专利名称：：聚乙烯纤维表面处理方法
技术领域：
：本发明涉及一种聚乙烯纤维表面处理方法，属于高分子材料领域。
背景技术：
：超高分子量聚乙烯(ultrahighmolecularweightpolyethylene简称UH丽PE)纤维也称高强高才莫聚乙烯(highstrengthhighmodulepolyethylene简称HSHMPE)纤维或伸展链(elongationchainpolyethylene简称ECPE)聚乙烯纤维或高性能聚乙烯(highperformancepolyethylene简称HPPE)纤维或高模量聚乙烯(highmodulepolyethylene简称HMPE)纤维，一般是指重均分子量在(1~6)xl06的聚乙烯纤维，有时重均分子量还会高于此值，这种纤维在本发明中简称为聚乙烯纤维。聚乙烯纤维是由荷兰的DSM公司首先开发制造的。采用的方法是凝胶纺丝-超倍拉伸法，基本原理是超高分子量聚乙烯在一定的温度下以一定的浓度溶解在适当的溶剂中，此时聚乙烯分子得以解开缠结，然后此溶液通过喷丝板纺丝再经过拉伸，聚乙烯分子链进一步得到拉伸，分子链平行排列，规整度很高，形成高度结晶的聚乙烯纤维。聚乙烯纤维中的聚乙烯分子链高度伸展、取向度达到95%以上、结晶度达到85%以上。聚乙烯纤维的内部结构决定了其具有优异的力学性能、耐磨性能和化学稳定性等。因此，聚乙烯纤维一经问世就得到了世界各国的广泛关注，发展较快。我国的东华大学对此纤维的研究较为深入并取得了丰硕的研究成果。在纤维增强树脂基复合材料中，纤维与树脂基体之间的界面粘结强度大小很大程度上决定了复合材料最终的机械性能。但是，聚乙烯纤维中聚乙烯大分子无极性基团，无化学活性，表面能很低，纤维与树脂之间难以产生化学键结合，纤维分子与树脂分子间不易产生较强的相互作用力，纤维也不易被树脂所浸润。另外，聚乙烯纤维中的聚乙烯分子高度取向，表面平滑，比表面积小，也不利于纤维与树脂的粘结，从而使其制品在使用过程中易发生纤维的脱胶、基体树脂的开裂等现象，使聚乙烯纤维防弹材料的防弹性能降低，大大限制了3聚乙烯纤维在复合材料特别是在轻质结构复合材料领域中的应用。因此，需要对聚乙烯纤维进行表面改性处理，以^提高其和树脂的粘结性能。
发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种聚乙烯纤维表面处理方法，该方法可以明显提高聚乙烯纤维和树脂的粘结性能。为了解决以上的技术问题，本发明提供以下的技术方案一种聚乙烯纤维表面处理方法，包括如下步骤a)将聚乙烯纤维放入酸性溶液中；b)超声波振荡。本发明所提供的聚乙烯纤维表面处理方法，利用酸性溶液刻蚀聚乙烯纤维表面，另外利用超声波振荡使得聚乙烯纤维中的分子链松弛蠕动，分子之间产生空隙，酸性溶液通过产生的空隙进一步刻蚀聚乙烯纤维表面并且部分残留在聚乙烯纤维上，这样一来聚乙烯纤维表面的粗糙度增大，比表面积增大，在制备复合材料的过程中和树脂的接触面积增大，有利于提高粘结力，并且有部分极性键残留在聚乙烯纤维上，也有利于纤维和树脂之间形成氢键等化学键，因此此处理方法可以提高聚乙烯纤维和树脂的粘结性能。酸性溶液可以是盐酸、稀硫酸、乙酸、丙酸、甲酸、铬酸等酸性溶液中的一种，如果两种酸在混合之后仍然主要发挥的是酸性作用，那么它们的混合也是可以接受的，例如乙酸和丙酸的混合物、乙酸和曱酸的混合物等。优选地，所述酸性溶液为铬酸溶液。优选地，所述酸性溶液的温度在5(TC以上，更优选地，所述酸性溶液的温度在60。C以上。优选地，超声波振荡的时间为0.5h(小时)以上，更优选地，超声波振荡的时间为lh以上。超声波仪器产生的振荡频率能够使得小分子产生振动，并且对于聚乙烯纤维来说，在加热情况下，分子链的链段运动活性增加，这两方面的综合可以使得聚乙烯纤维分子链段运动更加剧烈，有利于酸性溶液的刻蚀，以提高聚乙烯纤维的比表面积。优选地，聚乙烯纤维表面处理方法还可以包括如下步骤c)加热烘干聚乙烯纤维；d)将烘干后的聚乙烯纤维放入有机溶剂中浸泡。优选地，所述有机溶剂为苯系物。优选地，所述苯系物为二甲苯。优选地，所述浸泡的时间为0.5h以上。相对于现有技术，本发明所提供的聚乙烯纤维表面处理方法，利用酸性溶液刻蚀聚乙烯纤维表面，另外利用超声波振荡使得聚乙烯纤维中的分子链松弛蠕动，分子之间产生空隙，酸性溶液通过产生的空隙进一步刻蚀聚乙烯纤维表面并且部分残留在聚乙烯纤维上，这样一来聚乙烯纤维表面的粗糙度增大，比表面积增大，在制备复合材料的过程中和树脂的接触面积增大，有利于提高粘结力，并且有部分极性键残留在聚乙烯纤维上，也有利于纤维和树脂之间形成氢键等化学键，因此此处理方法可以提高聚乙烯纤维和树脂的粘结性能。