CN110042665B - 一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。所述改性UHMWPE纤维的组成从外到内依次为：PDA涂层、UHMWPE纤维内层。其中，活化PDA涂层由4～8层活化PDA粒子组成，具有稳定疏松多孔结构。活化PDA涂层与UHMWPE纤维存在强烈的非共价键作用；活化PDA涂层中，同层或非同层PDA粒子间通过与硅烷偶联剂发生化学反应生成的共价键连接在一起，形成稳定的活化PDA涂层结构。本发明利用投入的硅烷偶联剂与多巴胺的摩尔比，控制PDA的粒径，制备出疏松多孔PDA涂层；利用搅拌速率获得厚度适中的PDA层，利用合理投料方法获得稳定的活化PDA层结构。

Description

一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于化学纤维领域，尤其涉及了一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。
背景技术
作为第三代高性能纤维的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维具有轻质、高强度、高模量、抗冲击等优点，是聚合物基复合材料的理想增强材料。
然而，UHMWPE纤维的表面活性差、表面能低，导致其浸润性差、增强的复合材料界面粘结性差，从而限制了其在复合材料领域广泛应用。因此，研究UHMWPE纤维的表面改性方法，制备表面性能优异的UHMWPE纤维具有十分重要意义。目前改善UHMWPE 纤维表面的方法主要有两种：物理法与化学法，其中物理法包括等离子体处理、电晕处理与化学氧化刻蚀等，化学法包括化学接枝。这些改性方法主要通过增加UHMWPE纤维的比表面积、表面活性基团数以及表面浸润性达到提高粘结性的目的。申请号为 CN108796741A的中国发明专利公开了一种利用等离子体改善UHMWPE纤维表面性能的方法，发现等离子处理的UHMWPE纤维与EVA间的粘结性能得到有效提高。申请号为 CN102400284A的中国发明专利提供了一种辐照改善UHMWPE纤维表面性能方法。首先辐照处理UHMWPE无纬布，然后表面接枝带有活性基团的聚合物，纤维表面性能明显改善。申请号为CN107573549A的中国发明专利提供了一种聚多巴胺(PDA)改性UHMWPE 纤维表面性能的方法。首先用PDA涂覆纤维，然后在PDA层接枝乙二醇二环氧甘油醚与γ-缩水甘油醚，引入环氧基团，改善其粘结性能。然而，在现有技术中，等离子体、辐照改性纤维表面的方法对设备要求高，而且不易实现连续化生产；化学氧化法需要大量的强酸与强碱，易造成环境污染；而PDA涂覆法存在PDA间(以非共价键相互作用)作用力不强，PDA易脱落，PDA涂层致密，比表面积小，活性基团少，表面浸润性不理想的缺点。因此有必要开发一种新的表面改性UHMWPE纤维及其制备方法，使其具有生产成本低、环保，纤维改性层疏松多孔、结构稳定、表面活性基团含量高、浸润性好，拉伸强度无明显下降的特点，以便扩展UHMWPE纤维在复合材料领域的应用。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种表面改性UHMWPE纤维，其具有层疏松多孔、孔径可调控、富含活性基团、结构稳定、浸润性优异的特性。
所述改性UHMWPE纤维的组成从外到内依次为：活化聚多巴胺(PDA)表面涂层、UHMWPE纤维内层。其中，活化PDA涂层由4～8层活化PDA粒子组成(每层厚度约为 50-250nm)(化学反应后，活性基团被接枝到PDA粒子上，命名这种粒子为活化PDA粒子)，具有稳定疏松多孔结构。活化PDA涂层与UHMWPE纤维通过强烈的非共价键作用粘结；活化PDA涂层中，同层或非同层PDA粒子间通过与硅烷偶联剂发生化学反应生成的共价键连接在一起，形成稳定的活化PDA涂层结构；
