本發(fā)明涉及高分子纖維，具體涉及一種超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、超高分子量聚乙烯纖維，以其卓越的物理機(jī)械性能，如高強(qiáng)度、高模量、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性，在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，這些特性使得超高分子量聚乙烯纖維在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，隨著科技的進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對超高分子量聚乙烯纖維的性能要求也日益提高，傳統(tǒng)超高分子量聚乙烯纖維在某些特定性能方面，如阻燃性、耐熱性、抗老化性以及加工性等方面，已逐漸難以滿足更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2、目前，已有一些方法嘗試通過添加阻燃劑、抗氧化劑或采用特殊的加工技術(shù)來提高超高分子量聚乙烯纖維的上述性能，然而在實(shí)際使用中仍未達(dá)到理想的最佳狀態(tài)，因此如何通過制備工藝的改進(jìn)對傳統(tǒng)超高分子量聚乙烯纖維的性能進(jìn)行優(yōu)化，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、解決的技術(shù)問題

2、針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，能夠有效地解決現(xiàn)有技術(shù)的超高分子量聚乙烯纖維的阻燃性、耐熱性、抗老化性以及加工性仍需改進(jìn)的問題。

3、技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

5、一種超高分子量聚乙烯纖維，所述超高分子量聚乙烯纖維由以下組分組成：超高分子量聚乙烯、復(fù)合阻燃劑、改性納米二氧化鈦、改性α-磷酸鋯、單寧酸改性液和硅烷偶聯(lián)劑分散液；

6、所述復(fù)合阻燃劑為以9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物接枝氫氧化鎂后制得；

7、所述改性納米二氧化鈦為以硅烷偶聯(lián)劑kh-570對納米二氧化鈦進(jìn)行改性后制得；

8、所述改性α-磷酸鋯為α-磷酸鋯經(jīng)三羥甲基氨基甲烷和乙烯基三乙氧基硅烷改性后制得。

9、更進(jìn)一步地，所述復(fù)合阻燃劑的制備方法為：

10、將10-12g?9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物和1-2g硅烷偶聯(lián)劑kh-560在160℃的溫度下以200r/min的攪拌速度攪拌2h，加入300ml無水乙醇和18-20g氫氧化鎂后在120℃的溫度下以200r/min的攪拌速度攪拌2h，過濾去除濾液后置于120℃的烘箱內(nèi)干燥2h，所得即為復(fù)合阻燃劑。

11、更進(jìn)一步地，所述改性納米二氧化鈦的制備步驟為：

12、步驟1、稱取2g納米二氧化鈦分散于200g無水乙醇中，超聲分散后在70℃的溫度下加熱攪拌2h，再次超聲分散后所得記作二氧化鈦分散液；

13、步驟2、將5g硅烷偶聯(lián)劑kh-570分散于100g無水乙醇中，以500r/min的攪拌速度攪拌10min后，所得記作硅烷偶聯(lián)劑分散液；

14、步驟3、向100ml二氧化鈦分散液中滴加2.5ml硅烷偶聯(lián)劑分散液，滴畢在70℃的溫度下加熱攪拌6h，離心處理后用無水乙醇洗滌沉淀3次，接著置于80℃的烘箱內(nèi)干燥12h，所得即為改性納米二氧化鈦。

15、更進(jìn)一步地，步驟1中超聲分散的具體操作均為以27khz的頻率超聲分散10min，步驟1中加熱攪拌的攪拌速度為300r/min，步驟3中的滴速為1滴/s，步驟3中加熱攪拌的攪拌速度為400r/min，步驟3中離心處理的具體操作均為以10000r/min的離心速度離心5min。

16、更進(jìn)一步地，所述改性α-磷酸鋯的制備步驟為：

17、步驟?=?1?\*?roman?\*?mergeformat?i、稱取5gα-磷酸鋯和300ml去離子水進(jìn)行混合，分散均勻后所得記作α-磷酸鋯分散液，稱取3g三羥甲基氨基甲烷溶解于50ml去離子水中，混合均勻后所得記作三羥甲基氨基甲烷溶液；

18、步驟?=?2?\*?roman?\*?mergeformat?ii、以3ml/min的滴速將三羥甲基氨基甲烷溶液滴至α-磷酸鋯分散液內(nèi)，滴畢以40khz的頻率超聲處理20min，靜置24h后離心處理得到沉淀并使用去離子水洗滌沉淀3次，冷凍干燥48h后記作剝離態(tài)α-磷酸鋯；

