专利名称：形状记忆性聚乙烯交联纤维及其制备方法
技术领域：
本发明涉及改性聚乙烯交联纤维，更具体的说，涉及一种形状记忆性聚乙烯交联纤维及其制造方法。
背景技术：
形状记忆材料是指能够对外界环境(温度、光照、压力或化学物质等)的变化作出响应，并根据这些变化对其自身的力学参数(形状、位置或应变等)进行相应调整，从而回复到预先设定状态的功能性材料。常用的形状记忆材料有形状记忆合金和形状记忆聚合物，与形状记忆合金相比，形状记忆聚合物具有质量轻、成本低、形状记忆温度易于调节、易着色、形变量大、赋形容易，而且易于激发其形变恢复功能等特点。目前的形状记忆聚合物主要是基于聚氨酯、聚降冰片烯、反式1，4-聚异戊二烯等的高分子材料。
形状记忆纤维的原理是，纤维中的固定相(也称硬段)有很好的耐热性，而可逆相(也称软段)在10-50℃温度范围内有明显的结晶熔融温度(Tm)或者玻璃化转变温度(Tg)，Tm或Tg可设定为人体穿着不适温度。当环境温度低于Tm或Tg时，高分子链段的运动被冻结，分子链的致密排列阻止了热的传递，从而在低温时具有良好的保暖性；当温度高于Tm或Tg时，高分子链之间的间隙明显增大，透湿透气性显著提高。另外，具有合适记忆触发温度的服装面料有良好的抗皱性和耐磨性等性能，当其在使用过程中产生皱痕后，可以通过升高温度使其恢复原来的形状(免熨)。
聚乙烯属于典型的结晶性聚合物，有比较明确的熔点，在熔点以下，大分子链受晶格能的束缚，链段难于自由运动，处于玻璃态；一旦温度到达到其熔点以上，大分子热运动突破晶格结构束缚，成为粘流态。这种聚乙烯不具有形状记忆效应，但是在对聚乙烯进行交联后，聚合物被加热到其熔点以上时则不再是粘流态，而是高弹态，此时可以通过施加外力使其变形，在其变形状态下进行冷却，结晶复出，冻结应力。当聚合物再被加热到熔点以上时，结晶熔化，应力释放，材料恢复原来的形态，完成一个记忆循环。因而交联聚乙烯可以作为制备形状记忆纤维的材料。
利用不同的辐照方法对聚乙烯树脂或者聚乙烯纤维进行处理可以提高和改善它们的耐热性、抗蠕变性和表面粘接性，但是目前所有的技术都没有涉及到聚乙烯纤维的形状记忆性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提供一种改性聚乙烯交联纤维，通过改性赋予聚乙烯纤维以形状记忆功能，同时提高了聚乙烯纤维的耐热性、抗蠕变性等。
本发明的另一目的还在于提供一种形状记忆性聚乙烯交联纤维的制备方法。
本发明提供的形状记忆性聚乙烯交联纤维，其特征是，该聚乙烯交联纤维的可恢复变形温度为40～60℃，在拉伸200％以下，纤维的变形恢复率在80～99％。该聚乙烯交联纤维是通过将聚乙烯纤维在辐照射线的作用下进行交联改性而制得的。
本发明使用的聚乙烯的包括高密度聚乙烯(HDPE)、线形低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。不同的聚乙烯具有不同的分子链结构。HDPE是线形分子结构，分子链上支链少；LLDPE分子链上有较多的短支链，基本无长支链，仍属线形结构；LDPE具有长支链支化结构，也有部分分子内转移反咬形成的短支链，其结晶性能、熔点及力学性能都低于HDPE；UHMWPE为线形直链结构，重均相对分子量可达100-500万。
本发明主要是针对不同的聚乙烯纤维，利用各种射线和紫外光进行辐照交联改性，控制适当的条件，可以在基本不影响聚乙烯纤维力学性能的基础上，赋予聚乙烯纤维具有形状记忆功能。