所述的改性UHMWPE纤维中，表面元素C的含量为50～70wt％，O的含量为20～31wt％，N的含量为2～7wt％，Si的含量为7～15wt％，经FTIR检测发现，活性基团与-CH2-的红外吸收峰的面积比为1∶73～1∶50，活化PDA层的质量占UHMWPE纤维总质量的1.3～4.8wt％；
所述的活化PDA层的厚度为800～1000nm，表面孔径大小为100～700nm，BET 表面积为8～30m2/g，表面能为35～60mN/m(表征改性纤维的浸润性能，未改性纤维的表面能为27mN/m)；
所述的改性纤维的拉伸强度为3.82～3.89GPa，与未改性UHMWPE纤维相比，其强度保持率为97～99％；
所述的改性纤维依照GB/T 3921.3标准洗涤10次，干燥，清洗前后改性纤维的质量差为清洗前纤维质量的0.1％～0.3％。
本发明的第二个目的是提供一种表面改性UHMWPE纤维的制备方法，具体步骤是：
步骤1、UHMWPE纤维的清洗：
将UHMWPE纤维放入溶剂中清洗10～40min，取出干燥；其中溶剂为乙醇、丙酮和四氢呋喃中的一种或几种的混合物；
步骤2、可控孔径的PDA层改性UHMWPE纤维的制备
在PH为8～13的三(羟甲基)氨基甲烷-盐酸(Tris-HCl)缓冲溶液中同时加入多巴胺与硅烷偶联剂S1，搅拌10～40min后，加入UHMWPE纤维，反应一段时间；
所述的硅烷偶联剂S1的化学结构如式1所示；其中Y为短分子链，具体的是包含 2～8个亚甲基的烷烃链、包含1～10个-CH2OCH2-的分子链和包含1～3个亚甲基与1～ 8个-CH2O-的分子链中的一种。
Figure BDA0001983000390000031
所述的硅烷偶联剂(S1)与多巴胺的摩尔比为1∶300～1∶500，搅拌速率为500～3000rpm，反应时间为3～10h(纤维加入后的反应时间)；
作为优选，硅烷偶联剂与多巴胺的摩尔比为1∶400～1∶500，搅拌速率为1000～3000rpm，反应时间为4～10h；
步骤3、稳定结构的活化PDA层改性UHMWPE纤维的制备：
将硅烷偶联剂S2加入上述混合液中，水解反应2～10h，取出纤维，清洗，干燥；
所述的硅烷偶联剂S2的结构如式2所示；其中Z为短分子链，具体的是：当其端基为环氧时，Z的主链包含1～10个-CH2CH2O-；当其端基为-NH2时，Z的主链包含2～7 个亚甲基与1～5个-NH-；
Figure BDA0001983000390000032
所述的硅烷偶联剂S2与S1的摩尔比10∶1～5∶1；
作为优选，硅烷偶联剂S2与S1的摩尔比8∶1～5∶1；
所述的硅烷偶联剂S2与S1可以是结构完全相同的硅烷偶联剂，或S2中Z的端基为环氧基团(方案A)，S2与S1也可以是结构不同两种偶联剂，即S2中Z的端基为-NH2 (方案B)；
优选的具体方案A1：S1为(a)(见表1)时，S2为(a’)(见表2)；
优选的具体方案A2：S1为(c)(见表1)时，S2为(c’)(见表2)；
优选的具体方案A3：S1为(d)(见表1)时，S2为(d’)(见表2)；
优选的具体方案B1：S1为(b)(见表1)时，S2为(b’)(见表2)；
优选的具体方案B2：S1为(f)(见表1)时，S2为(f’)(见表2)；
优选的具体方案B3：S1为(g)(见表1)时，S2为(g’)(见表2)。
现有PDA涂覆改性UHMWPE纤维的原理如式3中的(1)所示：首先多巴胺氧化自聚，然后通过酚羟基的作用粘结到纤维表面，形成了致密的PDA涂层；致密的PDA涂层由几层单层的PDA层构成，单层的PDA层之间通过非共价键作用结合在一起，这样的PDA 涂层结构是不稳定的，存在两种缺陷：1、改性UHMWPE纤维的比表面积小、能参与活化反应的有效位点少、浸润性差；2、PDA易脱落。
Figure 2
