CN109749208A - 一种uhmwpe组合物及其制备得到的耐切割、耐蠕变纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料制造领域，具体涉及到一种UHMWPE组合物及其制备得到的耐切割、耐蠕变纤维。所述超高分子量聚乙烯组合物，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。本发明所提供的纤维具有优异的防切割性、高强高模性。通过调控碳化硅形态、偶联剂类型、配比等在解决防切割、高强高模的同时，还能改善耐蠕变性能，同时配方中偶联剂的加入使碳化硅被包覆起来，避免其与人体直接接触，改善产品性能的同时，确保安全且无毒副作用。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料制造领域，更具体地，本发明涉及一种UHMWPE组合物及其制备得到的耐切割、耐蠕变纤维。
背景技术
超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)，是指分子量为100-600万，因其内部结构有较高的结晶度和较强的分子间作用力，使其拥有许多优良的性能如耐磨性、极高的抗冲击性、抗化学药品腐蚀性能、较高的消除噪音性能、自润滑性、低摩擦系数以及安全卫生无毒等卓越的性能，被称为是“神奇的塑料”，广泛应用在化工、机械、纺织、造纸、包装、矿山、建筑、体育、军事、医疗等诸多领域。
超高分子量聚乙烯依次经过纺丝-萃取-干燥-超倍拉伸制成的高性能纤维。采用超高分子量聚乙烯制成的纤维增强复合材料具有质量轻、耐冲击、介电性能高等优点，被广泛用于航空航天领域、海域防御领域、武器装备领域和日常工业领域。
但在现有的超高分子量聚乙烯纤维生产和使用过程中，对于材料的性能，大多着眼于牵伸强度、牵伸模量、线密度等显而易见的方面，而对于材料的蠕变性能则关注不多。这主要是由于大家对该产品的了解还停留在比较浅显的阶段，而蠕变性能对制品的影响往往要在使用若干年后才能体现出来，对于一种商业应用时间才十来年的新兴产品来说，其重要性还未被大多数生产者和使用者所认可。
事实上，蠕变性能对于超高分子量聚乙烯纤维及其制品的使用寿命的影响还是十分重大的，特别是在一些需要持续受力的场合。常用的解决方式是不同填料填充对UHMWPE进行改性使之成为复合材料是材料发展的必然趋势之一。
本发明提供一种无机填料填充UHMWPE对其进行改性，同时本发明可以在解决超高分子量聚乙烯的粘弹性高的情况下，无机填料分散性不好的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供了一种超高分子量聚乙烯组合物，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
作为一种优选的技术方案，所述改性碳化硅晶须的含量为超高分子量聚乙烯的0.5-10wt％。
作为一种优选的技术方案，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为100-400万。
作为一种优选的技术方案，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为200-240万。
作为一种优选的技术方案，所述改性碳化硅晶须中的碳化硅晶须为β晶型。
作为一种优选的技术方案，所述改性碳化硅晶须中的碳化硅晶须直径为100-600nm，长度为10-50μm。
作为一种优选的技术方案，所述改性碳化硅晶须为硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须。
作为一种优选的技术方案，所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:(0.1-0.5)。
作为一种优选的技术方案，所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:(0.2-0.4)。
本发明的第二个方面提供了一种耐切割、耐蠕变纤维的制备方法，由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，步骤包括：
(1)将改性碳化硅晶须和超高分子量聚乙烯混合均匀；
(2)将步骤(1)中的混合物经乳化机高速剪切搅拌，得到纺丝溶液；
(3)将纺丝溶液纺丝后，进行萃取和热牵伸得到纤维。
有益效果：本发明所提供的纤维具有优异的防切割性、高强高模性。通过调控碳化硅形态、偶联剂类型、配比等在解决防切割、高强高模的同时，还能改善耐蠕变性能，同时配方中偶联剂的加入使碳化硅被包覆起来，避免其与人体直接接触，改善产品性能的同时，确保安全且无毒副作用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明提供技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，并非对其保护范围的限制。
