CN103255657A - 表面包覆聚合物的纤维绳及其制备方法 - Google Patents

表面包覆聚合物的纤维绳及其制备方法 Download PDF

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付廷明
苏德斌
魏平
李燮平
何飞
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Abstract

本发明公开了表面包覆聚合物的纤维绳及其制备方法，表面包覆聚合物的纤维绳由聚合物包覆层和纤维绳芯层构成，聚合物包覆层包覆在纤维绳芯层的外壁上；包括以下步骤制成：按质量比称量热塑性聚合物和添加剂，混合均匀后投入单螺杆挤出机中进行混合熔融；将纤维绳穿过模具，熔融聚合物均匀的包覆在纤维绳的表面；迅速引入冷水槽，进行冷却定型即可。本发明提高了纤维的强度和使用性，可以与多种树脂粘结制备复合材料，在光缆、电缆、渔网、网箱、保护网和增强线、复合纤维等方面有广阔的应用空间，由其编织的渔网不仅满足了高强力的要求，而且其表面光滑，减少了寄生物的附着空间，并且此种渔网易于清洗，达到了方便持久耐用的效果。

Description

表面包覆聚合物的纤维绳及其制备方法
 
技术领域
本发明涉及一种纤维的应用改性技术，具体涉及一种表面包覆聚合物的纤维绳及其制备方法。
技术背景
超高分子量聚乙烯纤维，又称高强度高模量聚乙烯纤维、高取向度聚乙烯纤维、高性能聚乙烯纤维。超高分子量聚乙烯纤维具有高强度、高模量、高取向度，广泛用于防弹防护用品、绳索、缆绳、鱼网、运动器材的制造。超高分子量聚乙烯纤维是现在比强度最高的商业化高性能纤维。但纤维在使用过程中因单丝纤度较低，单根纤维的耐磨性成为纤维应用的短板，而其集束性较差也严重影响其的使用范围。
北京科技大学于2007年05月22日提交的中国专利“金属包覆高分子纤维及其制备方法”，专利号：CN200710099472.7，其方法制备的金属包覆的超高分子量聚乙烯纤维确实大大提高了纤维的耐磨性，但也提高了纤维的密度，使其远大于超高分子量聚乙烯原来密度，丧失了其超轻、高强的优良特性，使其比强度大大降低；且此方法制备包覆纤维没有改善高强聚乙烯纤维表面的化学惰性和非极性，使纤维表面的浸润性和界面粘接性能差，还不能应用于先进非金属复合材料中。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种不容易摩擦起毛，容易清洗，提高其浸胶性能、耐磨性和耐候性，高强力的表面包覆聚合物的纤维绳。
为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：该表面包覆聚合物的纤维绳，其特征在于：它由聚合物包覆层和纤维绳芯层构成，聚合物包覆层包覆在纤维绳芯层的外壁上。
所述的聚合物包覆层由热塑性聚合物和添加剂混合熔融制成，热塑性聚合物和添加剂的质量比为100：（10—40）。
所述的热塑性聚合物为聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯或硅橡胶；所述的添加剂为增塑剂、增强剂、热稳定剂按质量比1：3：1混合的混合物。
本发明的另一个目的在于提供一种上述表面包覆聚合物的纤维绳的制备方法。
为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：该表面包覆聚合物的纤维绳的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤制成：
（1）、按质量比称量热塑性聚合物和添加剂，混合均匀后通过自动喂料机，将混合料投入单螺杆挤出机中，进行混合熔融，成为熔融聚合物，挤入挤出口处的模具；热塑性聚合物和添加剂的质量比为100：（10—40）；所述的热塑性聚合物为聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯或硅橡胶；所述的添加剂为增塑剂、增强剂、热稳定剂按质量比1：3：1混合的混合物；
（2）、将纤维绳穿过连接在单螺杆挤出机的挤出口处的模具，同时熔融聚合物均匀的包覆在纤维绳的表面；
（3）、将包覆有聚合物的纤维绳迅速引入冷水槽，进行冷却定型，干燥后即可得到表面包覆聚合物的纤维绳。
所述的纤维绳为纤维状的长径比大于1000的单丝或复丝或种类不同的纤维构成的复合纤维经编织而成的绳。
所述的单丝或复丝为超高分子量聚乙烯单丝或复丝。
所述的单螺杆挤出机的各区温度控制在30-300℃。
所述的纤维绳穿过模具的速度不小于10m/min。