具体实施例方式为能进一步理解本发明，下面结合实施例对上述的技术方案做进一步的阐述和说明。实施例1将聚乙烯纤维放入质量分数为0.09%的盐酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡0."h，将聚乙烯纤维用水冲洗，然后晾干。实施例2将聚乙烯纤维放入质量分数为0.09%的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡0.5h,将聚乙烯纤维用水冲洗，然后晾干。实施例3将聚乙烯纤维放入质量分数为0.5%的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡0.8h,铬酸溶液的温度为5(TC,将聚乙烯纤维用水冲洗，然后晾干。实施例4将聚乙烯纤维放入质量分数为0.5%的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡lh，铬酸溶液的温度为80。C,将聚乙烯纤维用水冲洗，然后晾干。实施例5将聚乙烯纤维放入质量分数为0.1°/。的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有卩艮公司)对其振荡lh,铬酸溶液的温度为6(TC，将聚乙烯纤维用水冲洗，然后晾干。实施例6将聚乙烯纤维放入质量分数为2%的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡0.8h，铬酸溶液的温度为5(TC,将聚乙烯纤维用水沖洗，然后晾干。实施例7将聚乙烯纤维放入质量分数为2%的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡0.7h,铬酸溶液的温度为5(TC,将聚乙烯纤维用水冲洗，然后用烘箱烘干。实施例8将聚乙烯纤维放入质量分数为2%的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡0.7h，铬酸溶液的温度为90。C，将聚乙烯纤维用水沖洗，然后用烘箱烘干。实施例9将聚乙烯纤维放入质量分数为1°/。的铬酸溶液中，利用XLM-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡3h,铬酸溶液的温度为9(TC,将聚乙烯纤维用水沖洗，然后晾干。实施例10将聚乙烯纤维放入质量分数为ly。的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡5h,铬酸溶液的温度为90。C,将聚乙烯纤维用水冲洗，然后晾干。实施例11将聚乙烯纤维放入质量分数为1%的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡3h,铬酸溶液的温度为90。C，将聚乙烯纤维用水冲洗，用烘箱烘干，然后将聚乙烯纤维放在乙酸乙酯中浸泡O.5h,然后晾干。实施例12将聚乙晞纤维放入质量分数为1°/的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡3h，铬酸溶液的温度为90。C，将聚乙烯纤维用水冲洗，用烘箱烘干，然后将聚乙烯纤维放在乙醇中浸泡O.5h,然后晾干。实施例13将聚乙烯纤维放入质量分数为1%的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡3h,铬酸溶液的温度为90。C,将聚乙烯纤维用水冲洗，用烘箱烘干，然后将聚乙烯纤维放在曱苯中浸泡O.5h,然后晾干。实施例14将聚乙烯纤维放入质量分数为1%的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡3h,铬酸溶液的温度为90。C，将聚乙烯纤维用水冲洗，用烘箱烘干，然后将聚乙烯纤维放在二曱苯中浸泡O.5h,然后晾干。实施例15将聚乙烯纤维放入质量分数为1°/。的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡3h,铬酸溶液的温度为9(TC,将聚乙烯纤维用水冲洗，用烘箱烘干，然后将聚乙烯纤维放在二曱苯中浸泡2h,然后晾干。实施例16将聚乙烯纤维放入质量分数为1°/。的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡3h,铬酸溶液的温度为90。C,将聚乙烯纤维用水沖洗，用烘箱烘干，然后将聚乙烯纤维放在二曱苯中浸泡O.25h,然后晾干。