本发明，首先利用同时将多巴胺与硅烷偶联剂S1投入Tris缓冲液，通过优选投料比，制备出结构疏松，孔径可控的PDA层改性UHMWPE纤维。这种方法的原理如式3中的(2)与(3)所示：通过硅烷偶联剂S1的环氧基团与多巴胺的氨基反应，优选调节反应过程中(a)形成的速率，实现本发明调控PDA粒径尺寸的目的，然后加入纤维，将具有一定尺度粒径的PDA沉积到纤维上形成疏松多孔结构的PDA涂层。PDA涂层的疏松多孔结构赋予改性纤维较大的表面积与活性反应位点(PDA上的酚羟基)。
本发明，硅烷偶联剂S2易于通过疏松多孔结构的PDA涂层的孔渗入到各个单层的PDA粒子之间，水解后生成的-OH与PDA的酚羟基(PDA层的活化位点)反应，在单层的PDA层间与层内形成共价键，获得稳定的PDA涂层；另外，硅烷偶联剂S2也将活性基团引入到PDA粒子上，增加了纤维的表面能，赋予PDA涂层良好的浸润性，稳定疏松多孔的活化PDA涂层改性UHMWPE纤维。
本发明将硅烷偶联剂S2与S1搭配使用，只有在最佳比例条件下才能获得本发明结构稳定、疏松多孔的活性PDA涂层。其中，S1主要用于调节PDA粒子的尺寸，获得疏松多孔结构的PDA涂层；虽然没有S1的加入，也能通过多巴胺的自聚反应产生PDA物质，但无法形成本发明所述的尺寸可控的PDA粒子，因而得到的PDA涂层结构是致密无孔的；S2的主要作用有三：(1)稳定PDA涂层的结构，(2)通过S2的活性基团赋予涂层良好的浸润性能，(3)调控孔径大小。另外，本发明对S2与S1的比例进行了优选，比例过大时，与S2反应的PDA上的酚羟基，消耗过多，导致PDA涂层与UHMWPE 纤维的粘结性能下降，比例过小时，PDA粒子间不能充分以化学键的方式连接起来，涂层稳定性变差。另外，S2与S1的比例过小，导致引入PDA粒子上的活性基团不多，纤维浸润性较差。
本发明具体方案A(S2中Z的端基为环氧)形成的活化PDA涂层的孔径与具体方案 B(S2中Z的端基为-NH2)形成的活化PDA涂层孔径差异明显；方案A中，Z的端基为环氧，形成的活化PDA涂层的孔径尺寸小；方案B中，Z的端基为-NH2，形成的活化 PDA涂层的孔径尺寸大；环氧基团与PDA不发生化学作用，PDA粒子间主要由S2水解生成的-OH与PDA的酚羟基反应形成的-O-Si-O-短链连接在一起，PDA粒子间的孔径较小；-NH2易于PDA上的活性位点酚羟基反应，而S2水解生成的-OH与PDA的酚羟基反应，PDA粒子间由一较长的-O-Si-Z-O-连接，PDA粒子间的孔径较大。
本发明活化PDA层的结构也受多巴胺与硅烷偶联剂的摩尔比、搅拌速率与投料方式的影响。首先，当硅烷偶联剂与多巴胺的比例过低时，将形成致密的PDA层；当硅烷偶联剂与多巴胺的比过高时，PDA不易被涂覆到UHMWPE纤维表面，只有两者比例适当，才能形成疏松多孔结构。搅拌速率过低时，PDA粒子在纤维上涂覆速率慢，涂覆不均匀；搅拌速率过大时，PDA粒子易于悬浮在溶剂中，涂覆效果差。只有当搅拌速率适中时，才能得到本发明所述的厚度适中的PDA涂层；投料工艺中要同时投入硅烷偶联剂S1与多巴胺，多巴胺聚合反应结束后再投入硅烷偶联剂S2，这样才能获得本发明所述的结构稳定的PDA活性涂层。
上述技术方案的核心思想是：利用投入的硅烷偶联剂与多巴胺的摩尔比，控制PDA的分子量和粒径，制备出疏松多孔PDA涂层；利用搅拌速率获得厚度适中的PDA层，利用合理投料方法获得稳定的活化PDA层结构。
综上所述，本发明相对于现有技术，具有以下优点和积极效果：
1、利用投入的硅烷偶联剂与多巴胺的摩尔比调节PDA的分子量与粒子尺度，制备出具有结构可控、疏松多孔的PDA层。纤维的比表面积大大提高，活性反应位点增加；
2、投入的硅烷偶联剂(S2)不仅通过共价键作用提升了PDA层的稳定性，还引入了活性基团，提高了纤维的表面能，改善了纤维的浸润性；
3、通过改变硅烷偶联剂S2与S1的配合方案，制备孔径可控、结构稳定的活性 PDA涂层；
4、工艺条件温和，原料利用率高，便于连续大规模生产。
附图说明