本发明中的词语“优选的”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。例如，从“1至10”的指定范围应视为包括最小值1与最大值10之间的任何及所有的子范围。范围1至10的示例性子范围包括但不限于1至6.1、3.5至7.8、5.5至10等。
为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供了一种超高分子量聚乙烯组合物，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
碳化硅
本发明所述碳化硅(SiC)是Ⅳ-Ⅳ族二元化合物，是第Ⅳ族元素中唯一的、也是极稳定的化合物，是由碳原子和硅原子以共价键为主结合而成，具有类似金刚石的六面体晶体结构。SiC晶体结构由致密排列的两个亚晶格组成，Si原子亚晶格和C原子亚晶格，并且后者沿主对称轴的位移为Si原子相邻两层之间距离的四分之一。碳化硅基团是以一个碳原子作为中心，通过共价键形式连接四个Si原子。由于Si原子是与相邻基团相互共用，即一个Si原子同时属于4个这样的基团。所以，每个基团的原子最简比为l:1，所以构成的化学式为SiC。Si原子和C原子最小间距为0.189nm，每个Si(或者C)原子被四个C(或者Si)原子包围，并通过定向的强四面体sp3键结合在一起。这一结构决定了SiC良好的化学稳定性和热稳定性，还决定了它的宽禁带，优良的抗腐蚀性，优良的力学性能和传热性能。碳化硅属于硬质材料，其莫氏硬度可达9.2-9.5。SiC的典型结构可分为两大类：一类是闪锌矿结构的立方SiC晶型，统称为β-SiC；另一类是六角型或菱形结构的大周期结构，典型的有6H、4H、巧R等，统称为α-SiC。
本发明所述碳化硅粉体，包括六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC以及β-SiC晶须。碳化硅粉体与塑料、金属、陶瓷构成复合材料可显著改善其各种特性，由于其高热稳定性及高强度、高热传导性等特性，广泛应用于原子能材料、化学装置、高温处理、电工电子材料、半导体领域、电加热原件及电阻器等中亦可用于磨料、磨具、高级耐火材料、精细陶瓷。
本发明所述SiC粉体，晶相是在高温下原料SiO2与C通过气-液-固不断析出SiC晶核叠加，最后沿SiC六节环平面的ab轴垂直反向c轴不断生长，形成六方晶系，根据反应条件可以形成SiC纳米线或棒或纳米片等形貌。
近年来碳化硅纳米粉体的制备方法，主要归为三大类：固相法、液相法、气相法。
碳热还原法：利用SiO2与Si粉的混合粉末高温受热释放出SiO气体，与活性炭反应制得β-SiC。
机械合金化法：将Si粉与C粉按照n(Si):n(C)＝1:l混合，磨球和磨粉按球粉质量比40:l封装在充满氢气的磨罐中，在WL-1行星式球磨机上进行机械球磨，球磨25h后得到平均晶粒尺寸约为6nm的SiC粉体。
溶胶-凝胶法：以四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷作硅源，以酚醛树脂、淀粉等为碳源，形成的凝胶在氮气中于800℃炭化得到SiC前驱体，再于氢气中1550℃加热，得到了5～20nm的SiC。
聚合物热分解法：以低分子聚碳硅烷(LPS)为原料，用气相热裂解工艺制备了SiC超细微粉。
改性碳化硅晶须
本发明所述碳化硅晶须为立方晶须，和金刚石同属于一种晶型，是目前已经合成出的晶须中硬度最高，模量最大，抗拉伸强度最大，耐热温度最高的晶须产品，分为α型和β型两种形式，其中β型性能优于α型并具有更高的硬度(莫氏硬度达9.5以上)，更好的韧性和导电性能。
本发明所述改性碳化硅晶须往往是对碳化硅进行处理，改善自身分散性。
在一种优选的实施方式中，本发明所述改性碳化硅晶须中的碳化硅晶须为β晶型。
在一种优选的实施方式中，本发明所述改性碳化硅晶须中的碳化硅晶须直径为100-600nm，长度为10-50μm。
在一种优选的实施方式中，本发明所述碳化硅晶须为购买自秦皇岛一诺高新材料开发有限公司，牌号为SiCW-80的产品，其他可优选的，包括但不限于购买自该公司牌号为SiCW-90的产品。
在一种优选的实施方式中，本发明所述改性碳化硅晶须为硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须。
硅烷偶联剂
本发明所述硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物。常见的硅烷偶联剂为水解性Y-官能团硅烷偶联剂，其结构通式为Y-CH2SiRnX(3-n)，其中X为水解性的有机官能团，如氯基、乙酰氧基、甲氧基和乙氧基等。X易水解，产生的硅羟基易与无机物表面的羟基键合。其中的Y为非水解性的，能与有机物反应的反应性有机官能团，或不与有机物反应的惰性有机官能团，如己烯基、环氧基、氨基、琉基、硫氰基、苯基或长链烷基等。
本发明中，所述Y优选为烷基、氨基，即硅烷偶联剂选自烷基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂中的一种或多种。
在一种优选的实施方式中，本发明所述硅烷偶联剂选自烷基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂中的一种或多种。