实施例17将聚乙烯纤维放入质量分数为2%的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡5h，铬酸溶液的温度为80。C,将聚乙烯纤维用水冲洗，用烘箱烘干，然后将聚乙烯纤维放在二甲苯中浸泡l.5h，然后晾干。实施例18将聚乙烯纤维放入质量分数为2.5%的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有限公司)对其振荡5h,铬酸溶液的温度为75。C,将聚乙烯纤维用水冲洗，用烘箱烘干，然后将聚乙烯纤维放在二曱苯中浸泡2h,然后晾干。实施例19将聚乙烯纤维放入质量分数为1.5%的铬酸溶液中，利用XLNA-1001型超声波仪器(常州市新理念超声波设备有卩艮公司)对其振荡2.5h，铬酸溶液的温度为70。C，将聚乙烯纤维用水冲洗，晾干，然后将聚乙烯纤维放在二曱苯中浸泡3h,然后晾干。实施例20将上述实施例所制得的聚乙烯纤维进行粘结强度性能测试，具体方法如下先将聚乙烯纤维固定在一个方框上，将环氧树脂(牌号为618)、稀释剂(牌号为711)和固化剂(牌号为缩胺105)按重量比为2:2:1混合均匀后，取树脂小球小心滴加在聚乙烯纤维上，要求聚乙烯纤维上的树脂小球直径在100~600|iim(微米)之间；固化48小时后，精确量取树脂小球的包埋深度L(单位为隨)，用微滴试验的方法，采用LLY-6型强力仪测定聚乙烯纤维与树脂的粘结性能，夹具10mm,下降速度为10mm/min,按照式(l)计算聚乙烯纤维的最大剪切强度(MPa):8式中，Fmax为纤维最大拔出强力(N);d为纤维直径(mm);L为树脂小球的包埋深度(腿)。测定结果见表1表l聚乙烯纤维的表面粘结强度表单位(MPa)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表l中的o代表未经过表面处理的聚乙烯纤维。从表l可以看出，利用本发明处理过的聚乙烯纤维，相比于未经过表面处理的聚乙烯纤维，与环氧树脂的粘结强度增长了1.5倍以上。域的一般技术人员，依据本发明的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处。因此，本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。权利要求1、一种聚乙烯纤维表面处理方法，包括如下步骤a)将聚乙烯纤维放入酸性溶液中；b)超声波振荡。2、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维表面处理方法，其特征在于，所述酸性溶液为4各酸溶液。3、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维表面处理方法，其特征在于，所述酸性溶液的温度在50。C以上。4、根据权利要求3所述的聚乙烯纤维表面处理方法，其特征在于，所述酸性溶液的温度在6(TC以上。5、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维表面处理方法，其特征在于，超声波振荡的时间为0.5h以上。6、根据权利要求5所述的聚乙烯纤维表面处理方法，其特征在于，超声波振荡的时间为lh以上。7、根据权利要求1所述的聚乙烯纤维表面处理方法，其特征在于，还包括如下步骤c)加热烘干聚乙烯纤维；d)将烘干后的聚乙烯纤维放入有机溶剂中浸泡。8、根据权利要求7所述的聚乙烯纤维表面处理方法，其特征在于，所述有机溶剂为苯系物。9、根据权利要求8所述的聚乙烯纤维表面处理方法，其特征在于，所述苯系物为二曱苯。10、根据权利要求9所述的聚乙烯纤维表面处理方法，其特征在于，所述浸泡的时间为0.5h以上。全文摘要本发明公开一种聚乙烯纤维表面处理方法，包括如下步骤a)将聚乙烯纤维放入酸性溶液中；b)超声波振荡。相对于现有技术，本发明所提供的聚乙烯纤维表面处理方法，利用酸性溶液刻蚀聚乙烯纤维表面，另外利用超声波振荡使得聚乙烯纤维中的分子链松弛蠕动，分子之间产生空隙，酸性溶液通过产生的空隙进一步刻蚀聚乙烯纤维表面并且部分残留在聚乙烯纤维上，这样一来聚乙烯纤维表面的粗糙度增大，比表面积增大，在制备复合材料的过程中和树脂的接触面积增大，有利于提高粘结力，并且有部分极性键残留在聚乙烯纤维上，也有利于纤维和树脂之间形成氢键等化学键，因此此处理方法可以提高聚乙烯纤维和树脂的粘结性能。文档编号D06M101/20GK101684613SQ20081016743公开日2010年3月31日申请日期2008年9月26日优先权日2008年9月26日发明者周成程申请人:宁波荣溢化纤科技有限公司