一种聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂及其制备方法与流程

1.本发明属于上浆剂技术领域，尤其涉及一种聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂及其制备方法。


背景技术：

2.超高分子量聚乙烯纤维是当今世界三大高科技特种纤维之一，具有强度高、模量高、质量轻、耐低温等显著优点，广泛应用于国防军工、工程建筑、民用纺织品等领域。尽管超高分子量聚乙烯纤维具有很多优点，但是由于其不含有其他的极性基团，结构简单，在与其他材料复合时，两种材料之间很难产生较强的作用力，使用超高分子量聚乙烯纤维制备复合材料时难度较大。
3.对超高分子量聚乙烯纤维进行改性的方法有很多，如专利cn111749016a采用紫外光引发方式，利用原子转移自由基聚合反应对纤维表面进行接枝，能够提高超高分子量聚乙烯纤维表面粘接性能；专利cn10249316b先将uhwmpe纤维先通过正庚烷浸泡即先将纤维溶胀后洗涤并干燥，然后在交联液中浸泡，最后经辐射交联和热交联以提高uhwmpe纤维性能。专利cn114059347将等离子体技术与无机纳米粒子掺杂技术相结合对超高分子量聚乙烯纤维进行表面改性。辐照表面引发表面接枝需要对纤维进行一定时间的辐照，无法连续作业、等离子表面处理也难以实现连续化生产。因此寻找一种改性效果好且能够连续大规模生产的超高分子量聚乙烯纤维改性方法就显得十分必要。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂及其制备方法，该上浆剂能够提高超高分子量聚乙烯纤维与基体树脂的界面粘接力。
5.本发明提供了一种聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂，以质量分数计，包括以下原料：
6.聚多巴胺1.0～11.0％，环氧型成膜剂1.0～15.0％，聚氨酯型成膜剂1.5～30.0％，润滑剂0.01～3.0％，ph调节剂0.1～3.0％和去离子水38.0～96.34％。
7.在本发明中，所述环氧型成膜剂为环氧乳液的形式；所述环氧乳液选自双酚a型环氧乳液、双酚s型环氧乳液、酚醛型环氧乳液和脂环族环氧乳液中的一种或多种。
8.在本发明中，所述聚氨酯型成膜剂为选自阳离子型聚氨酯乳液、阴离子型聚氨酯乳液和非离子型聚氨酯乳液中的一种或多种。
9.在本发明中，所述环氧型成膜剂的固含量为38～42％；所述聚氨酯型成膜剂的固含量为48～52％；
10.所述环氧型成膜剂中固体质量和聚氨酯型成膜剂中固体质量的比为1：1.5～2.4。
11.在本发明中，所述ph调节剂为柠檬酸、醋酸、氢氧化钠和氨水中的一种或多种。
12.在本发明中，所述润滑剂选自酯类润滑剂、酰胺类润滑剂和脂肪酸类润滑剂中的
一种或多种。
13.本发明提供了一种上述技术方案所述聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂的制备方法，包括以下步骤：
14.将环氧型成膜剂和聚氨酯型成膜剂分别用水稀释后，混合，得到成膜剂混合物；
15.将润滑剂用水稀释，得到预制润滑剂；
16.将聚多巴胺、成膜剂混合物和预制润滑剂混合，再补加余量水，搅拌均匀后加入ph调节剂，得到聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂。
17.在本发明中，所述聚多巴胺按照以下方法制得：
18.将多巴胺溶解在ph＝8的氨水中，得到固含量4.5～5.5％的多巴胺溶液，室温下自聚25～35min，得到聚多巴胺。
19.本发明提供了一种聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂，以质量分数计，包括以下原料：聚多巴胺1.0～11.0％，环氧型成膜剂1.0～15.0％，聚氨酯型成膜剂1.5～30.0％，润滑剂0.01～3.0％，ph调节剂0.1～3.0％和去离子水38.0～96.34％。该上浆剂采用聚多巴胺，其能够粘附在超高分子量聚乙烯纤维表面，还能与环氧型成膜剂和聚氨酯型成膜剂发生反应，提高纤维与基体树脂的界面粘接力，提高制品的力学性能。
具体实施方式
20.为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
21.实施例1
22.使用氨水将去离子的ph值调节至8，将多巴胺溶解在该溶液中，得到固含量为5％的多巴胺溶液，使之在室温下自聚半小时，得到pda溶液；
23.将双酚a型环氧乳液14％(固含量为40％)用水稀释，阴非离子型聚氨酯乳液23％(固含量50％)用水稀释，再将两种成膜剂稀释液混合在一起，搅拌均匀，得到混合成膜剂；
24.将润滑剂0.7％和石蜡型润滑剂质量2倍的去离子水混合，搅拌均匀后再加入4倍的去离子水，充分搅拌后，得到预制润滑剂；
25.在容器中加入pda溶液5.0％、混合成膜剂、预制润滑剂，再补加余量的水，去离子水总用量为56.8％，搅拌均匀后加入ph调节剂氨水0.5％，使得上浆剂的ph值为7.5.。
26.实施例2
27.使用氨水将去离子的ph值调节至8，将多巴胺溶解在该溶液中，得到固含量为5％的多巴胺溶液，使之在室温下自聚半小时，得到pda溶液；
28.将双酚a型环氧乳液11％(固含量为40％)用水稀释，阴非离子型聚氨酯乳液28％(固含量50％)用水稀释，再将两种成膜剂稀释液混合在一起，搅拌均匀，得到混合成膜剂；
29.将润滑剂0.7％和石蜡型润滑剂质量2倍的去离子水混合，搅拌均匀后再加入4倍的去离子水，充分搅拌后，得到预制润滑剂；
