CN110552193A - 一种改性超高分子量聚乙烯纤维、织物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种改性超高分子量聚乙烯纤维、织物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于纤维表面改性领域，公开了一种改性超高分子量聚乙烯纤维、织物及其制备方法和应用。所述纤维包括超高分子量聚乙烯纤维，以及生长在所述超高分子量聚乙烯纤维表面的氧化锌纳米线层。进一步地所述氧化锌纳米线层占超高分子量聚乙烯纤维质量的1～10％，所述超高分子量聚乙烯纤维和氧化锌纳米线层之间还包括化学包覆层，所述氧化锌纳米线层表面还覆盖化学包覆层。上述改性纤维表面的化学活性得到有效提高，通过在纤维表面引入羟基、氨基等活性基团，增强纤维和树脂基体的粘合能力；氧化锌纳米线微结构既可以为纤维和树脂基体之间提供锚定作用，又能增加织物的防穿刺能力，还可以赋予织物抗紫外性能和抗菌性能。

Description

一种改性超高分子量聚乙烯纤维、织物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纤维表面改性领域，涉及一种改性超高分子量聚乙烯纤维、织物及其制备方法和应用，具体涉及一种由化学包覆和氧化锌纳米线结合改性的超高分子量聚乙烯纤维、织物及其制备方法和应用。
背景技术
超高分子量聚乙烯纤维(也称“UHMWPE纤维”)是世界三大高性能纤维之一，也是我国唯一具有自主知识产权制造技术和国际市场竞争力的高性能纤维。与其他纤维品种(包括碳纤维和芳纶)相比，UHMWPE纤维兼具轻质、高强、高模、抗冲击、耐磨损、耐腐蚀、耐辐照等优点，在防弹、防爆、工业防护、航空航天、海洋工程、深海渔业、生命健康等领域广泛应用，是关系到国家安全和经济发展的重要战略性高性能材料之一。
UHMWPE纤维作为树脂材料的增强体在复合材料中应用广泛，但同时仍存在许多问题。UHMWPE纤维增强树脂基复合材料的性能主要取决于纤维与树脂基体之间的界面结合力。然而UHMWPE纤维本身表面惰性大、活性官能团少，导致其与树脂基体的界面粘结性差且存在较多的缺陷，使材料层间剪切性能较低，很大程度上也影响了复合材料的整体力学性能，限制了其应用范围。因此，为了更加全面提高复合材料性能，需要对UHMWPE纤维表面进行改性，增加纤维和树脂间的界面强度。
此外随着应用需求的拓展，功能化UHMWPE织物也亟需研究，如使UHMWPE织物具备防紫外、抗菌等功能。
发明内容
本发明的主要目的是解决现有UHMWPE纤维表面光滑、化学惰性大、与树脂浸润性差而导致UHMWPE纤维增强树脂基复合材料力学性能较差等问题，进而提供一种化学包覆方法和表面生长氧化锌纳米线协同作用的改性UHMWPE纤维及其制备方法，该方法可以有效地提高UHMWPE纤维表面的化学活性，并且能够在纤维表面构筑氧化锌纳米线微结构提高其粗糙程度，从而增强纤维和树脂的粘合能力，改善界面性能。并且由于氧化锌的硬度较大，因此对织物的防穿刺能力也具有一定的提升。此外由于纳米氧化锌具有优异的紫外吸收性能以及抗菌性能，因此本发明对织物的抗紫外辐射能力和抗菌能力也有一定的提升。
本发明提供了一种改性超高分子量聚乙烯纤维，所述纤维包括超高分子量聚乙烯纤维，以及生长在所述超高分子量聚乙烯纤维表面的氧化锌纳米线层。
优选地，所述氧化锌纳米线占超高分子量聚乙烯纤维质量的1～10％，例如2～6％，示例性地，占2、4或6％。
根据本发明的实施方案，所述超高分子量聚乙烯纤维和氧化锌纳米线层之间还包括化学包覆层。
根据本发明的实施方案，所述氧化锌纳米线层表面还覆盖化学包覆层。