图1中(a)为现有PDA涂覆改性UHMWPE纤维表面的电镜图；
图1中(b)为本发明稳定疏松多孔的活化PDA涂层改性UHMWPE纤维的电镜图；
图1中(c)为图1(b)的局部放大电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。
比较例1多巴胺途覆过程中未加硅烷偶联剂(S1)的改性UHMWPE纤维
(1)将UHMWPE纤维浸入丙酮中超声处理20min，取出干燥。
(2)在PH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液中加入多巴胺与UHMWPE纤维，在速率为2500rpm搅拌条件下，反应2h。
(3)将与多巴胺摩尔比为1∶100的γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)加入上述混合液中，搅拌反应5h，取出纤维，洗涤，干燥。
所述的改性UHMWPE纤维中，表面C含量为75wt％，O含量为10wt％，N含量为7wt％，Si含量为8wt％，环氧基团与-CH2-的红外吸收峰面积比1∶80，PDA层在改性纤维中的质量分数为5.7％；
PDA层的厚度为1500nm，表面孔径为0nm，BET表面积为5m2/g，表面能为27.1 mN/m，改性纤维的强度保持率95％；
依照GB/T 3921.3标准洗涤10次，干燥。清洗前后改性纤维的质量差为清洗前纤维质量的0.7％。
比较例2未稳定PDA途层的改性UHMWPE纤维
(1)将UHMWPE纤维浸入丙酮中超声处理20min，取出干燥。
(2)在PH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液中同时加入KH560与多巴胺，其摩尔比为 1∶300，在搅拌速率为400rpm的条件下，反应30min，加入UHMWPE纤维，反应2h，取出纤维，洗涤，干燥。
所述的改性UHMWPE纤维中，表面C含量为80wt％，O含量为12wt％，N含量为7.5wt％，Si含量为0.5wt％，环氧基团与-CH2-的红外吸收峰面积比1∶97，PDA层在纤维中的质量分数为5.2％；
PDA层的厚度为600nm，表面孔径为80nm，BET表面积为7m2/g，表面能为29.2 mN/m，改性纤维的强度保持率96％；
依照GB/T 3921.3标准洗涤10次，干燥。清洗前后改性纤维的质量差为清洗前纤维质量的1.1％。
比较例3硅烷偶联剂与多巴胺摩尔比过大的改性UHMWPE纤维
(1)将纤维在丙酮中超声清洗20min，取出干燥。
(2)在PH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液中同时加入KH560与多巴胺，其摩尔比为 1∶100，在搅拌速率为300rpm的条件下，反应30min，加入UHMWPE纤维，反应2h。
(3)将与多巴胺摩尔比为1∶4的KH560加入上述混合液中，搅拌反应5h，取出纤维，洗涤，干燥。
所述的改性UHMWPE纤维中，表面C含量为62wt％，O含量为24wt％，N含量为4wt％，Si含量为10wt％，环氧基团与-CH2-的红外吸收峰面积比1∶78，PDA层在纤维中的质量分数为4.3％；
PDA层的厚度为500nm，表面孔径为30nm，BET表面积为6m2/g，表面能为28.7 mN/m，改性纤维的强度保持率96％；
依照GB/T 3921.3标准洗涤10次，干燥。清洗前后改性纤维的质量差为清洗前纤维质量的0.3％。
实施例1
(1)将纤维在丙酮中超声清洗20min，取出干燥。
(2)在PH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液中同时加入硅烷偶联剂S1与多巴胺，其摩尔比为1∶300，在搅拌速率为500rpm的条件下，反应10min，加入UHMWPE纤维，反应3h。