本发明的有益效果在于：通过增加纤维本身的集束性，提高了纤维的强度和使用性，改善了纤维本身化学惰性问题，此复合纤维可以与多种树脂粘结制备复合材料，拓宽了纤维或纤维绳的使用领域，在光缆、电缆、渔网、网箱、保护网和增强线、复合纤维等方面有广阔的应用空间，由其编织的渔网不仅满足了高强力的要求，而且其表面光滑，减少了寄生物的附着空间，并且此种渔网易于清洗，达到了方便持久耐用的效果。
附图说明
图1为本发明的结构断面放大示意图；
图中：1、聚合物包覆层；2、纤维绳芯层。
具体实施方式
一种表面包覆聚合物的纤维绳，其特征在于：它由聚合物包覆层1和纤维绳芯层2构成，聚合物包覆层1包覆在纤维绳芯层2的外壁上。
实施例1：
一种表面包覆聚合物的超高分子量聚乙烯纤维绳的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤制成：
（1）、按质量比称量热塑性聚合物和添加剂，混合均匀后通过自动喂料机，将混合料投入单螺杆挤出机中，设定单螺杆挤出机各区的温度，温度由常温30℃逐渐升温至为155℃，进行混合熔融，成为熔融聚合物，挤入挤出口处的模具；所述的热塑性聚合物为100份的聚氯乙烯颗粒；所述的添加剂为2份二丁酯增塑剂、6份活性碳酸钙增强剂和2份聚丙烯酸酯热稳定剂混合的混合物；
（2）、将超高分子量聚乙烯复丝做成的纤维绳穿过连接在单螺杆挤出机的挤出口处的模具，通过速度为150m/min，同时熔融聚合物均匀的包覆在超高分子量聚乙烯纤维绳的表面；
（3）、将包覆有聚合物的超高分子量聚乙烯纤维绳迅速引入冷水槽，冷水槽的设定温度为15℃，进行冷却定型，干燥后即可得到表面包覆聚合物的超高分子量聚乙烯纤维绳。
经检测，得到的表面包覆聚合物的超高分子量聚乙烯纤维绳具体表征如下：样品表观光滑，条干均匀，PVC涂布均匀，直径在2.5-3mm之间，皮层厚度在0.5-1mm之间。
与超高分子量聚乙烯纤维绳比较，物理性能测试结果如下：
超高分子量聚乙烯纤维绳：最大断裂力：931N；断裂伸长率：7.19%；密度：0.97 g/cm3。
本实施例中的表面包覆聚合物的超高分子量聚乙烯纤维绳：最大断裂力：1140 N；断裂伸长率：9.16%；密度：1.38 g/cm3。
实施例2：
一种表面包覆聚合物的超高分子量聚乙烯纤维绳的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤制成：
（1）、按质量比称量热塑性聚合物和添加剂，混合均匀后通过自动喂料机，将混合料投入单螺杆挤出机中，设定单螺杆挤出机各区的温度，温度设定由30℃逐渐升温至为155℃，进行混合熔融，成为熔融聚合物，挤入挤出口处的模具；所述的热塑性聚合物为100份的聚氯乙烯颗粒；所述的添加剂为5份二丁酯增塑剂、15份活性碳酸钙增强剂和5份聚丙烯酸酯热稳定剂混合的混合物；
（2）、将超高分子量聚乙烯单丝穿过连接在单螺杆挤出机的挤出口处的模具，通过速度为200m/min，同时熔融聚合物均匀的包覆在超高分子量聚乙烯单丝的表面；
（3）、将包覆有聚合物的超高分子量聚乙烯纤维绳迅速引入冷水槽，冷水槽的设定温度为15℃，进行冷却定型，干燥后即可得到表面包覆聚合物的超高分子量聚乙烯纤维绳。
经检测，得到的表面包覆聚合物的超高分子量聚乙烯纤维绳具体表征如下：样品表观光滑，条干均匀，PVC涂布均匀，直径在2.5-3mm之间，皮层厚度在0.5-1mm之间。
与超高分子量聚乙烯纤维单丝比较，物理性能测试结果如下：
超高分子量聚乙烯纤维单丝：最大断裂力/N：330；断裂伸长率%：7.10；密度：0.97 g/cm3。
本实施例中的表面包覆聚合物的超高分子量聚乙烯纤维绳：最大断裂力：500 N；断裂伸长率：8.0%；密度：1.13 g/cm3。
实施例3：
该表面包覆聚合物的PE纤维和PET纤维复合绳的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤制成：
（1）、按质量比称量热塑性聚合物和添加剂，混合均匀后通过自动喂料机，将混合料投入单螺杆挤出机中，设定单螺杆挤出机各区的温度，温度由常温30℃逐渐升温至为300℃，进行混合熔融，成为熔融聚合物，挤入挤出口处的模具；所述的热塑性聚合物为100份的乙烯基硅橡胶；所述的添加剂为2份二丁酯增塑剂、6份白炭黑增强剂和2份聚丙烯酸酯热稳定剂的混合物；
（2）、将PE纤维和PET纤维复合绳穿过连接在单螺杆挤出机的挤出口处的模具，通过速度为60m/min，同时熔融聚合物均匀的包覆在PE纤维和PET纤维复合绳的表面；PE纤维和PET纤维的复合比例为3:1.
（3）、将包覆有聚合物的PE纤维和PET纤维复合绳迅速引入温度为140℃的热通道进行恒温硫化，然后进入温度为15℃的冷却水槽进行冷却，冷却后即可得到表面包覆聚合物的PE纤维和PET纤维复合绳。