例如，本发明中所述烷基硅烷偶联剂的通式为：Y-CH2SinX(3-n)，Y为烷基。可举出的实例包括但不限于：1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷、1,2-双(三甲氧基硅基)乙烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷等。
例如，本发明中所述氨基硅烷偶联剂的通式为：Y-CH2SinX(3-n)，Y为氨基。可举出的实例包括但不限于：γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-正丁基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-脲丙基三甲氧基硅烷、双-[3-(三乙氧基硅)-丙基]-胺、3-苯胺基丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-脲丙基三乙氧基硅烷、双-[3-(三甲氧基硅)-丙基]-胺等。
在一种优选的实施方式中，本发明所述硅烷偶联剂为烷基硅烷偶联剂和氨基硅烷偶联剂的混合物。
在一种优选的实施方式中，本发明所述烷基硅烷偶联剂和氨基硅烷偶联剂的重量比为(2:3)-(3:2)。
在一种优选的实施方式中，本发明所述烷基硅烷偶联剂中烷基数为12。
在一种优选的实施方式中，本发明所述硅烷偶联剂为十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的混合物。
在一种优选的实施方式中，本发明所述十二烷基硅烷偶联剂购买自南京优普化工有限公司，牌号为UP-312，其他可优选的还有UP-313；所述3-氨丙基三甲氧基硅烷购买自青岛恒达众诚科技有限公司，牌号为KH-540。
本发明所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须通过官能团偶联制得。所述反应条件可以采用本领域技术人员已知的任何一种方法制备得到。
例如可以是：将所述碳化硅晶须先在溶剂中超声分散30min后添加所述硅烷偶联剂，将温度控制在60-80℃，搅拌2-6h后，烘干即得到硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须。
所述溶剂可以分别取自水、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、四氢呋喃、二甲亚砜中的一种或几种的混合。
在一种优选的实施方式中，本发明所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:(0.1-0.5)。
在一种优选的实施方式中，本发明所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:(0.2-0.4)。
本申请发明人在研究的过程中发现，加入纳米碳化硅用以改善UHMWPE纤维的耐切割性能，但纳米碳化硅在凝胶纺丝的过程中容易团聚，导致分散性不佳，因此发明人采用硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须，由于纳米碳化硅表面容易与空气中的水作用而带有羟基，在上述反应过程中参与到硅烷偶联剂的水解，通过化学键结合到一起，得到改性的碳化硅材料，一方面经过改性之后可以其不仅能减弱碳化硅晶须之间的作用力，避免晶须的团聚，从而提高碳化硅在UHMWPE中的分散性；另一方面分散在UHMWPE中的碳化硅晶须能够吸收外界传递的能量，增加强度和模量，提高UHMWPE纤维的强度、防切割性能、安全性能。在研发的过程中，发明人通过调控碳化硅晶须，意外的发现当所述碳化硅晶须为直径为100-600nm，长度为10-50μm时，进一步使得纤维强度以及耐切割性能大大提高，发明人推测可能的原因是，在具有较好分散性的前提下，一定直径与长度的纳米碳化硅在UHMPWE纤维进行萃取、拉伸和热处理等过程中会较容易形成均匀规整的纤维状晶核，而该纤维状晶核能有效促进UHMWPE链段沿着其取向，在其表面生长成有序排列的晶体结构，从而不仅提高了UHMWPE纤维的耐热性、模量和强度，也有助于提高纤维的耐切割性能。此外，发明人还发现本发明产品不仅强度以及耐切割性能优异，且耐蠕变性能也较为优异，更为重要的是本产品中碳化硅被包覆，能避免与人体直接接触，从而更加安全。发明人推测，可能是本发明采用烷基长链硅烷偶联剂时，由于长的脂肪链与UHMWPE分子链之间的极性、内聚能密度之间差异小，容易互相穿插和缠绕，提高碳化硅与UHMWPE之间的作用力。UHMWPE纤维材料由于分子链均是非极性烷基链，链段之间作用主要靠分子缠绕和内聚能，因此材料在使用过程中由于解缠结或应力松弛等原因引起发生蠕变，而加入一定量的含有氨基的硅烷偶联剂不仅可以达到在碳化硅表面形成“保护层”，提高分散性、避免直接与人体接触、安全，还可以因为碳化硅表面的氨基之间产生氢键，提高UHMWPE分子链之间的作用力，提高解缠结和应力松弛所需的能量，改善纤维的耐蠕变性能。
超高分子量聚乙烯