本发明提供的形状记忆性聚乙烯交联纤维的制备方法，包含如下步骤a)将聚乙烯纤维放置在密闭容器中，并将容器抽真空至6.5×10-2pa；b)通过自动循环系统将装载有聚乙烯纤维的容器送入辐照系统，在辐射源发出的辐照射线的作用下进行交联改性；c)将经辐照后的聚乙烯纤维取出，置于真空干燥箱内在80～90℃下退火1小时。
其中，在步骤a)将聚乙烯纤维放置入密闭容器前，还可以将该聚乙烯纤维浸泡在光敏剂和交联剂溶液中一定时间，然后再放置于密闭容器中。
本发明提供的通过射线辐照制备形状记忆性聚乙烯交联纤维的工艺特征还在于，将聚乙烯纤维放置于密闭容器中，抽真空至6.5×10-2Pa，或者抽真空之后再充入乙炔气或者高纯氮气，最好在高真空或完全无氧状态下进行；在将盛有聚乙烯纤维容器送入辐照系统后，由电脑监控辐照强度等各项参数，当以电子加速器作为辐射源时，控制辐照强度在0.04～1.6J/cm2之间；当以放射源作为辐射源时，辐照剂量为25～250kGy，当辐照剂量大于100kGy时，每辐照100kGy，把样品从辐照系统中取出2-3分钟，防止样品温度太高而引起解取向。
本发明中的辐照射线可以是等离子体、紫外线、电子射线、放射源射线或其它任何适合的辐照射线。
实施本发明提供的形状记忆性聚乙烯交联纤维及其制备方法的有益效果是，利用辐照对聚乙烯纤维进行交联改性，从而赋予聚乙烯纤维以形状记忆功能，同时提高了聚乙烯纤维的耐热性、抗蠕变性等。
本发明提供的聚乙烯形状记忆交联纤维具有以下一些特点1.在高于定形温度时(制造过程中)给予纤维所需的形状，之后降低温度到定形温度以下，所得形状将被记住；2.在定形温度以下和转变温度以上使用时表现为弹性纤维；3.如果在使用过程中(一般在转变温度以下)纤维形状因外力发生变化(如折皱)，在转变温度(如洗衣和干衣温度)以上并在定形温度以下时，纤维会恢复到原来的形状，这就是典型的形状记忆。
4.纤维在常温(转变温度以下)表现为玻璃态，模量较高，弹性比普通纤维好，但比弹性纤维低；5.耐热性较好；6.制备聚乙烯形状记忆交联纤维的原料与制备普通弹性纤维的原料有所不同，改变原料配比和组成，可以调节形状记忆性能和转变温度；7.形状记忆可以多次反复设计。
具体实施例方式
下面通过具体的实施例对本发明进行更加详细的描述。
实施例1取超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维放入密闭容器中，抽真空到6.5×10-2pa，密封后放在传送带上自动进入辐照室，以γ射线作为放射源进行辐照，当电脑显示辐照剂量为50kGy时，取出聚乙烯纤维，然后在真空干燥箱内80℃下退火1小时。
实施例2取高密度聚乙烯(HDPE)、线形低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，以γ射线为辐照射线，累积辐照强度为100kGy，气氛为乙炔气，进行辐照交联反应。其它条件同实施例1。交联前后聚乙烯纤维的力学性能见表1。
表1交联前后聚乙烯纤维的力学性能*1
*1纤维的力学性能采用INSTRON纤维强度测试机测定，拉伸速度为50mm/min，每个样品测5根丝束，取平均值。
实施例3取超高分子量聚乙烯(UHMWPE)在乙炔气氛下，以等离子体为辐照射线，辐照强度分别为25、50、100、150、200和250kGy，其它条件同实施例1。所得纤维在110℃下拉伸150％，在40℃下定形，然后再加热到60℃，其变形恢复率见表2。
表2不同辐照强度下UHMWPE纤维的变形恢复率