(3)将与步骤(2)中的S1摩尔比为10∶1的硅烷偶联剂S2加入上述混合液中，搅拌反应10h，取出纤维，洗涤，干燥。
所述的改性UHMWPE纤维中，表面C含量为70wt％，O含量为20wt％，N含量为2wt％，Si含量为8wt％，环氧基团与-CH2-的红外吸收峰面积比1∶73，PDA层在纤维中的质量分数为1.3％；
PDA层的厚度为800nm，表面孔径为100nm，BET表面积为8m2/g，表面能为30.0 mN/m，改性纤维的强度保持率97％；
依照GB/T 3921.3标准洗涤10次，干燥。清洗前后改性纤维的质量差为清洗前纤维质量的0.1％。
实施例2
(1)将纤维在丙酮中超声清洗20min，取出干燥。
(2)在PH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液中同时加入硅烷偶联剂S1与多巴胺，其摩尔比为1∶500，在搅拌速率为500rpm的条件下，反应40min，加入UHMWPE纤维，反应10h。
(3)将与步骤(2)中的S1摩尔比为6∶1的硅烷偶联剂S2加入上述混合液中，搅拌反应8h，取出纤维，洗涤，干燥。
所述的改性UHMWPE纤维中，表面C含量为58wt％，O含量为23wt％，N含量为7wt％，Si含量为12wt％，环氧基团与-CH2-的红外吸收峰面积比1∶59，PDA层在纤维中的质量分数为4.8％；
PDA层的厚度为1000nm，表面孔径为700nm，BET表面积为30m2/g，表面能为60.0mN/m，改性纤维的强度保持率97％；
依照GB/T 3921.3标准洗涤10次，干燥。清洗前后改性纤维的质量差为清洗前纤维质量的0.2％。
实施例3
(1)将纤维在丙酮中超声清洗20min，取出干燥。
(2)在PH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液中同时加入硅烷偶联剂S1与多巴胺，其摩尔比为1∶450，在搅拌速率为1500rpm的条件下，反应30min，加入UHMWPE纤维，反应6h。
(3)将与步骤(2)中的S1摩尔比为7∶1的硅烷偶联剂S2加入上述混合液中，搅拌反应10h，取出纤维，洗涤，干燥。
所述的改性UHMWPE纤维中，表面C含量为64wt％，O含量为25wt％，N含量为3wt％，Si含量为9wt％，环氧基团与-CH2-的红外吸收峰面积比1∶62，PDA层在纤维中的质量分数为2.8％；
PDA层的厚度为920nm，表面孔径为400nm，BET表面积为20m2/g，表面能为45.0mN/m，改性纤维的强度保持率99％；
依照GB/T 3921.3标准洗涤10次，干燥。清洗前后改性纤维的质量差为清洗前纤维质量的0.14％。
实施例4
(1)将纤维在丙酮中超声清洗20min，取出干燥。
(2)在PH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液中同时加入硅烷偶联剂S1与多巴胺，其摩尔比为1∶400，在搅拌速率为3000rpm的条件下，反应20min，加入UHMWPE纤维，反应4h。
(3)将与步骤(2)中的S1摩尔比为5∶1的KH560加入上述混合液中，搅拌反应 2h，取出纤维，洗涤，干燥。
所述的改性UHMWPE纤维中，表面C含量为67wt％，O含量为22wt％，N含量为3wt％，Si含量为8wt％，-NH2与-CH2-的红外吸收峰面积比1∶82，PDA层在纤维中的质量分数为2.0％；
PDA层的厚度为870nm，表面孔径为300nm，BET表面积为25m2/g，表面能为 36.0mN/m，改性纤维的强度保持率98％；
依照GB/T 3921.3标准洗涤10次，干燥。清洗前后改性纤维的质量差为清洗前纤维质量的0.16％。
实施例5
(1)将纤维在乙醇中超声清洗20min，取出干燥。