本发明中使用的超高分子量聚乙烯是利用乙烯作为主要成分(全部共聚成分中，是最大的摩尔％)，例如有乙烯的单聚物、将乙烯作为主要成分的该乙烯与能和该乙烯共聚的其他单体的共聚物等。作为能与该乙烯共聚的其他单体，例如有碳原子数为3以上的α-烯烃等。作为这种碳原子数为3以上的α-烯烃，例如可列举丙烯、1-丁烯、异丁烯、1-戊烯、2-甲基-1-丁烯、3-甲基-1-丁烯、1-已烯、3-甲基-1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯、1-十四碳烯、1-十六碳烯、1-十八碳烯、1-二十碳烯等。
其中，从经济性等方面考虑，优选使用乙烯的单聚物或者将乙烯作为主体的与上述α-烯烃共聚的共聚物，优选乙烯占聚合物全体的80摩尔％以上，优选为90摩尔％以上，更优选为99摩尔％以上。
超高分子量聚乙烯是一种线型结构的热塑性工程塑料，具有一般高密度聚乙烯所不能比拟的一系列优异性能，其具有拉伸强度、耐磨性、耐冲击性、自润滑性、消音性能和优良的化学耐药性、热性能、不粘性的特性。
在一种优选的实施方式中，本发明所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为100-400万。
在一种优选的实施方式中，本发明所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为200-240万。
重均分子量是基于凝胶渗透色谱法(以下，简称为“GPC”)测定而进行聚苯乙烯换算后的值。GPC的测定条件采用本领域常规的条件测试，例如，可采用下述的方式测试得到。
柱：将下述柱串联连接而使用。
“TSKgelG5000”(7.8mmI.D.×30cm)×1根
“TSKgelG4000”(7.8mmI.D.×30cm)×1根
“TSKgelG3000”(7.8mmI.D.×30cm)×1根
“TSKgelG2000”(7.8mmI.D.×30cm)×1根
检测器：RI(差示折射计)；柱温度：40℃；洗脱液：四氢呋喃(THF)；流速：1.0mL/分钟；注入量：100μL(试样浓度4mg/mL的四氢呋喃溶液)。
本发明中，所述超高分子量聚乙烯可以是市售，也可以是本领域技术人员已知的制备方法。
作为市售的超高分子量聚乙烯，其购买于余姚九鼎化工材料有限公司。
作为合成的超高分子量聚乙烯，其制备方法为：将制备原料(乙烯和/或α-烯烃)、氢气、催化剂连续不断地加入聚合反应器中，在80℃及0.98MPa条件下进行淤浆聚合4小时，聚合热采用聚合釜夹套冷却及气体外循环方式除去。
耐切割、耐蠕变纤维
本发明提供一种由上述超高分子量聚乙烯组合物制备得到的耐切割、耐蠕变纤维。
本发明所述耐切割、耐蠕变纤维的制备方法，步骤包括：
(1)将碳化硅和超高分子量聚乙烯混合均匀；
(2)将步骤(1)中的混合物经乳化机高速剪切搅拌，得到纺丝溶液；
(3)将纺丝溶液纺丝后，进行萃取和热牵伸得到纤维。
即将所述碳化硅晶须先在去离子水中超声分散30min后添加所述硅烷偶联剂，将温度控制在60-80℃，搅拌2-6h后，烘干即得到硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须；
将硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须采用高速剪切共混的方式，分散在超高分子量聚乙烯粉末中，将制得的粉末预混料在超声波状态下均匀地分散于矿物油中，然后在带有搅拌剪切作用的反应釜中缓慢加热矿物油溶液，至溶液混合均匀；将混合均匀的溶液进行纺丝，再经过萃取、牵伸，得到本发明的复合纤维。
超高分子量聚乙烯纺丝的制备方法可以是熔融纺丝法、固态挤出法、超拉伸或局部拉伸法、表面结晶生长法、凝胶纺丝法。
凝胶纺丝工艺有很大的适应性，除了丝的纤度和根数外，其机械性能可根据需要在较大的范围内调节，其它性能，如导电性、粘接强度和阻燃性可用添加剂来控制，还可加入染料或其它载体。上述几种纺丝方法中，熔融纺丝和凝胶纺丝己工业化生产，且以凝胶纺丝法最有前途，制得的纤维强度和模量最高。
冻胶纺丝法(凝胶纺丝法)
凝胶纺丝法的步骤是将超高分子量聚乙烯组合物溶解在溶剂中，冷却固化，得到含有溶剂的未拉伸丝的凝胶丝条；再进行进一步的萃取，得到含萃取剂的未拉伸的凝胶丝条，再进行最后的加热、拉丝。
常用于溶解超高分子量聚乙烯的溶剂有煤油、石蜡、石蜡油为主的烷烃类溶剂以及十氢萘等。
将超高分子量聚乙烯溶解在溶剂中，制成半烯溶液，其中半烯溶液的浓度为0.5-10％，更加适应的浓度是3-5％。
凝胶丝条中溶剂的脱除，在拉伸前脱除冻胶原丝中所含的溶剂是十分必要的，它既有利于拉伸过程的稳定性，又能提高拉伸的有效性。冻胶原丝中若包含着大量溶剂，在其拉伸过程中，由于溶剂的增塑作用，致使大分子间产生相对滑移，从而使拉伸的有效性降低；同时溶剂的存在，冻胶原丝的拉伸比受溶剂含量多少影响极大，造成拉伸稳定性的降低。则对于沸点较低的溶剂时，则主要采用干燥的方式使得溶剂去除；而对于沸点较高的溶剂时，则采用萃取的方式去除。
凝胶丝条的超倍拉伸的倍数均在20倍以上。
在一种优选的实施方式中，本发明所述改性碳化硅晶须的含量为超高分子量聚乙烯的0.5-10wt％。
