一种抗蠕变、强粘附的超高分子量聚乙烯纤维及

本发明属于高性能纤维，具体涉及一种抗蠕变、强粘附的超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。背景技术：1、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)纤维是传统的三大高性能纤维之一，具有高强高模、耐紫外辐射、耐化学腐蚀、低介电常数等优异性能，广泛应用于军事、航空、航天和运动器械等领域。但是，纤维中聚乙烯分子链结晶度及取向度极高、分子链缺少支链，长时间受力下易蠕变，而且表面光滑非极性、导致聚乙烯纤维在涂覆功能涂层时涂料难以牢固长久的粘附在纤维表面；此外，非极性还导致其作为增强材料时与树脂基体的相互作用较弱，受力易发生纤维脱胶、基体树脂的开裂等问题，严重制约了其在复合材料领域中的应用。2、提高uhmwpe纤维的抗蠕变性能，主要通过在uhmwpe纤维内部发生部分交联实现。如申请号为cn 201410142484.3的中国发明专利公开了一种硅烷交联改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，将未经干燥处理的超高分子量聚乙烯uhmwpe冻胶纤维置于改性溶液中，超声处理，然后进行多级热拉伸，即得；该纤维不仅具有优异的抗蠕变性能，还具有较高的表面粘结性能，且改性后纤维的力学性能基本不降低；申请号为cn 202210039143.8的中国发明专利公开了一种高抗蠕变自交联超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，该方法首先将接枝单体、引发剂、抗氧化剂加入溶剂中，制备得到接枝单体溶液；然后将uhmwpe粉末与混合溶剂混合后，得到uhmwpe溶液；再次，将接枝单体溶液与uhmwpe溶液混合，搅拌至充分溶胀和均匀分散，得到纺丝溶液；最后将纺丝溶液进行熔融纺丝、萃取、干燥、多级热牵伸，获得高抗蠕变自交联超高分子量聚乙烯纤维；申请号为cn201810883121.3的中国发明专利公开了一种交联改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，将含vposs的超高分子量聚乙烯纤维原丝进行多级热牵伸处理，并在最后一级热牵伸处理时引发交联制得交联改性超高分子量聚乙烯纤维，制得的交联改性超高分子量聚乙烯纤维表现出优异的力学性能、抗蠕变性能和耐热性能。3、提高uhmwpe纤维的粘附性能，主要通过在纤维表面涂覆一层高粘附性材料或者在纺丝中加入极性组分得到。如申请号为cn201611217363.6的中国发明专利公开了一种极性聚合物改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，将极性聚合物作为超高分子量聚乙烯改性体系，采用凝胶纺丝法制备初生纤维，在极性的复合萃取液中进行萃取，能够有效解决纤维与基体树脂相容性差的问题；申请号为cn201910841198.9的中国发明专利公开了一种超高分子量聚乙烯纤维表面改性的方法，先将超高分子量聚乙烯粉末加入溶剂中，进行溶胀预处理，然后在溶胀液中加入双极性分子改性剂、抗氧剂和紫外吸收剂得到溶胀混合液，再将超高分子量聚乙烯溶胀混合液进行凝胶纺丝；洗涤、干燥、超倍热拉伸得到改性超高分子量聚乙烯纤维；申请号为cn202111346951.0的中国发明专利公开了一种超高分子量聚乙烯纤维增强材料及其制备方法，该专利通过三浴法浸胶，使用第一浴浸胶液、第二浴浸胶液和第三浴浸胶液分别浸胶处理，处理后能够增强纤维与橡胶界面粘结性能。4、对比以上方法可知，现有的处理手段可以实现纤维的抗蠕变及表面粘附性能的提升，但是如果将抗蠕变和粘附性同时提升，就需要采用两种处理手段，步骤更加繁琐，增加生产成本且影响纤维的力学性能。5、因此，有必要研究一种制备工艺，在提升抗蠕变性的同时实现纤维表面粘附性的增强效果。技术实现思路1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。3、本发明所要解决的技术问题是提供一种经由纤维内部交联改性法制备uhmwpe纤维的工艺；该纤维表面含有极性基团，且具有优异的抗蠕变性能。4、本发明的第一个目的是提供一种经由纤维内部交联改性制备法制得的抗蠕变、强粘附性的超高分子量聚乙烯纤维。5、所述的抗蠕变的高强度超高分子量聚乙烯纤维密度为0.96～0.98g/cm3，强度为28～38cn/dtex，断裂伸长率为2.5～4.0％，纤维与水的接触角为60～90°。环氧树脂包埋测试单丝拔出力为4～12cn，环氧树脂/改性纤维复合材料界面剪切强度13～23mpa，且超声2小时以后，单丝拔出力和界面剪切强度保持率高于96％。