(2)在PH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液中同时加入硅烷偶联剂S1与多巴胺，其摩尔比为1∶500，在搅拌速率为1000rpm的条件下，反应15min，加入UHMWPE纤维，反应10h。
(3)将与步骤(2)中的S1摩尔比为8∶1的硅烷偶联剂S2加入上述混合液中，搅拌反应6h，取出纤维，洗涤，干燥。
所述的改性UHMWPE纤维中，表面C含量为54wt％，O含量为27wt％，N含量为6wt％，Si含量为13wt％，-NH2与-CH2-的红外吸收峰面积比1∶57，PDA层在纤维中的质量分数为3.7％；
PDA层的厚度为960nm，表面孔径为600nm，BET表面积为27m2/g，表面能为 55.0mN/m，改性纤维的强度保持率97％；
依照GB/T 3921.3标准洗涤10次，干燥。清洗前后改性纤维的质量差为清洗前纤维质量的0.13％。
实施例6
(1)将纤维在乙醇中超声清洗20min，取出干燥。
(2)在PH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液中同时加入硅烷偶联剂S1与多巴胺，其摩尔比为1∶480，在搅拌速率为2000rpm的条件下，反应25min，加入UHMWPE纤维，反应8h。
(3)将与步骤(2)中的S1摩尔比为6∶1的硅烷偶联剂S2加入上述混合液中，搅拌反应7h，取出纤维，洗涤，干燥。
所述的改性UHMWPE纤维中，表面C含量为60wt％，O含量为25wt％，N含量为5wt％，Si含量为10wt％，-NH2与-CH2-的红外吸收峰面积比1∶62，PDA层在纤维中的质量分数为3.1％；
PDA层的厚度为940nm，表面孔径为650nm，BET表面积为26m2/g，表面能为 50.0mN/m，改性纤维的强度保持率98％；
依照GB/T 3921.3标准洗涤10次，干燥。清洗前后改性纤维的质量差为清洗前纤维质量的0.15％。
实施例7
(1)将纤维在乙醇中超声清洗20min，取出干燥。
(2)在PH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液中同时加入硅烷偶联剂S1与多巴胺，其摩尔比为1∶420，在搅拌速率为1800rpm的条件下，反应35min，加入UHMWPE纤维，反应8h。
(3)将与步骤(2)中的S1摩尔比为5∶1的硅烷偶联剂S2加入上述混合液中，搅拌反应10h，取出纤维，洗涤，干燥。
所述的改性UHMWPE纤维中，表面C含量为59wt％，O含量为23wt％，N含量为6wt％，Si含量为12wt％，-NH2与-CH2-的红外吸收峰面积比1∶60，PDA层在纤维中的质量分数为3.4％；
PDA层的厚度为900nm，表面孔径为670nm，BET表面积为28m2/g，表面能为 53.0mN/m，改性纤维的强度保持率98％；
依照GB/T 3921.3标准洗涤10次，干燥。清洗前后改性纤维的质量差为清洗前纤维质量的0.17％。
实施例8～15
依照实施例8～15的步骤如上述实施例，实施例8～15的工艺对应表3中的数据，S1与S2对应表1与表2，改性纤维的性能对应表4。
图1(a)为现有PDA涂覆改性UHMWPE纤维表面的电镜图。实施例1-15制备得到的改性纤维电镜图如图1(b)、(c)所示。
Figure 8
Figure 9
Figure 3
Figure 11
Figure 12
Figure 13
Figure 1

Claims (4)

1.一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、UHMWPE纤维的清洗：
将UHMWPE纤维放入溶剂中清洗10～40min，取出干燥；其中溶剂为乙醇、丙酮和四氢呋喃中的一种或几种的混合物；
步骤2、可控孔径的聚多巴胺PDA层改性UHMWPE纤维的制备