在一种优选的实施方式中，本发明所述改性碳化硅晶须的含量为超高分子量聚乙烯的3-8wt％。
在一种优选的实施方式中，本发明所述改性碳化硅晶须的含量为超高分子量聚乙烯的5wt％。
其中，所述wt％为重量含量百分数。
在一种优选的实施方式中，本发明所述耐切割、耐蠕变纤维制备过程具体为：
(1)将上述制备得到的硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须采用高速剪切共混的方式，分散在超高分子量聚乙烯粉末中，将制得的粉末预混料在超声波状态下均匀地分散于矿物油中；
(2)然后在带有搅拌剪切作用的反应釜中缓慢加热矿物油溶液，至溶液混合均匀，其中，高速剪切搅拌的速度为1000-3000r/min，搅拌时间为2-4小时，混合均匀后，得到质量浓度为3-5％的纺丝溶液；
(3)将纺丝溶液采用凝胶纺丝的纺丝进行纺丝、萃取、热牵伸得到复合纤维，其中纺丝温度为230-280℃。
本发明的另一方面提供一种用所述的超高分子量聚乙烯组合物制成的耐切割、耐蠕变纤维所制成的成品，所述成品可以是织物，例如防切割手套、衣物、布料等。
下面通过实施例对本发明进行具体描述，另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。
实施例
实施例1
实施例1提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
所述改性碳化硅晶须为硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须；所述改性碳化硅晶须的含量为超高分子量聚乙烯的0.5wt％。
所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为200万，购买自余姚九鼎化工材料有限公司。
所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须的制备方法包括：将所述碳化硅晶须先在去离子水中超声分散30min后添加所述硅烷偶联剂，将温度控制在70℃，搅拌5h后，烘干即得到硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须。
其中，所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:0.1；所述硅烷偶联剂为十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的混合物，且所述十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的重量比为2:3；所述十二烷基硅烷偶联剂购买自南京优普化工有限公司，牌号为UP-312；所述3-氨丙基三甲氧基硅烷购买自青岛恒达众诚科技有限公司，牌号为KH-540。
所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中的碳化硅晶须的直径为200-500nm，长度为10-50μm，β型，购买自秦皇岛一诺高新材料开发有限公司，牌号为SiCW-80。
所述耐切割、耐蠕变纤维制备过程具体为：
(1)将上述制备得到的硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须采用高速剪切共混的方式，分散在超高分子量聚乙烯粉末中，将制得的粉末预混料在超声波状态下均匀地分散于矿物油中；
(2)然后在带有搅拌剪切作用的反应釜中缓慢加热矿物油溶液，至溶液混合均匀，其中，高速剪切搅拌的速度为1000r/min，搅拌时间为4小时，混合均匀后，得到质量浓度为3％的纺丝溶液；
(3)将纺丝溶液采用凝胶纺丝的纺丝进行纺丝、萃取、热牵伸得到复合纤维，其中纺丝温度为230℃。
实施例2
实施例2提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
所述改性碳化硅晶须为硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须；所述改性碳化硅晶须的含量为超高分子量聚乙烯的10wt％。
所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为210万，购买自上海楚灏进出口有限公司。
所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须的制备方法包括：将所述碳化硅晶须先在去离子水中超声分散30min后添加所述硅烷偶联剂，将温度控制在70℃，搅拌5h后，烘干即得到硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须。
其中，所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:0.5；所述硅烷偶联剂为十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的混合物，且所述十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的重量比为3:2；所述十二烷基硅烷偶联剂购买自南京优普化工有限公司，牌号为UP-313；所述3-氨丙基三甲氧基硅烷购买自青岛恒达众诚科技有限公司，牌号为KH-540。