经检测，得到的表面包覆聚合物的PE纤维和PET纤维复合绳具体表征如下：样品表观光滑，条干均匀，硫化硅橡胶涂布均匀，直径在7-9mm之间，皮层厚度在1-2mm之间。
与PE纤维和PET纤维复合绳比较，物理性能测试结果如下：
PE纤维和PET纤维复合绳：最大断裂力：10.5KN；线密度13g/m；绳直径：5mm。
本实施例中的表面包覆聚合物的PE纤维和PET纤维复合绳：最大断裂力：11.57K N；线密度32.1g/m；绳直径：7-9mm。
实施例4：
该表面包覆聚合物的PE纤维绳的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤制成：
（1）、按质量比称量热塑性聚合物和添加剂，混合均匀后通过自动喂料机，将混合料投入单螺杆挤出机中，设定单螺杆挤出机各区的温度，温度由30℃逐渐升温至为270℃，进行混合熔融，成为熔融聚合物，挤入挤出口处的模具；所述的热塑性聚合物为100份的聚乙烯颗粒；所述的添加剂为8份二丁酯增塑剂、24份活性碳酸钙增强剂和8份聚丙烯酸酯热稳定剂混合的混合物；
（2）、将PE纤维绳穿过连接在单螺杆挤出机的挤出口处的模具，通过速度为20m/min，同时熔融聚合物均匀的包覆在PE纤维绳的表面；
（3）、将包覆有聚合物的PE纤维绳迅速引入冷水槽，冷水槽的设定温度为15℃，进行冷却定型，干燥后即可得到表面包覆聚合物的PE纤维绳。
经检测，得到的表面包覆聚合物的PE纤维绳具体表征如下：样品表观光滑，条干均匀，PE涂布均匀，直径在6-7mm之间，皮层厚度在0.5-1mm之间。
与PE纤维绳比较，物理性能测试结果如下：
PE纤维绳：最大断裂力：16.5KN；线密度13g/m；绳直径：5mm。
本实施例中的表面包覆聚合物的PE纤维绳：最大断裂力：16.7K N；线密度31g/m；绳直径：6-7mm。
实施例5：
该表面包覆聚合物的PE纤维绳的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤制成：
（1）、按质量比称量热塑性聚合物和添加剂，混合均匀后通过自动喂料机，将混合料投入单螺杆挤出机中，设定单螺杆挤出机各区的温度，温度由30℃逐渐升温至为270℃，进行混合熔融，成为熔融聚合物，挤入挤出口处的模具；所述的热塑性聚合物为50份聚乙烯和50份聚氯乙烯颗粒；所述的添加剂为8份二丁酯增塑剂、24份活性碳酸钙增强剂和8份聚丙烯酸酯热稳定剂混合的混合物；
（2）、将PE纤维绳穿过连接在单螺杆挤出机的挤出口处的模具，通过速度为30m/min，同时熔融聚合物均匀的包覆在PE纤维绳的表面；
（3）、将包覆有聚合物的PE纤维绳迅速引入冷水槽，冷水槽的设定温度为15℃，进行冷却定型，干燥后即可得到表面包覆聚合物的PE纤维绳。
经检测，得到的表面包覆聚合物的PE纤维绳具体表征如下：样品表观光滑，条干均匀，聚乙烯和聚氯乙烯涂布均匀，直径在6-7mm之间，皮层厚度在0.5-1mm之间。
与PE纤维绳比较，物理性能测试结果如下：
PE纤维绳：最大断裂力：16.5KN；线密度13g/m；绳直径：5mm。
本实施例中的表面包覆聚合物的PE纤维绳：最大断裂力：16.7K N；线密度32g/m；绳直径：6-7mm。
实施例6：
该表面包覆聚合物的PE纤维绳的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤制成：
（1）、按质量比称量热固性聚合物和添加剂，混合均匀后通过自动喂料机，将混合料投入单螺杆挤出机中，设定单螺杆挤出机各区的温度，温度由30℃逐渐升温至为190℃，进行混合熔融，成为熔融聚合物，挤入挤出口处的模具；所述的热固性聚合物为100份的聚氨酯粒；所述的添加剂为2份二丁酯增塑剂、6份活性碳酸钙增强剂和2份聚丙烯酸酯热稳定剂混合的混合物；
（2）、将PE纤维穿过连接在单螺杆挤出机的挤出口处的模具，通过速度为120m/min，同时熔融聚合物均匀的包覆在PE纤维的表面；
（3）、将包覆有聚合物的PE纤维绳迅速引入冷水槽，冷水槽的设定温度为15℃，进行冷却定型，干燥后即可得到表面包覆聚合物的PE纤维绳。
经检测，得到的表面包覆聚合物的PE纤维绳具体表征如下：样品表观光滑，条干均匀，聚乙烯涂布均匀，直径在2.5-3mm之间，皮层厚度在0.5-1mm之间。
与PE纤维比较，物理性能测试结果如下：
PE纤维：最大断裂力：931N；断裂伸长率：7.19%；密度：0.97 g/cm3。
本实施例中的表面包覆聚合物的PE纤维绳：最大断裂力：1255 N；断裂伸长率：5.12%；密度：1.32 g/cm3。 