在pH为8～13的三(羟甲基)氨基甲烷-盐酸缓冲溶液中同时加入多巴胺与硅烷偶联剂S1，搅拌10～40min后，加入UHMWPE纤维，反应3～10h；所述的硅烷偶联剂S1与多巴胺的摩尔比为1：300～1：500，搅拌速率为500～3000rpm；
所述的硅烷偶联剂S1的化学结构如式1所示：
Figure FDA0003242783350000011
其中Y为短分子链，具体的是包含2～8个亚甲基的烷烃链、包含1～10个-CH2OCH2-的分子链和包含1～3个亚甲基与1～8个-CH2O-的分子链中的一种；
步骤3、稳定结构的活化聚多巴胺PDA层改性UHMWPE纤维的制备：
将硅烷偶联剂S2加入步骤(2)处理后的混合液中，水解反应2～10h，取出纤维，清洗，干燥；所述的硅烷偶联剂S2与硅烷偶联剂S1的摩尔比10:1～5:1；
所述的硅烷偶联剂S2的结构如式2所示：
Figure FDA0003242783350000012
其中Z为短分子链，具体的是：
当其端基为环氧时,硅烷偶联剂S2的结构式为
Figure FDA0003242783350000013
Figure FDA0003242783350000021
当其端基为-NH2时，Z的主链包含2～7个亚甲基与1～5个-NH-；
上述得到的表面改性超高分子量聚乙烯纤维，表面元素C的含量为50～70wt％，O的含量为20～31wt％，N的含量为2～7wt％，Si的含量为7～15wt％，经FTIR检测发现，活性基团与-CH2-的红外吸收峰的面积比为1:73～1:50；从外到内依次包括活化聚多巴胺PDA表面涂层、UHMWPE纤维内层；其中，活化聚多巴胺PDA涂层由4～8层活化聚多巴胺PDA粒子组成，具有稳定疏松多孔结构；所述的活化聚多巴胺PDA粒子为表面接枝有活性基团的聚多巴胺PDA粒子；活化聚多巴胺PDA涂层与UHMWPE纤维通过非共价键作用粘结；活化聚多巴胺PDA涂层中，同层或非同层的聚多巴胺PDA粒子间通过与硅烷偶联剂发生化学反应生成的共价键连接在一起，形成稳定的活化聚多巴胺PDA涂层结构。
2.如权利要求1所述的一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于硅烷偶联剂S1与多巴胺的摩尔比为1：400～1：500，搅拌速率为1000～3000rpm，反应时间为4～10h。
3.如权利要求1所述的一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于硅烷偶联剂S2与硅烷偶联剂S1的摩尔比为8:1～5:1。
4.如权利要求1所述的一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于硅烷偶联剂S1为
Figure FDA0003242783350000022
时，硅烷偶联剂S2为
Figure FDA0003242783350000023
硅烷偶联剂S1为
Figure FDA0003242783350000024
时，硅烷偶联剂S2为
Figure FDA0003242783350000025
硅烷偶联剂S1为
Figure FDA0003242783350000026
时，硅烷偶联剂S2为
Figure FDA0003242783350000031
硅烷偶联剂S1为
Figure FDA0003242783350000032
时，硅烷偶联剂S2为
Figure FDA0003242783350000033
硅烷偶联剂S1为
Figure FDA0003242783350000034
时，硅烷偶联剂S2为
Figure FDA0003242783350000035
硅烷偶联剂S1为
Figure FDA0003242783350000036
时，硅烷偶联剂S2为
Figure FDA0003242783350000037
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