一种超高分子量聚乙烯复合纤维材料的制备方法

本发明涉及高分子材料领域，具体地说是一种超高分子量聚乙烯复合纤维材料的制备方法。背景技术：1、超高分子量聚乙烯纤维（pe-uhmw纤维）具有高强、高模量和高韧性等优良的力学性能，同时具有轻质，耐磨等特性，常常应用于防弹装备，缆绳，防切割手套等领域。2、为了使pe-uhmw纤维获得更高的防切割性能，现有技术往往选择将pe-uhmw纤维与无机高硬度填料进行共混纺丝，以获得优秀的防切割性能，然而pe-uhmw纤维的分子链为线性结构，在主链上只有碳和氢两种元素，与无机高硬度填料的相容性和粘结力差，导致填料在纤维中的分散性不佳，制得的超高分子量聚乙烯纤维的力学性能较低，并且pe-uhmw纤维的优异力学性能源于其高分子链的高度取向和结晶性，为了获得优秀的防切割性能而加入高硬度填料会扰乱这种有序的结构，影响其结晶度，从而降低纤维的拉伸强度，严重影响产品耐用性能。技术实现思路1、为了解决上述技术缺陷，本发明研究出一种超高分子量聚乙烯复合纤维材料的制备方法，使制备的超高分子量聚乙烯复合纤维材料在具有优秀防切割能力的同时还具备更高的拉伸强度和耐用性。2、一种超高分子量聚乙烯复合纤维材料的制备方法，包括以下步骤：3、s1：冻胶纤维的制备4、将硬脂酸酰胺加入食用油中搅拌均匀，边搅拌边滴加葫芦脲，然后再加入超高分子量聚乙烯粉料和抗氧剂，超声处理后得到纺丝溶液，将纺丝溶液置于双螺杆挤出机中进行共混挤出，然后再经过喷丝板挤出，冷却凝固后得到冻胶纤维；5、s2：pe-uhmw纤维的表面改性6、在超高分子量聚乙烯粉料中加入抗氧剂和食用油，搅拌均匀后送入双螺杆挤出机中进行共混挤出，再经过喷丝板挤出，冷却凝固后利用甲苯萃取，再依次进行干燥和超倍拉伸处理，得到pe-uhmw纤维，将冻胶纤维、钛酸四异丙酯和正己烷混合并在氮气氛围下进行剪切搅拌，得到冻胶纤维分散液，然后将pe-uhmw纤维浸没在冻胶纤维分散液中，取出后干燥，重复多次，最后一次取出后置于烘箱中以95-100℃的温度干燥25-30分钟，冷却至室温后得到改性pe-uhmw纤维；7、s3：改性pe-uhmw纤维表面生长纳米al2o38、取木橘叶进行漂洗，剪碎置于研钵中研磨，然后加入去离子水并煮沸，离心分离后进行抽滤，得到木橘叶提取液，将木橘叶提取液蒸发浓缩后通过雾化喷嘴均匀喷涂于改性pe-uhmw纤维的表面，再利用紫外线对外表面进行照射，然后浸没于alcl3溶液中，调节温度和ph，静置后用去离子水冲洗，干燥后得到超高分子量聚乙烯复合纤维材料。9、进一步地，步骤s1冻胶纤维的制备，包括以下步骤：10、s1.1：将0.02-0.06重量份的硬脂酸酰胺加入12-15重量份的食用油中，搅拌10-15分钟，继续搅拌并在搅拌的同时滴加入0.8-1重量份的葫芦脲，再加入1.5-2重量份的超高分子量聚乙烯粉料和0.01-0.02重量份的抗氧剂，然后置于超声波分散器中，以25-30khz的超声频率超声处理15-20分钟，得到纺丝溶液；11、s1.2：将纺丝溶液置于双螺杆挤出机中进行共混挤出，然后再经过喷丝孔直径为0.7-0.8mm的喷丝板进行挤出，然后浸没在15-20℃的水中进行冷却凝固，得到冻胶纤维。