弹防护材料、高强绳索、复合材 料、运动器械。但是，超高分子量聚乙烯纤维的分子链呈线性结构，没有苯环等极性官能团，分子 间没有较强的分子间作用力(例如氢键)；纤维表面呈化学惰性，难以与树脂形成化学键 合；而且，纤维的表面光滑，表面能较低。特别是纤维-树脂复合材料中，纤维与树脂基体之 间不易产生较强的相互作用力，导致纤维与树脂基体的之间的粘接性较差，从而使UHMWPE 纤维增强复合材料在使用过程中易发生脱胶、基体树脂开裂等现象，大大限制了 UHMWPE 纤维在复合材料特别是轻质结构材料领域的应用。因此，对纤维进行表面改性处理，实现 UHMWPE纤维成形过程中与表面极化处理一体化的方法，提高其与树脂基体的粘接性能是一 个重要研究课题。提高UHMWPE纤维与树脂基体间的界面粘接强度，可以通过化学试剂氧化、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纤维表面层活化，在非极性的纤维表面引入羧基、羰基、羟基等极性基团。CN1035308A公开了一种提高UHMWPE纤维表面粘接性的方法，即对UHMWPE纤维表 面进行等离子体处理。此方法可有效提高纤维对树脂基体的润湿性和表面粘接强度，但此 处理方法需要较高的真空，稳定性较差，难以实现连续化工业化生产。USP4870136公开了一种提高超高相对分子质量聚乙烯纤维表面粘接性能的方法。 此方法先将一定比例的UHMWPE粉末、自由基引发剂、硅烷类化合物和稀释剂在螺杆机中熔 融混合，进行增塑熔融纺丝，在纺丝阶段通过热引发完成UHMWPE的硅烷化接枝反应，然后 后将纺制的纤维在萃取剂和交联剂的介质中进行热拉伸，然后在沸水中完成交联反应。该 方法所得纤维表面的粘接性能得到改善，但由于在UHMWPE纤维纺丝原液中加入了大量的 引发剂和接枝化合物并在接枝反应完成后再进行拉伸，从而导致纤维拉伸倍数较低，所得 UHMWPE纤维的力学性能也较差。USP5039549和USP5755913，在等离子体、臭氧、电晕放电或紫外辐照下，将超高相 对分子质量聚乙烯纤维表面接枝上一些含极性基团的单体，如丙烯酸、丙烯酸胺、丙烯腈 等，可大大提高UHMWPE纤维的表面粘接性能，但该方法工序繁琐，接枝率低，难以掌握接枝 处理的最佳工艺条件，工业化困难。USP6172163也公开了一种提高纤维表面粘接性能的方法。此方法是利用聚乙烯的高结晶性能，采用纯物理的方法，使纤维表面的无定型区发生溶解后重新结晶而在纤维表 面形成一层“分子刷”。用这种方法处理的UHMWPE纤维与树脂复合后，纤维粘接性能得到了 很大的提高。但该方法同样工序繁琐，工艺条件苛刻，且处理不当也会造成UHMWPE纤维力 学性能的显著下降。CN1693544A中，利用含极性基团聚合物的复合萃取剂对纺制的超高相对分子质量 聚乙烯冻胶纤维进行萃取处理，可大大提高纤维的表面粘接性能，操作简单且不需要添加 任何设备。该工艺采用有机硅烷小分子在萃取过程中对纤维进行改性，在纤维牵伸结晶过 程中容易被挤出，粘接强度提高程度有限。Silverstein M. S.等在“酸刻蚀的超高分子量聚乙烯纤维表面性能与粘结性之间 的关系”(Composites Science and Technology，1993，48 (1-4)，151-157)和吴越等人在 “液态氧化法处理超高分子质量聚乙烯纤维”(功能高分子学报，1999，12(4) 427)中用铬 酸等试剂处理UHMWPE，发现经铬酸处理后，UHMWPE的表面粘接性能得到较大的提高，但此 法使纤维表面受到了腐蚀，导致纤维力学性能有较大的损失，对纤维强度影响较大。贾广霞等人在“超高分子质量聚乙烯纤维粘接性的研究”(合成纤维工业，1995， (6) 24-28)探索了在纺丝原液中共混入一定比例的乙烯-醋酸乙烯的共聚物(EVA)，然 后经过纺丝、拉伸可制得表面粘接性能得到改善的UHMWPE纤维，但纤维的强度下降较为明 显。
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高超高分子量聚乙烯纤维表面粘接强 度的方法，而同时又能保持纤维的力学性能基本不变，该发明改善过渡层包裹后UHMWPE纤 维表面的润湿特性。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为一种提高超高分子量聚乙烯纤 维表面粘接强度的方法，它通过相溶剂作用于纤维表面，使纤维与树脂之间形成一有较好 润湿性能的过渡层，从而提高纤维表面粘接强度，其特征在于步骤依次为(1)溶剂在温度60 135°C的情况下对UHMWPE纤维进行溶胀，溶胀时间为5 60 分钟，形成链结构相对疏松、不规整的溶胀层，形成一种皮芯结构；(2)将UHMWPE纤维在温度70 100°C下、质量浓度0.01 5%的相溶剂中处理时 间1 30分钟，使相溶剂渗透扩散到溶胀层中，在高度结晶的内核外层形成异相共存的亚 晶区域，从而形成过渡层。