根据本发明，所述化学包覆层的包覆物选自多酚类化合物、多胺类化合物、以及多酚类化合物和多胺类化合物的聚合产物中的至少一种；
例如，所述多酚类化合物选自多巴胺、单宁酸、没食子儿茶素、儿茶素和邻苯二酚中的一种、两种或更多种，优选地，所述多酚类化合物选自多巴胺、单宁酸、没食子儿茶素、儿茶素或邻苯二酚；
例如，所述多胺类化合物选自多乙烯多胺类化合物，优选地，所述多乙烯多胺类化合物选自三乙烯四胺、四乙烯五胺和五乙烯六胺中的一种、两种或三种。
本发明还提供一种改性的超高分子量聚乙烯纤维织物，该织物由上述改性超高分子量聚乙烯纤维编织而成。
本发明还提供另一种改性的超高分子量聚乙烯纤维织物，该织物由超高分子量聚乙烯纤维编织而成，所述织物还包括生长在所述超高分子量聚乙烯纤维表面的氧化锌纳米线层。
优选地，所述氧化锌纳米线占超高分子量聚乙烯纤维质量的1～10％，例如2～6％，示例性地，占2、4或6％；
根据本发明的实施方案，所述超高分子量聚乙烯纤维和氧化锌纳米线层之间还包括化学包覆层；
根据本发明的实施方案，所述氧化锌纳米线层表面还覆盖化学包覆层；
其中，所述化学包覆层具有如上文相同的含义。
本发明还提供了上述改性超高分子量聚乙烯纤维或改性超高分子量聚乙烯纤维织物的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)合成纳米氧化锌晶种分散液；
(2)在超高分子量聚乙烯纤维或由超高分子量聚乙烯纤维编织的织物表面生长氧化锌纳米线。
本发明还提供上述改性超高分子量聚乙烯纤维织物的制备方法，其包括以下步骤：
(a)采用包括以下步骤的方法制备改性超高分子量聚乙烯纤维：
(1)合成纳米氧化锌晶种分散液；
(2)在超高分子量聚乙烯纤维表面生长氧化锌纳米线；
(b)用上述改性超高分子量聚乙烯纤维编织成所述织物。
根据本发明制备方法，步骤(1)中合成纳米氧化锌晶种分散液包括以下步骤：
(1-1)制备乙酸锌乙醇母液；
(1-2)制备氢氧化钠乙醇母液；
(1-3)将乙酸锌乙醇溶液和氢氧化钠乙醇溶液分别加热至50～70℃后混合，于50～70℃温度下保温搅拌40～60min，冷却至室温即得到纳米氧化锌晶种分散液。
其中，步骤(1-1)所述乙酸锌乙醇母液的浓度为0.5～15mg/mL，如1～10mg/mL，例如0.8mg/mL、2mg/mL、4mg/mL、4.2mg/mL、5mg/mL、10mg/mL；示例性地，将0.1～0.5g二水合乙酸锌溶解于50～120mL乙醇中；
所述乙酸锌乙醇母液由以下操作制备得到：将二水合乙酸锌溶解于乙醇中，随后在温度为40～60℃、搅拌速度为200～600r/min的条件下加热搅拌3～10min，冷却至室温，得到乙酸锌乙醇母液。
其中，步骤(1-2)所述氢氧化钠乙醇母液的浓度为0.2～2mg/mL，例如0.36mg/mL、0.625mg/mL、0.7mg/mL、0.75mg/mL、0.86mg/mL、1.5mg/mL；示例性地，将0.05～0.12g氢氧化钠溶解于80～140mL乙醇中；
所述氢氧化钠乙醇母液由以下操作制备得到：将氢氧化钠溶解于乙醇中，随后在温度为40～60℃、搅拌速度为200～600r/min的条件下加热搅拌3～10min，冷却至室温，得到氢氧化钠乙醇母液。
其中，步骤(1-3)中所述乙酸锌乙醇溶液由步骤(1-1)所述乙酸锌乙醇母液稀释得到，优选地，所述乙酸锌乙醇溶液的浓度为乙酸锌乙醇母液浓度的1/(5～15)，优选1/(6～12)，例如1/6、1/8、1/12；示例性地，取乙酸锌乙醇母液30～60mL，加入乙醇，保证乙酸锌乙醇溶液的体积为360mL；
步骤(1-3)中所述氢氧化钠乙醇溶液由步骤(1-2)所述氢氧化钠乙醇母液稀释得到，优选地，所述氢氧化钠乙醇溶液的浓度为氢氧化钠乙醇母液浓度的1/(2～6)，优选1/(2～5)，例如3/14、3/7；示例性地，取氢氧化钠乙醇母液30～60mL，加入乙醇，保证氢氧化钠乙醇溶液的体积为140mL；