所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中的碳化硅晶须的直径为200-500nm，长度为10-50μm，β型，购买自秦皇岛一诺高新材料开发有限公司，牌号为SiCW-80。
所述耐切割、耐蠕变纤维制备过程具体为：
(1)将上述制备得到的硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须采用高速剪切共混的方式，分散在超高分子量聚乙烯粉末中，将制得的粉末预混料在超声波状态下均匀地分散于矿物油中；
(2)然后在带有搅拌剪切作用的反应釜中缓慢加热矿物油溶液，至溶液混合均匀，其中，高速剪切搅拌的速度为3000r/min，搅拌时间为2小时，混合均匀后，得到质量浓度为5％的纺丝溶液；
(3)将纺丝溶液采用凝胶纺丝的纺丝进行纺丝、萃取、热牵伸得到复合纤维，其中纺丝温度为280℃。
实施例3
实施例3提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
所述改性碳化硅晶须为硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须；所述改性碳化硅晶须的含量为超高分子量聚乙烯的3wt％。
所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为240万，购买自上海楚灏进出口有限公司。
所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须的制备方法包括：将所述碳化硅晶须先在去离子水中超声分散30min后添加所述硅烷偶联剂，将温度控制在70℃，搅拌5h后，烘干即得到硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须。
其中，所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:0.2；所述硅烷偶联剂为十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的混合物，且所述十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的重量比为1:1；所述十二烷基硅烷偶联剂购买自南京优普化工有限公司，牌号为UP-312；所述3-氨丙基三甲氧基硅烷购买自青岛恒达众诚科技有限公司，牌号为KH-540。
所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中的碳化硅晶须的直径为100-600nm，长度为10-50μm，β型，购买自秦皇岛一诺高新材料开发有限公司，牌号为SiCW-90。
所述耐切割、耐蠕变纤维制备过程具体为：
(1)将上述制备得到的硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须采用高速剪切共混的方式，分散在超高分子量聚乙烯粉末中，将制得的粉末预混料在超声波状态下均匀地分散于矿物油中；
(2)然后在带有搅拌剪切作用的反应釜中缓慢加热矿物油溶液，至溶液混合均匀，其中，高速剪切搅拌的速度为2000r/min，搅拌时间为3小时，混合均匀后，得到质量浓度为4％的纺丝溶液；
(3)将纺丝溶液采用凝胶纺丝的纺丝进行纺丝、萃取、热牵伸得到复合纤维，其中纺丝温度为250℃。
实施例4
实施例4提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
所述改性碳化硅晶须为硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须；所述改性碳化硅晶须的含量为超高分子量聚乙烯的8wt％。
所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为210万，购买自上海楚灏进出口有限公司。
所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须的制备方法包括：将所述碳化硅晶须先在去离子水中超声分散30min后添加所述硅烷偶联剂，将温度控制在70℃，搅拌5h后，烘干即得到硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须。
其中，所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:0.4；所述硅烷偶联剂为十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的混合物，且所述十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的重量比为1:1.2；所述十二烷基硅烷偶联剂购买自南京优普化工有限公司，牌号为UP-312；所述3-氨丙基三甲氧基硅烷购买自青岛恒达众诚科技有限公司，牌号为KH-540。