19、步驟?=?3?\*?roman?\*?mergeformat?iii、將3.5g剝離態(tài)α-磷酸鋯、350ml無水乙醇、20ml去離子水和3.5ml乙烯基三乙氧基硅烷分散于燒瓶內(nèi)，在80℃的溫度下進(jìn)行蒸餾且頂部用冷卻水回流4h，蒸餾產(chǎn)物經(jīng)無水乙醇洗滌2次后用去離子水洗滌1次，冷凍干燥48h后所得即為改性α-磷酸鋯。

20、更進(jìn)一步地，步驟?=?1?\*?roman?\*?mergeformat?i中分散均勻的具體操作為以500r/min的攪拌速度攪拌10min，步驟?=?1?\*?roman?\*?mergeformat?i中混合均勻的具體操作為以300r/min的攪拌速度攪拌10min，步驟?=?2?\*?roman?\*?mergeformat?ii中離心處理的具體操作為以6000r/min的離心速度離心5min。

21、更進(jìn)一步地，所述單寧酸改性液的制備方法為：

22、將0.4g三羥甲基氨基甲烷、2.5g氯化鈉、0.6g單寧酸和150ml去離子水進(jìn)行混合，以300r/min的攪拌速度攪拌10min后，滴加濃度為1mol/l的鹽酸溶液調(diào)節(jié)ph值至8.5，所得即為單寧酸改性液。

23、更進(jìn)一步地，所述硅烷偶聯(lián)劑分散液的制備方法為：

24、稱取6g硅烷偶聯(lián)劑kh-550分散于100ml去離子水中，以28khz的頻率超聲分散30min后所得即為硅烷偶聯(lián)劑分散液。

25、一種超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，所述制備方法為：

26、s1、將100重量份超高分子量聚乙烯、20-25重量份復(fù)合阻燃劑、2-3重量份改性納米二氧化鈦和3-4重量份改性α-磷酸鋯倒入密煉機(jī)內(nèi)，密煉混合后經(jīng)紡絲機(jī)紡絲成纖維，所得記作待處理纖維；

27、s2、按照1：20的料液比將待處理纖維浸入單寧酸改性液中，在室溫下振蕩處理38h后去除濾液并使用去離子水沖洗3次，干燥處理后記作初改性纖維組分；

28、s3、按照1：20的料液比將初改性纖維組分浸入硅烷偶聯(lián)劑分散液中，攪拌反應(yīng)后去除濾液并使用去離子水沖洗3次，干燥處理后所得即為超高分子量聚乙烯纖維。

29、更進(jìn)一步地，s1中密煉混合的溫度為205℃，密煉混合的轉(zhuǎn)速為60r/min，密煉混合的時(shí)間為10min，s2中干燥處理的具體操作均為置于60℃的烘箱內(nèi)干燥8h，s3中干燥處理的具體操作均為置于60℃的烘箱內(nèi)干燥12h。

30、有益效果

31、本發(fā)明提供了一種超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，與現(xiàn)有公知技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

32、1、本發(fā)明在超高分子量聚乙烯中引入復(fù)合阻燃劑、改性納米二氧化鈦和改性α-磷酸鋯，能夠起到改善阻燃性能、力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性的作用；以9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物和氫氧化鎂進(jìn)行復(fù)合，能夠結(jié)合磷系和無機(jī)氫氧化物的阻燃機(jī)制，在燃燒過程中形成保護(hù)層并有效阻止火焰蔓延，從而顯著提高纖維的阻燃性能；其次，納米二氧化鈦和α-磷酸鋯經(jīng)過改性后，表面性質(zhì)得到改善，與聚乙烯基體的相容性增強(qiáng)，能夠在基體中均勻分散，將其通過熔融共混引入超高分子量聚乙烯中能夠作為物理交聯(lián)點(diǎn)，從而增加聚乙烯分子鏈之間的相互作用力，提高纖維的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。

33、2、本發(fā)明將待處理纖維依次浸入單寧酸改性液和硅烷偶聯(lián)劑分散液中進(jìn)行改性，能夠使單寧酸與纖維表面的羥基等官能團(tuán)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵合，提高纖維表面的極性和親水性，有利于后續(xù)處理，硅烷偶聯(lián)劑則能夠同時(shí)與纖維表面和無機(jī)粒子表面反應(yīng)，形成“橋聯(lián)”結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)纖維與無機(jī)粒子之間的相互作用力，改善纖維的加工性能和力學(xué)性能。