CN113481723A - 一种改性超高分子量聚乙烯纤维及ud布 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改性超高分子量聚乙烯纤维及UD布，改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法包括以下步骤：1)将超高分子量聚乙烯纤维均匀铺展后，利用电子加速器进行辐照，之后进行冷冻保存；2)将冷冻保存后的超高分子量聚乙烯纤维再次均匀铺展，之后浸润接枝单体进行接枝反应，经烘干后即可。UD布的制备方法为：将改性超高分子量聚乙烯纤维均匀铺展后，浸润胶水，烘干后进行叠层、压制。与现有技术相比，本发明采用电子束辐照技术对超高分子量聚乙烯纤维进行辐照接枝处理，处理后的纤维与胶水的粘合力更强，进一步制备出的UD布的防弹性能更优，可用于高等级超高分子量聚乙烯纤维特种防护制品中。

Description

一种改性超高分子量聚乙烯纤维及UD布
技术领域
本发明属于超高分子量聚乙烯纤维技术领域，涉及一种改性超高分子量聚乙烯纤维及UD布。
背景技术
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是继碳纤维和芳纶纤维之后出现的世界第三代特种纤维，是目前已工业化纤维材料中比强度和防弹性能最高的纤维，在同等重量的情况下，其强度相当于优质钢丝的15倍。UHMWPE纤维还具有优异的耐化学性和耐侯性、高能量吸收性、低导电性、可透过x-射线及一定的防水性等特点。出色的性能，使其在军事、航天航海工程和高性能、轻质复合材料及运动器械等领域有着广阔的应用前景。如用作防护材料的防弹衣、防弹头盔、雷达防护罩、导弹罩、防弹装甲、防刺服及防切割手套等；用作高强绳索的大型船舶缆绳、降落伞绳、布雷绳、登山绳等；制作复合材料应用于坦克内附壁缓冲材料、雷达天线罩、大型储藏罐等；用作运动器械的弓弦、帆布、雪橇等，作为光缆补强材料、钓鱼线及渔网等。其中，UHMWPE纤维在单兵防弹装备和大型作战平台防弹装甲上的应用最为典型且技术最为成熟。
UD布的制备过程一般为：UHMWPE纤维经铺丝机或编织设备实现铺展，铺展后的纤维用基体树脂进行上胶，浸胶后的纤维再经叠层、压制等后续工艺得到可作为防弹片材的UD布。然而，由于UHMWPE纤维表面亲和力比较差，经过上胶得到的UD布在使用一段时间后，容易出现翘层、鼓包等现象。目前，一般通过对UHMWPE纤维进行表面改性，以提高纤维与胶水的亲和性能。
中国专利CN105220503A公开了一种超高分子量聚乙烯纤维表面处理的方法，其采用多巴胺盐酸盐仿生修饰的方法对UHMWPE纤维表面进行活化，再以纤维表面的聚多巴胺为功能层进行二次功能化，接枝二氧化钛层。接枝后的纤维表面由于生成二氧化钛颗粒，使得其表面的粗糙度大大增加，因而纤维与树脂基体进行复合时，其界面粘结强度有所增强。但该处理工艺处理周期较长，不适用于在线连续式生产模式。
中国专利CN110042665A公开了一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其在UHMWPE纤维表面制备多巴胺涂层，利用投入的硅烷偶联剂与多巴胺的摩尔比，控制多巴胺的粒径，制备出疏松多孔多巴胺涂层，利用搅拌速率获得厚度适中的多巴胺层，但该方法操作步骤较多，涂层均匀性较难控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性超高分子量聚乙烯纤维及UD布。本发明能够均匀地在纤维表面接枝具有亲和力的单体，且制备步骤简单，容易操作，反应速率快，特别适用于连续化生产。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将超高分子量聚乙烯纤维均匀铺展后，利用电子加速器进行辐照，之后(迅速)进行冷冻保存；
2)将冷冻保存后的超高分子量聚乙烯纤维再次均匀铺展，之后浸润接枝单体进行接枝反应，经烘干后即得到所述的改性超高分子量聚乙烯纤维。
进一步地，步骤1)中，所述的超高分子量聚乙烯纤维的粘均分子量为200万-600万，纤维断裂强度为36-45cN/dtex。
进一步地，步骤1)中，所述的电子加速器的能量为1.0-10.0Mev，纤维辐照的剂量为10-200kGy。电子加速器能量在1.0-10.0Mev之间连续可调。
进一步地，步骤1)中，冷冻保存的温度为-80℃至-20℃。冷冻保存的时间一般为60天以内。
进一步地，步骤2)中，所述的接枝单体为不饱和酸类接枝单体或不饱和酯类接枝单体，例如丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯等。
进一步地，步骤2)中，接枝反应的温度为40-80℃，时间为10-120min；烘干的温度为30-80℃，优选为40-50℃。
一种改性超高分子量聚乙烯纤维，该改性超高分子量聚乙烯纤维采用所述的方法制备而成。