优选地，所述乙酸锌乙醇溶液和氢氧化钠乙醇溶液加热至50～70℃时需要在200～600r/min的搅拌条件下进行；优选地，所述乙酸锌乙醇溶液和氢氧化钠乙醇溶液混合时的体积比为(15～20):(5～10)，例如18:7；示例性地，将360mL乙酸锌乙醇溶液和140mL氢氧化钠乙醇溶液混合，制备500mL纳米氧化锌晶种分散液；如需大量或少量制备纳米氧化锌晶种分散液，可按比例放大或缩小相关物料用量。
根据本发明制备方法，步骤(2)中所述超高分子量聚乙烯纤维或由超高分子量聚乙烯纤维编织的织物表面生长氧化锌纳米线包括以下步骤：
(2-1)着种：将超高分子量聚乙烯纤维或由超高分子量聚乙烯纤维编织的织物浸泡于步骤(1)所述氧化锌晶种分散液中，随后取出烘烤，得到着种后的超高分子量聚乙烯纤维或织物；
(2-2)将六水合硝酸锌水溶液、乌洛托品(六亚甲基四胺)水溶液和上述着种后的超高分子量聚乙烯纤维或织物进行水热反应，反应完成后取出超高分子量聚乙烯纤维或织物，洗涤、干燥，得到表面生长有氧化锌纳米线的超高分子量聚乙烯纤维或织物。
优选地，步骤(2-1)中，所述超高分子量聚乙烯纤维或由超高分子量聚乙烯纤维编织的织物可以选自丙酮或乙醇洗涤干燥后的纯净超高分子量聚乙烯纤维或织物，或者表面附着化学包覆层的超高分子量聚乙烯纤维或织物；
优选地，所述化学包覆层的包覆物选自多酚类化合物、多胺类化合物、以及多酚类化合物和多胺类化合物的聚合产物中的至少一种；
例如，所述多酚类化合物选自多巴胺、单宁酸、没食子儿茶素、儿茶素和邻苯二酚中的一种、两种或更多种，优选地，所述多酚类化合物选自多巴胺、单宁酸、没食子儿茶素、儿茶素或邻苯二酚；
例如，所述多胺类化合物选自多乙烯多胺类化合物，优选地，所述多乙烯多胺类化合物选自三乙烯四胺、四乙烯五胺和五乙烯六胺中的一种、两种或三种。
优选地，所述表面附着化学包覆层的超高分子量聚乙烯纤维或织物由以下步骤制备得到：
①将多酚类化合物和/或多胺类化合物加入碱性缓冲液中，配制浓度为1～8mg/mL的多酚和/或多胺溶液；
优选地，所述碱性缓冲溶液选自硼酸-氯化钾-氢氧化钠缓冲液、磷酸氢二钠-氢氧化钠缓冲液、磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液和Tris-HCl缓冲液中的至少一种；示例性地，所述碱性缓冲溶液选自磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液或Tris-HCl缓冲液；
优选地，所述多酚化合物与多胺化合物的质量比范围为(1:2)～(4:1)。
②将用丙酮或乙醇洗涤干燥后的超高分子量聚乙烯纤维或织物浸入步骤①所得溶液中，随后在摇床上以40～100rmp的速度震荡反应4～24h，取出纤维或织物洗涤、干燥，得到化学包覆改性的超高分子量聚乙烯纤维或织物；
优选地，为了增加浸润性，震荡反应前可在步骤①溶液中加入体积分数为10～20％的乙醇；
优选地，所述洗涤为采用去离子水冲洗多次。
优选地，步骤(2-1)中，所述浸泡时间为5～15min(例如10min)，烘烤温度60～85℃(例如85℃)，烘烤15～30min(例如20min)，烘烤是为了增加氧化锌晶种在纤维和织物上的附着力；
优选地，上述浸泡和烘烤的操作可以重复多次，例如重复2～5次，示例性地，重复3次。
优选地，步骤(2-1)中，所述六水合硝酸锌水溶液和乌洛托品水溶液的浓度均为0.02～0.2mol/L，例如0.03～0.15mol/L，示例性地，浓度均为0.03mol/L；
所述水热反应的温度为60～90℃，反应时间4～12h；示例性地，85℃反应6h；