使得树脂对于过渡层表面有很好的浸润性，同时树脂中的反应基 团或极性基团与过渡层中的官能团能有强相互作用。所述的溶剂为十氢萘，石蜡油，C8 C16正构烷烃，或者异构烷烃，或者上述溶剂的 混合物。所述的相溶剂选自含氯量为10 60%的氯化聚乙烯，优选含氯量为30 40% ； 平均聚合度为650 1350的聚氯乙烯，优选平均聚合度为850 1100 ；或者平均聚合度为 200 2000的聚偏氯乙烯，优选平均聚合度为300 600的聚偏氯乙烯。所述步骤(1)中采用的溶胀温度优选70 100°C ；溶胀时间优选10 30分钟。 所述步骤(2)中采用的相溶剂的浓度范围0.01 5%，优选0. 1 2%;处理时间优选5 10分钟。通过扫描电镜图显示，(附图1、附图2)处理后UHMWPE纤维表面较未经处理的UHMWPE纤维明显粗糙，但也无明显刻蚀和凹凸痕迹，可见此发明的增强了 UHMWPE纤维的粘 接强度，而且对UHMWPE纤维强度影响很小。通过UHMWPE纤维改性前后的接触角可知，(附 表1)UHMWPE纤维润湿性有明显的改善。与现有技术相比，本发明的优点是(1)通过过渡层的介入机制，相容剂分子链在其纤维表面有限深度内形成具有类 似于附生结晶结构或与PE链形成缠绕结构的过渡层，进而大大增强过渡层包裹后UHMWPE 纤维与基体树脂的剥离强度。(2)过渡层法通过溶胀作用在纤维表面引入粘接底层，可以和UHMWPE纤维连续化 生产工艺很好的结合，操作简单，极具产业化前景。(3)由于不对PE分子链晶体结构造成整体破坏，所以对纤维整体的影响不大，因 此相对于其他改性方法而言，可最大限度的保持纤维原有的强度。图1为未经处理的UHMWPE纤维板的扫描电镜SEM照片；图2为处理后UHMWPE纤维板的SEM照片。
实施例6将UHMWPE纤维置于温度为90°C的十氢萘与正十二烷的质量比为9 1的混合溶 剂中溶胀20分钟，然后在温度为90°C，质量浓度为的聚氯乙烯溶液中处理1分钟，即可 制得表面粘接性能提高的超高分子量聚乙烯纤维。实施例7将UHMWPE纤维置于温度为100°C的石蜡油中溶胀10分钟，然后在温度为100°C， 质量浓度为的氯化聚乙烯溶液中处理1分钟，即可制得表面粘接性能提高的超高分子 量聚乙烯纤维。实施例8将UHMWPE纤维置于温度为100°C的石蜡油中溶胀10分钟，然后在温度为100°C， 质量浓度为的氯化聚乙烯溶液中处理2分钟，即可制得表面粘接性能提高的超高分子 量聚乙烯纤维。实施例9将UHMWPE纤维置于温度为90°C的石蜡油中溶胀20分钟，然后在温度为90°C，质 量浓度为的氯化聚乙烯溶液中处理1分钟，即可制得表面粘接性能提高的超高分子量 聚乙烯纤维。实施例10将UHMWPE纤维置于温度为100°C的石蜡油与十氢萘的质量比为1 1混合溶剂中 溶胀10分钟，然后在温度为100°C，质量浓度为的聚氯乙烯溶液中处理1分钟，即可制 得表面粘接性能提高的超高分子量聚乙烯纤维。实施例11将UHMWPE纤维置于温度为100°C的石蜡油中溶胀10分钟，然后在温度为100°C， 质量浓度为的聚氯乙烯溶液中处理2分钟，即可制得表面粘接性能提高的超高分子量 聚乙烯纤维。实施例12将UHMWPE纤维置于温度为90°C的石蜡油与二甲苯的质量比为4 1的混合溶剂 中溶胀20分钟，然后在温度为90°C，质量浓度为的聚氯乙烯溶液中处理1分钟，即可制 得表面粘接性能提高的超高分子量聚乙烯纤维。通过扫描电镜图1、2可以看出，图2处理后UHMWPE纤维表面较图1未经处理的 UHMWPE纤维明显粗糙，但也无明显刻蚀和凹凸痕迹，可见此发明增强了 UHMWPE纤维的粘接 强度，而且对UHMWPE纤维本身伤害不大。表1UHMWPE纤维改性前后对乙二醇的接触角(° )


一种提高超高分子量聚乙烯纤维表面粘接强度的方法，将UHMWPE纤维置于温度60～135℃的溶剂中溶胀5～60分钟，形成链结构相对疏松、不规整的溶胀层，然后在置于温度70～100℃、浓度0.01～5％相溶剂中处理1～30分钟，使相溶剂渗透扩散到溶胀层中，在高度结晶的内核外层形成异相共存的亚晶区域，从而形成过渡层，使得树脂对于过渡层表面有很好的浸润性，同时树脂中的反应基团或极性基团与过渡层中的官能团能有强相互作用。该方法在提高纤维表面粘结强度的同时又保持纤维的强度等性能基本不变，且工艺简单，操作方便，可连续工业化生产。