所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中的碳化硅晶须的直径为100-600nm，长度为10-50μm，β型，购买自秦皇岛一诺高新材料开发有限公司，牌号为SiCW-90。
所述耐切割、耐蠕变纤维制备过程同实施例3。
实施例5
实施例5提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
所述改性碳化硅晶须为硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须；所述改性碳化硅晶须的含量为超高分子量聚乙烯的5wt％。
所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为210万，购买自上海楚灏进出口有限公司。
所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须的制备方法包括：将所述碳化硅晶须先在去离子水中超声分散30min后添加所述硅烷偶联剂，将温度控制在70℃，搅拌5h后，烘干即得到硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须。
其中，所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:0.3；所述硅烷偶联剂为十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的混合物，且所述十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的重量比为1:1.6；所述十二烷基硅烷偶联剂购买自南京优普化工有限公司，牌号为UP-312；所述3-氨丙基三甲氧基硅烷购买自青岛恒达众诚科技有限公司，牌号为KH-540。
所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中的碳化硅晶须的直径为200-500nm，长度为10-50μm，β型，购买自秦皇岛一诺高新材料开发有限公司，牌号为SiCW-80。
所述耐切割、耐蠕变纤维制备过程同实施例3。
对比例1
对比例1提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
对比例1与实施例5不同之处在于，所述改性碳化硅晶须的含量为超高分子量聚乙烯的0.1wt％。
对比例2
对比例2提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
对比例2与实施例5不同之处在于，所述改性碳化硅晶须的含量为超高分子量聚乙烯的30wt％。
对比例3
对比例3提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
对比例3与实施例5不同之处在于，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为90万，购买自余姚九鼎化工材料有限公司。
对比例4
对比例4提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
对比例4与实施例5不同之处在于，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为500万，购买自余姚九鼎化工材料有限公司。
对比例5
对比例5提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
对比例5与实施例5不同之处在于，所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:0.03。
对比例6
对比例6提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
对比例6与实施例5不同之处在于，所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:5。
对比例7
对比例7提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
对比例7与实施例5不同之处在于，所述十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的重量比为1:6。
对比例8
对比例8提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
对比例8与实施例5不同之处在于，所述十二烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的重量比为6:1。
对比例9
对比例9提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