优选地，所述洗涤为采用去离子水冲洗多次。
根据本发明的实施方案，所述改性超高分子量聚乙烯纤维、织物的制备方法还包括步骤(3)，对步骤(2)所得的表面生长有氧化锌纳米线的超高分子量聚乙烯纤维或织物进行后处理，所述后处理为在纤维或织物表面附着化学包覆层；优选地，所述化学包覆层具有与上述步骤(2-1)中相同的含义。
进一步的，本发明还提供由上述制备方法得到的改性超高分子量聚乙烯纤维或织物。
进一步的，本发明还提供一种超高分子量聚乙烯纤维增强树脂基复合材料，所述复合材料包含上述改性超高分子量聚乙烯纤维；优选地，所述超高分子量聚乙烯纤维增强树脂基复合材料中的树脂可以选自聚烯烃树脂、水性聚氨酯树脂、乙烯基酯树脂和环氧树脂中的至少一种。
进一步的，本发明还提供上述改性超高分子量聚乙烯纤维在制备超高分子量聚乙烯纤维增强树脂基复合材料中的用途。
进一步的，本发明还提供上述改性超高分子量聚乙烯纤维在复合材料增强体和防穿刺织物方面的用途。
本发明的有益效果：
①本发明通过前处理的化学包覆法可以有效提高超高分子量聚乙烯纤维表面的化学活性，在纤维表面引入羟基、氨基等活性基团，从而可以增强纤维和树脂基体的粘合能力；
②本发明通过水热法在超高分子量聚乙烯纤维表面生长氧化锌纳米线微结构，增加纤维表面的粗糙程度，硬质的氧化锌纳米线既可以为纤维和树脂基体之间提供锚定作用，又可以增加织物的防穿刺能力；
③本发明通过后处理的化学包覆法在纤维表面进一步引入活性基团的同时还能加固氧化锌纳米线与纤维之间的结合；
④本发明在超高分子量聚乙烯织物表面引入纳米氧化锌结构，可以提升织物的抗紫外性能和抗菌性能。
附图说明
图1为未改性UHMWPE纤维的扫描电镜图，放大倍率为15000倍；
图2为实施例1得到的改性UHMWPE纤维的扫描电镜图，放大倍率为10000倍；
图3为实施例1得到的改性UHMWPE纤维的扫描电镜图，放大倍率为150000倍；
图4为实施例1得到的改性UHMWPE纤维的X射线多晶衍射谱图；
图5为实施例1得到的改性UHMWPE纤维的热重分析结果图；
图6为实施例2得到的改性UHMWPE纤维的扫描电镜图，放大倍率为150000倍；
图7为实施例5得到的改性UHMWPE织物的穿刺测试结果图；
图8为实施例6得到的UHMWPE织物夹层复合材料的层间剪切测试结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。此外，应理解，在阅读了本发明所公开的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的保护范围之内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
部分仪器信息如下：
材料万能试验机：深圳三思材料试验机公司，UTM16555；
扫描电子显微镜：日本，JEOL，JSM-7500F；
X射线多晶衍射仪：荷兰，帕纳科，Empyrean。
实施例1
合成纳米氧化锌晶种：取0.2195g二水合乙酸锌加入80mL乙醇中，50℃下搅拌5min，得到乙酸锌乙醇溶液；取0.08g氢氧化钠加入100mL乙醇中，50℃下搅拌5min，得到氢氧化钠乙醇溶液；上述溶液均冷却至室温后，取40mL乙酸锌乙醇溶液加入320mL乙醇中，另取40mL氢氧化钠乙醇溶液加入100mL乙醇中，分别加热至65℃，随后混合保持65℃，搅拌30min，随后冷却至室温得到纳米氧化锌晶种分散液。
着种：将用乙醇洗涤干燥后的纯净UHMWPE纤维，浸入上述氧化锌晶种分散液中，浸泡10min，随后放入85℃的烘箱中烘烤20min以增加附着力；如此浸泡-烘烤重复3次，得到着种后的UHMWPE纤维。