一种UD布的制备方法，该方法基于所述的改性超高分子量聚乙烯纤维，所述的UD布的制备方法为：将改性超高分子量聚乙烯纤维均匀铺展后，浸润胶水，烘干后进行压制(也可根据需要进行叠层后压制)，即得到所述的UD布。胶水优选为聚氨酯、环氧树脂等热固性胶水。烘干的温度为30-100℃，优选为60-80℃。压制时的压力为200-2000T。
一种UD布，该UD布采用所述的方法制备而成。
一种UD布的应用，所述的UD布用于特种防护制品中，例如用于制备防弹衣、防护装甲、防弹头盔等。
本发明利用电子束预辐照技术，并对辐照产生的自由基进行冷冻封存；使用时，通过浸润接枝单体，引发自由基与接枝单体发生接枝反应。该方法可以比较容易地控制纤维表面接枝率，而且电子加速器不需要安置在生产线上，对生产线的环境要求较低。同时，电子束辐照对成品纤维力学性能影响较小，对纤维原有力学性能几乎没有影响。
与现有技术相比，本发明采用电子束辐照技术对超高分子量聚乙烯纤维进行辐照接枝处理，处理后的纤维与胶水的粘合力更强，进一步制备出的UD布的防弹性能更优，可用于高等级超高分子量聚乙烯纤维特种防护制品中。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明提供了一种改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将超高分子量聚乙烯纤维均匀铺展后，利用电子加速器进行辐照，之后进行冷冻保存；
2)将冷冻保存后的超高分子量聚乙烯纤维再次均匀铺展，之后浸润接枝单体进行接枝反应，经烘干后即得到改性超高分子量聚乙烯纤维。
步骤1)中，超高分子量聚乙烯纤维的粘均分子量为200万-600万，纤维断裂强度为36-45cN/dtex。电子加速器的能量为1.0-10.0Mev，纤维辐照的剂量为10-200kGy。冷冻保存的温度为-80℃至-20℃。
步骤2)中，接枝单体为不饱和酸类接枝单体或不饱和酯类接枝单体。接枝反应的温度为40-80℃，时间为10-120min；烘干的温度为30-80℃。
本发明还提供了一种改性超高分子量聚乙烯纤维，该改性超高分子量聚乙烯纤维采用上述方法制备而成。
本发明同时提供了一种UD布的制备方法，该方法基于上述改性超高分子量聚乙烯纤维，UD布的制备方法为：将改性超高分子量聚乙烯纤维均匀铺展后，浸润胶水，烘干后进行压制(模压)，即得到UD布。
本发明还提供了一种UD布，该UD布采用上述方法制备而成。
本发明进一步提供了一种UD布的应用，该UD布用于特种防护制品中。
实施例1：
本实施例中，超高分子量聚乙烯纤维成品丝的粘均分子量为200万，纤维断裂强度为36cN/dtex，电子加速器能量为1.0Mev，纤维辐照剂量为15kGy，纤维冷冻温度为-40℃，接枝单体为丙烯酸，接枝反应的温度为50℃，时间为10min，烘干温度为50℃；胶水为聚氨酯，烘干温度为60℃。模压的压力为200T，处理后的纤维拔出强度为0.52Mpa，制备的UD布线密度为4.8kg/m2，防54式手枪51式7.62mm手枪弹(铅芯)，弹速445±10m/s。
实施例2：
本实施例中，超高分子量聚乙烯纤维成品丝粘均分子量为400万，纤维断裂强度为38cN/dtex，电子加速器能量为1.8Mev，纤维辐照剂量为20kGy，纤维冷冻温度为-40℃，接枝单体为丙烯酸，接枝反应的温度为60℃，时间为40min，烘干温度为50℃；胶水为聚氨酯，烘干温度为60℃。模压的压力为200T，处理后的纤维拔出强度为0.78Mpa，制备的UD布线密度为4.6kg/m2，防54式手枪51式7.62mm手枪弹(铅芯)，弹速480±10m/s。
实施例3：
本实施例中，超高分子量聚乙烯纤维成品丝粘均分子量为350万，纤维断裂强度为42cN/dtex，电子加速器能量为3.0Mev，纤维辐照剂量为40kGy，纤维冷冻温度为-60℃，接枝单体为丙烯酸甲酯，接枝反应的温度为80℃，时间为60min，烘干温度为40℃；胶水为环氧树脂，烘干温度为50℃。模压的压力为500T，处理后的纤维拔出强度为0.62Mpa，制备的UD布线密度为4.5kg/m2，防54式手枪51式7.62mm手枪弹(铅芯)，弹速440±10m/s。
实施例4：
本实施例中，超高分子量聚乙烯纤维成品丝粘均分子量为350万，纤维断裂强度为42cN/dtex，电子加速器能量为6.0Mev，纤维辐照剂量为40kGy，纤维冷冻温度为-80℃，接枝单体为丙烯酸乙酯，接枝反应的温度为50℃，时间为20min，烘干温度为60℃；胶水为环氧树脂，烘干温度为80℃。模压的压力为1000T，处理后的纤维拔出强度为0.48Mpa，制备的UD布线密度为4.2kg/m2，防54式手枪51式7.62mm手枪弹(铅芯)，弹速410±10m/s。
实施例5：