抗蠕变性：70℃下经受1000mpa拉力30分钟后蠕变低于3％；6、本发明的第二个目的是提供一种经由纤维内部交联改性制备法制得的抗蠕变、强粘附性的超高分子量聚乙烯纤维，该方法的具体步骤是：7、步骤1、改性uhmwpe的制备：选取uhmwpe树脂a以60co作为射线辐射源，在氧气气氛下对其进行预辐照得到改性uhmwpe树脂添加料b，所述uhmwpe树脂a分子量为500000～2000000g/mol，平均粒径d为20～60μm，且粒径分布为d±8μm之间，辐照吸收剂量为30～90kgy；优选的，所述uhmwpe树脂a分子量为1000000～2000000g/mol，平均粒径d为20～50μm，且粒径分布为d±6μm之间，辐照吸收剂量为30～80kgy；对改性uhmwpe树脂添加料b进行元素分析，表面氧含量2～10wt％，优选的，表面氧含量4～10wt％；8、步骤2、冻胶原丝的制备：将选好的uhmwpe树脂c、改性uhmwpe树脂添加料b和溶剂混合，机械搅拌使得混合混匀，再经双螺杆挤出机挤出，依次经过计量泵、喷丝板和凝固浴，得到冻胶原丝；9、所述uhmwpe树脂c的分子量为1000000～6000000g/mol，平均粒径d为20～100μm，且粒径分布为d±15μm之间；优选的，uhmwpe树脂c的分子量为3000000～6000000g/mol，粒径d为20～70μm，且粒径分布为d±8μm之间；10、加入改性uhmwpe树脂添加料b质量占uhmwpe树脂c质量的0.1～20％；优选的，改性uhmwpe树脂添加料b质量占uhmwpe树脂c质量的2～18％；11、所述uhmwpe纺丝原液的溶剂为室温下是液体的常用碳氢化合物；优选的，可以为氢化萘或烷烃系列；更优选的，可以为四氢化萘、十氢化萘、煤油、液状石蜡或其中的一种或几种混合物；12、所述uhmwpe树脂c和改性uhmwpe树脂添加料b质量之和占混合溶液总质量的5～15wt％；优选的，所述uhmwpe树脂c和改性uhmwpe树脂添加料b质量之和占混合溶液总质量的6～12wt％；13、步骤3、将步骤2得到的冻胶原丝室温下静置后依次按顺序放置到混合液d、混合液e得到改性的uhmwpe冻胶原丝；14、所述混合液d中含有溶液f、硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷，其中溶液f为水、酒精、丙酮、甲醇、甘油中的一种或几种的混合物；其中步骤2得到的冻胶原丝的质量占混合液d质量的3～20wt％，硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷质量占混合液d质量的0.1～4wt％；优选的，步骤2得到的冻胶原丝的质量占混合液d质量的3～15wt％，硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷质量占混合液d质量的0.1～3wt％；冻胶原丝在混合液d中的浸泡时间为0.1～8小时，浸泡温度为20～60℃；优选的冻胶原丝在混合液d中的浸泡时间为0.1～6小时，浸泡温度为20～40℃；15、所述混合液e为极性单体g、二乙烯基类物质h和溶剂j的混合溶液，其中极性单体g为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯腈、醋酸乙烯中的一种或多种的混合物，二乙烯基类物质h为1,4-戊二烯、1,3-丁二烯、对二乙烯苯、1,5-己二烯中的一种或几种的混合物，溶剂j为甲醇、乙醇、己烷、庚烷、甲苯和溶剂汽油中的一种或多种的混合物，所述极性单体g、二乙烯基类物质h和溶剂j在混合液e中的质量占比分别为4～16wt％、5～15wt％和91～69wt％；16、所述冻胶原丝在混合液e中的浸泡时间为0.1～2小时，浸泡温度为10～70℃，冻胶原丝的质量占混合液e质量的1～15wt％；优选的冻胶原丝在混合液e中的浸泡时间为0.1～1小时，浸泡温度为20～60℃，冻胶原丝的质量占混合液e质量的3～13wt％；17、步骤4、将经由步骤3得到的产物进行辐照得到交联改性的uhmwpe冻胶原丝，所述辐照吸收剂量为10～40kgy，优选的，辐照吸收剂量为10～30kgy；18、步骤5、将步骤4得到的改性冻胶原丝室温下静置后，依次经过萃取、干燥、多级热牵伸，得到表面改性的uhmwpe纤维。19、本发明有益效果：20、(1)本发明通过对冻胶原丝进行处理，然后经过萃取干燥、多级热牵伸等工艺，得到抗蠕变且表面粘附性提高的uhmwpe纤维。21、(2)本发明将辐照后产生羟基的改性uhmwpe树脂添加料和未改性的uhmwpe树脂共混后经由喷丝板挤出得到表面含有羟基的冻胶原丝，其中，由于改性uhmwpe树脂的分子量低于未改性的uhmwpe树脂，在喷丝板中会倾向于分布在冻胶原丝的外侧(此时改性uhmwpe树脂分子链仍然会与未改性的uhmwpe分子链发生部分缠结)，这就使得冻胶原丝的外表面产生羟基，然后硅烷偶联剂与冻胶原丝表面的羟基反应使得冻胶原丝表面布满双键，随后双键和极性单体在辐照的作用下发生交联，实现了冻胶原丝的外表面交联和表面极性基团接枝，最后，通过后续工艺处理最终得到抗蠕变、表面粘附性提升的功能uhmwpe纤维。