UHMWPE纤维表面生长氧化锌：在70mL去离子水中加入0.294g乌洛托品和0.625g六水合硝酸锌，充分混合均匀加入水热釜中，再将着种后的UHMWPE纤维浸入，密封后置于85℃烘箱中，反应6h，得到表面生长有氧化锌纳米线的UHMWPE纤维。
使用扫描电子显微镜对实施例1制备得到的氧化锌纳米线改性的UHMWPE纤维表面进行微观形貌的观察，如图2和图3所示，图2是放大10000倍的结果，图3是放大150000倍的结果，可以看出纤维表面生长有致密的氧化锌纳米线。与图1(未改性的UHMWPE纤维的扫描电镜图，放大倍率为15000倍)相比，明显看出改性后的UHMWPE纤维表面更加粗糙。
使用X射线多晶衍射对纤维表面进行表征，结果如图4所示，可以看出，改性后的纤维表面能够观察到许多新的特征衍射峰，分别是31.8°(100)、34.5°(002)、36.3°(101)、47.6°(102)、56.7°(110)、62.9°(103)、66.4°(200)、68.1°(112)和69.3°(201)，这些衍射峰与标准图谱中六方纤锌矿结构衍射峰相符，并且36.3°处(101)晶面衍射峰的相对强度高于其他衍射峰的强度，这一特征说明UHMWPE纤维表面的氧化锌纳米线是沿着六方纤锌矿晶格的c轴方向择优生长。同时，图谱中没有出现其他衍射峰，说明纤维表面的氧化锌纳米线纯度高，结晶度好。
使用热重分析对改性后的纤维进行表征，结果如图5所示，发现改性后的纤维的热稳定性并未发生变化，且表面所生长的氧化锌纳米线质量分数约为4％。
通过单丝拔出实验对改性后的纤维进行测试，发现改性后纤维和环氧树脂之间的界面剪切强度提升25％。
实施例2
氧化锌纳米晶种分散液合成与实施例1相同，不同之处在于着种所用纤维在着种及生长氧化锌之前经过化学包覆预处理，处理步骤如下：取130mL pH为8.5的Tris-HCl缓冲液，加入20mL乙醇，随后加入0.3g单宁酸，充分溶解后浸入UHMWPE纤维，敞口轻微震荡反应8h，取出后用去离子水洗涤干燥，得到单宁酸包覆的UHMWPE纤维，后续着种及生长氧化锌纳米线的步骤同实施例1。
使用扫描电子显微镜对实施例2制备得到的氧化锌纳米线改性的UHMWPE纤维表面进行微观形貌的观察，如图6所示，是放大150000倍的结果，可以看出与实施例1相比，经过单宁酸改性后再生长得到的氧化锌纳米线直径更大，且更为规整，这是由于单宁酸对锌离子有较强的络合能力而致。
通过单丝拔出实验对改性后的纤维进行测试，发现改性后纤维和环氧树脂之间的界面剪切强度提升34％。
实施例3
氧化锌纳米晶种分散液合成及纤维表面氧化锌纳米线生长与实施例1相同，不同之处在于纤维表面生长氧化锌纳米线之后又经过化学包覆后处理，处理步骤如下：取130mLpH为8.5的Tris-HCl缓冲液，加入20mL乙醇，0.3g多巴胺，充分溶解后浸入UHMWPE纤维，敞口轻微震荡反应8h，取出后用去离子水洗涤干燥，得到氧化锌纳米线和多巴胺后包覆改性的UHMWPE纤维。
通过单丝拔出实验对改性后的纤维进行测试，发现改性后纤维和环氧树脂之间的界面剪切强度提升32％。
实施例4
氧化锌纳米晶种分散液合成与实施例1相同，不同之处在于着种所用纤维在着种及生长氧化锌之前经过化学包覆预处理，处理步骤如下：取130mL pH为8.5的Tris-HCl缓冲液，加入20mL乙醇，随后加入0.3g儿茶酚和0.3g四乙烯五胺，充分溶解后浸入UHMWPE纤维，敞口轻微震荡反应8h，取出后用去离子水洗涤干燥，得到儿茶酚-四乙烯五胺包覆的UHMWPE纤维，后续着种及生长氧化锌纳米线的步骤同实施例1，最后又进行化学包覆后处理，处理步骤同实施例3，最后得到经过氧化锌纳米线和前后两次包覆改性的UHMWPE纤维。
通过单丝拔出实验对改性后的纤维进行测试，发现改性后纤维和环氧树脂之间的界面剪切强度提升40％。