本实施例中，超高分子量聚乙烯纤维成品丝粘均分子量为350万，纤维断裂强度为40cN/dtex，电子加速器能量为10.0Mev，纤维辐照剂量为40kGy，纤维冷冻温度为-80℃，接枝单体为丙烯酸乙酯，接枝反应的温度为45℃，时间为20min，烘干温度为60℃；胶水为环氧树脂，烘干温度为80℃。模压的压力为1000T，处理后的纤维拔出强度为0.48Mpa，制备的UD布线密度为4.3kg/m2，防54式手枪51式7.62mm手枪弹(铅芯)，弹速380±10m/s。
实施例6：
本实施例中，超高分子量聚乙烯纤维成品丝粘均分子量为350万，纤维断裂强度为40cN/dtex，电子加速器能量为10.0Mev，纤维辐照剂量为120kGy，纤维冷冻温度为-80℃，接枝单体为丙烯酸乙酯，接枝反应的温度为48℃，时间为25min，烘干温度为60℃；胶水为环氧树脂，烘干温度为80℃。模压的压力为1000T，处理后的纤维拔出强度为0.42Mpa，制备的UD布线密度为4.5kg/m2，防54式手枪51式7.62mm手枪弹(铅芯)，弹速380±10m/s。
实施例7：
本实施例中，超高分子量聚乙烯纤维成品丝粘均分子量为600万，纤维断裂强度为40cN/dtex，电子加速器能量为8.0Mev，纤维辐照剂量为160kGy，纤维冷冻温度为-40℃，接枝单体为丙烯酸，接枝反应的温度为68℃，时间为50min，烘干温度为60℃；胶水为环氧树脂，烘干温度为100℃。模压的压力为800T，处理后的纤维拔出强度为0.42Mpa，制备的UD布线密度为4.4kg/m2，防54式手枪51式7.62mm手枪弹(铅芯)，弹速370±10m/s。
实施例8：
与实施例1相比，本实施例中，纤维不经过辐照接枝处理，直接进行上胶和压制，得到UD布。其中，模压的压力为200T，纤维拔出强度为0.26Mpa，制备的UD布线密度为4.8kg/m2，防54式手枪51式7.62mm手枪弹(铅芯)，弹速325±10m/s。
实施例9：
与实施例7相比，本实施例中，纤维不经过辐照接枝处理，直接进行上胶和压制，得到UD布。其中，模压的压力为200T，纤维拔出强度为0.32Mpa，制备的UD布线密度为4.4kg/m2，防54式手枪51式7.62mm手枪弹(铅芯)，弹速335±10m/s。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该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的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)将超高分子量聚乙烯纤维均匀铺展后，利用电子加速器进行辐照，之后进行冷冻保存；
2)将冷冻保存后的超高分子量聚乙烯纤维再次均匀铺展，之后浸润接枝单体进行接枝反应，经烘干后即得到所述的改性超高分子量聚乙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的一种改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的超高分子量聚乙烯纤维的粘均分子量为200万-600万，纤维断裂强度为36-45cN/dtex。
3.根据权利要求1所述的一种改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的电子加速器的能量为1.0-10.0Mev，纤维辐照的剂量为10-200kGy。
4.根据权利要求1所述的一种改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤1)中，冷冻保存的温度为-80℃至-20℃。
5.根据权利要求1所述的一种改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的接枝单体为不饱和酸类接枝单体或不饱和酯类接枝单体。
6.根据权利要求1所述的一种改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤2)中，接枝反应的温度为40-80℃，时间为10-120min；烘干的温度为30-80℃。
7.一种改性超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，该改性超高分子量聚乙烯纤维采用如权利要求1至6任一项所述的方法制备而成。
8.一种UD布的制备方法，该方法基于如权利要求7所述的改性超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，所述的UD布的制备方法为：将改性超高分子量聚乙烯纤维均匀铺展后，浸润胶水，烘干后进行压制，即得到所述的UD布。
9.一种UD布，其特征在于，该UD布采用如权利要求8所述的方法制备而成。
10.一种如权利要求9所述的UD布的应用，其特征在于，所述的UD布用于特种防护制品中。
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