实施例4取超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维在有光敏剂(二苯甲酮及其衍生物，1.0wt％)和交联剂(丙烯酸酯，20wt％)的二甲苯溶液中浸泡20分钟。将浸泡好的纤维放置在密闭容器中，抽真空到6.5×10-2Pa，然后通入高纯氮气，放入紫外交联反应器中，平均辐照强度为0.3J/cm2进行交联改性，辐照完成后，取出聚乙烯纤维，在真空干燥箱内90℃下退火1小时，即得具有形状记忆性聚乙烯交联纤维。
需要指出的是，上述实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员可以根据本发明的内容，在不超出发明的保护范围内，对发明内容做出一些非本质的和其它方面的改进和调整。
权利要求
1)一种形状记忆性聚乙烯交联纤维，其特征在于，该聚乙烯交联纤维的可恢复变形温度为40～60℃，在拉伸200％以下，纤维的变形恢复率在80～99％。
2)根据权利要求1所述的形状记忆性聚乙烯交联纤维，其特征在于，该聚乙烯交联纤维是通过将聚乙烯纤维在辐照射线的作用下进行交联改性而制得的。
3)根据权利要求1所述的形状记忆性聚乙烯交联纤维，其特征在于，其中的聚乙烯是选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯。
4)一种形状记忆性聚乙烯交联纤维的制备方法，其特征在于，包含如下工艺步骤a)将聚乙烯纤维放置在密闭容器中，并将容器抽真空至6.5×10-2Pa；b)通过自动循环系统将装载有聚乙烯纤维的容器送入辐照系统，在辐射源发出的辐照射线的作用下进行交联改性；c)将经辐照后的聚乙烯纤维取出，置于真空干燥箱内在80～90℃下退火1小时。
5)根据权利要求4所述的形状记忆性聚乙烯交联纤维的制备方法，其特征在于，其中还包括在将聚乙烯纤维放置入密闭容器前，对其进行浸泡的步骤，浸泡采用的溶液是由光敏剂和交联剂组成的混合溶液。
6)根据权利要求5所述的形状记忆性聚乙烯交联纤维的制备方法，其特征在于，其中的光敏剂是重量百分含量为1.0％的二苯甲酮及其衍生物溶液，其中的交联剂是重量百分含量为20％的丙烯酸酯溶液。
7)根据权利要求4所述的形状记忆性聚乙烯交联纤维的制备方法，其特征在于，其中步骤a)中还可以包括在将容器抽真空之后，向容器中充入乙炔气或高纯氮气的步骤。
8)根据权利要求4所述的形状记忆性聚乙烯交联纤维的制备方法，其特征在于，其中的辐射源是电子加速器或放射源。
9)根据权利要求4所述的形状记忆性聚乙烯交联纤维的制备方法，其特征在于，其中的辐照射线是等离子体、紫外线、电子射线或放射源射线。
10)根据权利要求4所述的形状记忆性聚乙烯交联纤维的制备方法，其特征在于，其中当采用放射源作为辐射源时，辐照强度为0.04～1.6J/cm2；当采用电子加速器作为辐射源时，辐照强度为25～250kGy。
全文摘要
本发明涉及一种形状记忆性聚乙烯交联纤维及其制备方法，该聚乙烯交联纤维的可恢复变形温度为40～60℃，在拉伸200％以下，纤维的变形恢复率在80～99％，该聚乙烯交联纤维是通过将聚乙烯纤维在辐照射线的作用下进行交联改性而制得的。通过本发明提供的利用辐照对聚乙烯纤维进行交联改性的方法，在赋予聚乙烯纤维以形状记忆功能的同时还提高了聚乙烯纤维的耐热性、抗蠕变性等其它性能。
文档编号D06M14/28GK1958893SQ20051011838
公开日2007年5月9日 申请日期2005年10月31日 优先权日2005年10月31日
发明者胡金莲, 李加深, 刘冶球 申请人:香港理工大学