实施例5
氧化锌纳米晶种分散液合成与实施例1相同，不同之处在于着种所用材料为UHMWPE纤维织物，且在着种及生长氧化锌之前经过化学包覆预处理，化学包覆预处理步骤如下：取130mL pH为8.5的Tris-HCl缓冲液，加入20mL乙醇，随后加入0.3g儿茶酚和0.6g四乙烯五胺，充分溶解后浸入UHMWPE纤维，敞口轻微震荡反应8h，取出后用去离子水洗涤干燥，得到儿茶酚-四乙烯五胺包覆的UHMWPE纤维，后续着种及生长氧化锌纳米线的步骤同实施例1。
对得到的改性后的织物用穿刺夹具进行测试，测试曲线如图7所示，改性后的织物抗穿刺能力有所提升，穿刺功增加约40％。
实施例6
改性织物制备方法同实施例1，不同之处在于着种所用材料为UHMWPE纤维织物。用所得织物制备夹层复合材料，夹层复合材料的制备方法如下：将织物裁剪成10cm×1.5cm的薄片，夹在截面为8cm×1.5cm，深度为4mm的模具中间，随后向其中灌注已溶解有固化剂的环氧树脂，室温固化24h，将材料从模具中取出并除去边缘多余织物即可得到。使用三点弯曲法测试所得复合材料的层间剪切性能，测试曲线如图8所示，改性后复合材料的层间剪切强度提升约28％。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改性超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，所述纤维包括超高分子量聚乙烯纤维，以及生长在所述超高分子量聚乙烯纤维表面的氧化锌纳米线层。
2.根据权利要求1所述的改性超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，所述氧化锌纳米线占超高分子量聚乙烯纤维质量的1～10％；
优选地，所述超高分子量聚乙烯纤维和氧化锌纳米线层之间还包括化学包覆层；
优选地，所述氧化锌纳米线层表面还覆盖化学包覆层；
优选地，所述化学包覆层的包覆物选自多酚类化合物、多胺类化合物、以及多酚类化合物和多胺类化合物的聚合产物中的至少一种；
优选地，所述多酚类化合物选自多巴胺、单宁酸、没食子儿茶素、儿茶素和邻苯二酚中的一种、两种或更多种；
优选地，所述多胺类化合物选自多乙烯多胺类化合物，所述多乙烯多胺类化合物选自三乙烯四胺、四乙烯五胺和五乙烯六胺中的一种、两种或三种。
3.一种改性的超高分子量聚乙烯纤维织物，其特征在于，该织物由权利要求1或2所述改性超高分子量聚乙烯纤维编织而成。
4.一种改性的超高分子量聚乙烯纤维织物，其特征在于，该织物由超高分子量聚乙烯纤维编织而成，所述织物还包括生长在所述超高分子量聚乙烯纤维表面的氧化锌纳米线层；
优选地，所述氧化锌纳米线占超高分子量聚乙烯纤维质量的1～10％；
优选地，所述超高分子量聚乙烯纤维和氧化锌纳米线层之间还包括化学包覆层；
优选地，所述氧化锌纳米线层表面还覆盖化学包覆层；
其中，所述化学包覆层具有如权利要求2中所述含义。
5.权利要求1或2所述的或权利要求3中所述的改性超高分子量聚乙烯纤维或权利要求4所述的改性超高分子量聚乙烯纤维织物的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)合成纳米氧化锌晶种分散液；
(2)在超高分子量聚乙烯纤维或由超高分子量聚乙烯纤维编织的织物表面生长氧化锌纳米线；
其中，所述改性超高分子量聚乙烯纤维具有如权利要求1或2所述的含义，所述改性超高分子量聚乙烯纤维织物具有如权利要求4所述的含义。
6.权利要求3所述改性超高分子量聚乙烯纤维织物的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(a)采用包括以下步骤的方法制备改性超高分子量聚乙烯纤维：