30.在容器中加入聚多巴胺6.0％、混合成膜剂、预制润滑剂，再补加余量的水，去离子水总用量为53.8％，搅拌均匀后加入ph调节剂氨水0.5％，使得上浆剂的ph值为7.4。
31.实施例3
32.使用氨水将去离子的ph值调节至8，将多巴胺溶解在该溶液中，得到固含量为5％的多巴胺溶液，使之在室温下自聚半小时，得到pda溶液；
33.将双酚a型环氧乳液8.6％(固含量为40％)用水稀释，阴非离子型聚氨酯乳液18％(固含量50％)用水稀释，再将两种成膜剂稀释液混合在一起，搅拌均匀，得到混合成膜剂；
34.将润滑剂0.7％和石蜡型润滑剂质量2倍的去离子水混合，搅拌均匀后再加入4倍的去离子水，充分搅拌后，得到预制润滑剂；
35.在容器中加入pda溶液7.0％、混合成膜剂、预制润滑剂，再补加余量的水，去离子水总用量为65.2％，搅拌均匀后加入ph调节剂氨水0.5％，使得上浆剂的ph值为7.6。
36.本发明采用规格为1600d的聚乙烯纤维，在聚乙烯纤维上涂覆上述技术方案所述上浆剂，制得纱线试样。
37.本发明参照gb/t 20310-2006，将涂有上浆剂的聚乙烯纤维纱线通过浸胶树脂，并以一定的张力固定在相应尺寸的工装上，再经过固化等过程最终制得浸胶纱试样。
38.纤维强度和模量方法：参照gb/t19975，以1600d规格的纤维800根组成的一束作为测试样品，测试其拉伸强度和拉伸模量。测试夹距为500mm，拉伸速率为250mm/min。
39.表1试样的性能测试结果
[0040][0041]
由上表可知，涂覆过上浆剂的超高分子量聚乙烯纤维的性能明显提升；上浆剂处理后的聚乙烯纤维与聚氨酯树脂的结合力也明显提高。
[0042]
由以上实施例可知，本发明提供了一种聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂，以质量分数计，包括以下原料：聚多巴胺1.0～11.0％，环氧型成膜剂1.0～15.0％，聚氨酯型成膜剂1.5～30.0％，润滑剂0.01～3.0％，ph调节剂0.1～3.0％和去离子水38.0～96.34％。该上浆剂采用聚多巴胺，其能够粘附在超高分子量聚乙烯纤维表面，还能与环氧型成膜剂和聚氨酯型成膜剂发生反应，提高纤维与基体树脂的界面粘接力，提高制品的力学性能。实验结果表明：浸胶纱的拉伸强度为3064～3503mpa，拉伸模量为93.5～109.4gpa；纱线的表面能为54.7～70.6mj/m2，拉伸强度为32.1～33.8cn/dtex，拉伸模量为1357～
1442cn/dtex。
[0043]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂，以质量分数计，包括以下原料：聚多巴胺1.0～11.0％，环氧型成膜剂1.0～15.0％，聚氨酯型成膜剂1.5～30.0％，润滑剂0.01～3.0％，ph调节剂0.1～3.0％和去离子水38.0～96.34％。2.根据权利要求1所述的聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂，其特征在于，所述环氧型成膜剂为环氧乳液的形式；所述环氧乳液选自双酚a型环氧乳液、双酚s型环氧乳液、酚醛型环氧乳液和脂环族环氧乳液中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂，其特征在于，所述聚氨酯型成膜剂为选自阳离子型聚氨酯乳液、阴离子型聚氨酯乳液和非离子型聚氨酯乳液中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂，其特征在于，所述环氧型成膜剂的固含量为38～42％；所述聚氨酯型成膜剂的固含量为48～52％；所述环氧型成膜剂中固体质量和聚氨酯型成膜剂中固体质量的比为1：1.5～2.4。5.根据权利要求1所述的聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂，其特征在于，所述ph调节剂为柠檬酸、醋酸、氢氧化钠和氨水中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂，其特征在于，所述润滑剂选自酯类润滑剂、酰胺类润滑剂和脂肪酸类润滑剂中的一种或多种。7.一种权利要求1所述聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂的制备方法，包括以下步骤：将环氧型成膜剂和聚氨酯型成膜剂分别用水稀释后，混合，得到成膜剂混合物；将润滑剂用水稀释，得到预制润滑剂；将聚多巴胺、成膜剂混合物和预制润滑剂混合，再补加余量水，搅拌均匀后加入ph调节剂，得到聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述聚多巴胺按照以下方法制得：将多巴胺溶解在ph＝8的氨水中，得到固含量4.5～5.5％的多巴胺溶液，室温下自聚25～35min，得到聚多巴胺。

技术总结
本发明提供了一种聚氨酯树脂用超高分子量聚乙烯纤维上浆剂及其制备方法，以质量分数计，上浆剂包括以下原料：聚多巴胺1.0～11.0％，环氧型成膜剂1.0～15.0％，聚氨酯型成膜剂1.5～30.0％，润滑剂0.01～3.0％，pH调节剂0.1～3.0％和去离子水38.0～96.34％。该上浆剂采用聚多巴胺，其能够粘附在超高分子量聚乙烯纤维表面，还能与环氧型成膜剂和聚氨酯型成膜剂发生反应，提高纤维与基体树脂的界面粘接力，提高制品的力学性能。提高制品的力学性能。


技术研发人员：余洁 郝名扬 龙浩 韦联川 蒋莹莹 曹均凯 王洲一 李艳平
受保护的技术使用者：重庆国际复合材料股份有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/7/19