12、进一步地，步骤s2 pe-uhmw纤维的表面改性，包括以下步骤：13、s2.1：在6-8重量份的超高分子量聚乙烯粉料中加入0.02-0.03重量份的抗氧剂和40-45重量份的食用油，搅拌均匀后送入双螺杆挤出机中进行共混挤出，再经过喷丝板挤出，然后浸没在15-20℃的水中进行冷却凝固，再利用甲苯进行萃取处理，萃取完依次进行干燥和超倍拉伸处理，得到pe-uhmw纤维；14、s2.2：将步骤s1.2制得的冻胶纤维、0.3-0.4重量份的钛酸四异丙酯和6-10重量份的正己烷置于高剪切搅拌器中，通入氮气并设置高剪切搅拌器的功率为1200-1400w，转速为200-300rpm，温度为40-45℃，搅拌10-15分钟，得到冻胶纤维分散液，然后将步骤s2.1制得的pe-uhmw纤维浸没在冻胶纤维分散液中2-3分钟，然后取出并置于烘箱中以65-70℃的温度干燥20-25分钟，重复3-4次，最后一次取出后置于烘箱中以95-100℃的温度干燥25-30分钟，冷却至室温后得到改性pe-uhmw纤维。15、进一步地，步骤s3改性pe-uhmw纤维表面生长纳米al2o3，包括以下步骤：16、s3.1：取5-9重量份的木橘叶，用纯净水漂洗3-4次，然后剪碎置于研钵中研磨20-30分钟，然后加入40-50重量份的去离子水，加热煮沸10-15分钟，离心分离后进行抽滤，得到木橘叶提取液；17、s3.2：将步骤s3.1制备的木橘叶提取液置于烘箱中蒸发浓缩至原体积的1/10-1/8，得到浓缩木橘叶提取液，然后通过雾化喷嘴将浓缩木橘叶提取液均匀喷涂于改性pe-uhmw纤维的表面，再利用紫外线对外表面进行照射，然后浸没于浓度为0.2-0.3mol/l的alcl3溶液中，调节温度为50-55℃并加入0.1-0.2mol/l的naoh溶液调节ph为10-11，静置2-3小时后取出，用去离子水冲洗3-4次，再置于烘箱中进行干燥，得到超高分子量聚乙烯复合纤维材料。18、进一步地，步骤s1.1以及步骤s2.1中的超高分子量聚乙烯粉料分子量均为450-600万。19、进一步地，步骤s1.1以及步骤s2.1中的抗氧剂均为2，6-二叔丁基对甲酚。20、进一步地，步骤s1.2中的双螺杆挤出机直径为75-90mm，挤出转速为120-160rpm，螺杆溶胀段温度为200-240℃，溶解段温度为240-260℃。21、进一步地，步骤s2.1中的双螺杆挤出机直径为75-90mm，挤出转速为150-180rpm，螺杆溶胀段温度为220-250℃，溶解段温度为250-270℃。22、进一步地，步骤s2.1中的超倍拉伸处理拉伸倍数为8-10倍，拉伸温度为130-150℃。23、进一步地，步骤s3.2紫外线照射中紫外灯的功率为8-12w，紫外线波长为360-400nm。24、有益效果是：1、本发明通过对木橘叶进行萃取得到木橘叶提取液，浓缩后喷涂在改性pe-uhmw纤维的表面，用紫外线照射使木橘叶提取液中的木橘提取物固定在改性pe-uhmw纤维的表面，后续浸没在alcl3溶液中并调节温度和ph，此时木橘提取物作为还原剂和稳定剂与a13+结合生成纳米al2o3颗粒，并使纳米al2o3颗粒稳定均匀地在改性pe-uhmw纤维的表面进行生长，不仅可以提高改性pe-uhmw纤维表面的界面作用力，增强材料的拉伸强度，并且由于al2o3硬度极高，纳米级的氧化铝颗粒在改性pe-uhmw纤维表面生长形成的保护层能极大地提升其表面硬度，增强其耐切割性能，还能与纤维表面进行紧密结合，制得的超高分子量聚乙烯复合纤维材料具有优秀的防割能力和耐用性。25、2、本发明通过将葫芦脲和超高分子量聚乙烯粉料共混后进行纺丝，制得冻胶纤维，使葫芦脲与超高分子量聚乙烯充分结合，再将冻胶纤维制成冻胶纤维分散液，并将制得的pe-uhmw纤维浸没在冻胶纤维分散液中，进行多次提拉干燥，最后进行高温热处理使含有超高分子量聚乙烯组分的冻胶纤维牢牢附着在具有相同组分的pe-uhmw纤维表面，从而使葫芦脲稳定的附着在pe-uhmw纤维表面，由于葫芦脲中存在大量的羟基和醛基使其具备与金属离子螯合的能力，能够对金属离子进行捕获并为金属氧化物提供成核位点，使后续纳米al2o3颗粒更快更稳定的在改性pe-uhmw纤维表面进行生长，从而增强了材料的拉伸强度。