(1)合成纳米氧化锌晶种分散液；
(2)在超高分子量聚乙烯纤维表面生长氧化锌纳米线；
(b)用上述改性超高分子量聚乙烯纤维编织成所述织物。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中合成纳米氧化锌晶种分散液包括以下步骤：
(1-1)制备乙酸锌乙醇母液；
(1-2)制备氢氧化钠乙醇母液；
(1-3)将乙酸锌乙醇溶液和氢氧化钠乙醇溶液分别加热至50～70℃后混合，于50～70℃温度下保温搅拌40～60min，冷却至室温即得到纳米氧化锌晶种分散液。
优选地，步骤(2)中所述超高分子量聚乙烯纤维或织物表面生长氧化锌纳米线包括以下步骤：
(2-1)着种：将超高分子量聚乙烯纤维或织物浸泡于步骤(1)所述氧化锌晶种分散液中，随后取出烘烤，得到着种后的超高分子量聚乙烯纤维或织物；
(2-2)将六水合硝酸锌水溶液、乌洛托品(六亚甲基四胺)水溶液和上述着种后的超高分子量聚乙烯纤维或织物进行水热反应，反应完成后取出超高分子量聚乙烯纤维或织物，洗涤、干燥，得到表面生长有氧化锌纳米线的超高分子量聚乙烯纤维或织物；
优选地，步骤(2-1)中，所述超高分子量聚乙烯纤维或织物可以选自丙酮或乙醇洗涤干燥后的纯净超高分子量聚乙烯纤维或织物，或者表面附着化学包覆层的超高分子量聚乙烯纤维或织物；
优选地，所述化学包覆层的包覆物选自多酚类化合物、多胺类化合物、以及多酚类化合物和多胺类化合物的聚合产物中的至少一种；
优选地，所述表面附着化学包覆层的超高分子量聚乙烯纤维或织物由以下步骤制备得到：
①将多酚类化合物和/或多胺类化合物加入碱性缓冲液中，配制浓度为1～8mg/mL的多酚和/或多胺溶液；
优选地，所述碱性缓冲溶液选自硼酸-氯化钾-氢氧化钠缓冲液、磷酸氢二钠-氢氧化钠缓冲液、磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液和Tris-HCl缓冲液中的至少一种；
优选地，所述多酚化合物与多胺化合物的质量比范围为(1:2)～(4:1)；
②将用丙酮或乙醇洗涤干燥后的超高分子量聚乙烯纤维或织物浸入步骤①所得溶液中，随后在摇床上以40～100rmp的速度震荡反应4～24h，取出纤维或织物洗涤、干燥，得到化学包覆改性的超高分子量聚乙烯纤维或织物；
优选地，步骤(2-1)中，所述浸泡时间为5～15min，烘烤温度60～85℃；
优选地，上述浸泡和烘烤的操作可以重复多次；
优选地，步骤(2-1)中，所述六水合硝酸锌水溶液和乌洛托品水溶液的浓度均为0.02～0.2mol/L；
所述水热反应的温度为60～90℃，反应时间4～12h；
优选地，所述洗涤为采用去离子水冲洗多次。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤(3)：对步骤(2)所得的表面生长有氧化锌纳米线的超高分子量聚乙烯纤维或织物进行后处理，所述后处理为在纤维或织物表面附着化学包覆层；优选地，所述化学包覆层的包覆物选自多酚类化合物、多胺类化合物、以及多酚类化合物和多胺类化合物的聚合产物中的至少一种。
9.一种超高分子量聚乙烯纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，所述复合材料包含权利要求1或2所述改性超高分子量聚乙烯纤维；优选地，所述超高分子量聚乙烯纤维增强树脂基复合材料中的树脂可以选自聚烯烃树脂、水性聚氨酯树脂、乙烯基酯树脂和环氧树脂中的至少一种。
10.权利要求1或2所述改性超高分子量聚乙烯纤维在复合材料增强体和防穿刺织物方面的用途。
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