Claims (7)

1.表面包覆聚合物的纤维绳，其特征在于：它由聚合物包覆层 （1）和纤维绳芯层（2）构成，聚合物包覆层（1）包覆在纤维绳芯层（2）的外壁上。
2.根据权利要求1所述的表面包覆聚合物的纤维绳，其特征在于：所述的聚合物包覆层（1）由热塑性聚合物和添加剂混合熔融制成，热塑性聚合物和添加剂的质量比为100：（10—40）。
3.根据权利要求2所述的表面包覆聚合物的纤维绳，其特征在于：所述的热塑性聚合物为聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯或硅橡胶；所述的添加剂为增塑剂、增强剂、热稳定剂按质量比1：3：1混合的混合物。
4.表面包覆聚合物的纤维绳的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤制成：
（1）、按质量比称量热塑性聚合物和添加剂，混合均匀后通过自动喂料机，将混合料投入单螺杆挤出机中，进行混合熔融，成为熔融聚合物，挤入挤出口处的模具；热塑性聚合物和添加剂的质量比为100：（10—40）；所述的热塑性聚合物为聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯或硅橡胶；所述的添加剂为增塑剂、增强剂、热稳定剂按质量比1：3：1混合的混合物；
（2）、将纤维绳穿过连接在单螺杆挤出机的挤出口处的模具，同时熔融聚合物均匀的包覆在纤维绳的表面；
（3）、将包覆有聚合物的纤维绳迅速引入冷水槽，进行冷却定型，干燥后即可得到表面包覆聚合物的纤维绳。
5.根据权利要求4所述的表面包覆聚合物的纤维绳的制备方法，其特征在于：所述的纤维绳为纤维状的长径比大于1000的单丝或复丝或种类不同的纤维构成的复合纤维经编织而成的绳。
6.根据权利要求5所述的表面包覆聚合物的纤维绳的制备方法，其特征在于：所述的单丝或复丝为超高分子量聚乙烯单丝或复丝。
7.根据权利要求4所述的表面包覆聚合物的纤维绳的制备方法，其特征在于：所述的单螺杆挤出机的各区温度控制在30-300℃。
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