对比例9与实施例5不同之处在于，所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中的碳化硅晶须的直径为100-600nm，长度为100μm，β型，购买自秦皇岛一诺高新材料开发有限公司，牌号为SiCW-98。
对比例10
对比例10提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
对比例10与实施例5不同之处在于，所述硅烷偶联剂为十八烷基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的混合物；所述十八烷基硅烷偶联剂购买自南京优普化工有限公司，牌号为UP-318。
对比例11
对比例11提供了一种耐切割、耐蠕变纤维，其由超高分子量聚乙烯组合物制备得到，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
对比例11与实施例5不同之处在于，所述硅烷偶联剂为甲基硅烷偶联剂和3-氨丙基三甲氧基硅烷的混合物；所述甲基硅烷偶联剂购买自南京优普化工有限公司，牌号为UP-302。
性能评价
1.产物防切割性测试：
可按国家标准GB24541-2009或欧标EN388测试，根据欧洲标准EN388，使用耐切割试验机，测试原丝的耐切割性，装置为Sodemat厂商按欧标EN388出品的试验机，将试样置于耐切割试验机装置台上，下面垫铝箔并水平移动，将所备用的圆形刀片置于试样上旋转按与试验移动的方向边旋转边前进，两者方向逆向，当试验被完全切断瞬间，圆形刀片与所垫铝箔接触通电，此时电路通知计数器切割终结，在整个过程中计数器始终处于记录中，所以可以得到试样耐切割性数据，试验后，耐切割水平是按与使用的标准样(为200g/m2的平面棉织布)在同条件下的切割水平相比较来评价。从标准样开始试验，试验样与标准样轮流交互进行切割试验，试验样进行3次后，最后标准样进行第四次试验，这一轮试验就结束。
可按下式算出评价值称作耐切割指数：
N＝(试验样在试验前标准样的计数器读数值+试验样在试验后标准样的计数器读数)/2；
指数＝(试验样的计数器读数值+N)/N
指数的分类
| 指数 | 耐切割级数 |
| 2.0-2.5 | 1 |
| 2.5-5.0 | 2 |
| 5.0-10 | 3 |
| 10.0-20.0 | 4 |
| >20.0 | 5 |
此外，试验使用的圆形刀片是OLFA公司制旋转式切割-L型，直径为45mm，材料为SKS-7钨钢，刀片厚度0.3mm。
2.抗撕强度测试：依据JB/T 1040-92进行测定。
3.耐蠕变性能测试：蠕变伸长率测试条件：在温度20±2℃、相对湿度63±3％条件下，施加应力为纤维断裂强力的50％，蠕变时间1d。
表1
Claims (10)
1.一种超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，包括如下组分：改性碳化硅晶须、超高分子量聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，所述改性碳化硅晶须的含量为超高分子量聚乙烯的0.5-10wt％。
3.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为100-400万。
4.根据权利要求3所述的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为200-240万。
5.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，所述改性碳化硅晶须中的碳化硅晶须为β晶型。
6.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，所述改性碳化硅晶须中的碳化硅晶须直径为100-600nm，长度为10-50μm。
7.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，所述改性碳化硅晶须为硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须。
8.根据权利要求7所述的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:(0.1-0.5)。
9.根据权利要求8所述的超高分子量聚乙烯组合物，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性的碳化硅晶须中所述碳化硅晶须和硅烷偶联剂的重量比1:(0.2-0.4)。
10.一种耐切割、耐蠕变纤维的制备方法，其特征在于，由权利要求1-9中任一项所述的超高分子量聚乙烯组合物制备得到，步骤包括：
(1)将改性碳化硅晶须和超高分子量聚乙烯混合均匀；
(2)将步骤(1)中的混合物经乳化机高速剪切搅拌，得到纺丝溶液；
(3)将纺丝溶液纺丝后，进行萃取和热牵伸得到纤维。
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