CN103866416A - 一种超高分子量聚乙烯有色纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种力学性能高、色牢度高的超高分子量聚乙烯有色纤维的制备方法，采取颜料与低分子量聚乙烯混合后从辅助双螺杆以侧向喂料的方式加入主双螺杆制备的UHMWPE溶液，经过过滤器过滤、静态混合器混合后，在流经喷丝板喷丝孔时，由于其黏度较低的缘故，自发性向纤维表面迁移，形成具有颜料含量由纤维表面向中心递减的梯度结构的冻胶纤维，冻胶纤维经萃取、干燥、超倍热牵伸得到颜料含量梯度分布的成品纤维，此发明减少了由于外加颜料粒子引起纤维内部缺陷增加、性能下降的缺陷，制备得到了高性能的UHMWPE有色纤维。
Description
技术领域
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯（UHMWPE）有色纤维的制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯与碳纤维、芳纶纤维并称为三大高性能纤维。由于UHMWPE纤维具有超轻、高比强度、高比模量、优越的能量吸收性、较好的耐磨、耐腐蚀、耐光等多重优异性能，已经在航空航天、国防军事、安全防护、海洋工程、体育器材、电力通讯、医用材料以及民用绳网等领域得到了广泛的应用。
但是由于UHMWPE纤维的大分子链中，除碳氢共价键外不存在其它的极性官能团，且纤维的结晶度非常高，使染料分子难以进入成品UHMWPE纤维中，染色困难。因此一般的纤维染色方法对聚乙烯纤维都不适用，目前多采用原液染色方法，多是将UHMWPE树脂、矿物油与颜料添加剂加热混合后，进入双螺杆挤出机内加热，使之溶胀，溶解，制得纺丝原液，然后经过制备冻胶丝、萃取、干燥、后牵伸及卷绕获得有色UHMWPE纤维。但由于染料或颜料与UHMWPE分子链之间缺乏相互作用，染料或颜料易于向表面迁移，使纤维的色牢度较低，不易获得深色效果，如果加大染料或颜料添加量又导致纤维内部缺陷增加，使纤维性能下降，不能满足绳网等对颜色有要求的领域。因此，需要一种提高纤维色牢度且保持纤维力学性能的UHMWPE有色纤维的制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺点，而提供力学性能高、色牢度高的UHMWPE有色纤维的制备方法。
本发明的技术方案具体包括以下步骤：（1）采用UHMWPE树脂，加入溶剂和抗氧剂等助剂，在主双螺杆中制备均匀的UHMWPE A溶液；（2）采用分子量低的聚乙烯与极性基团改性的聚乙烯和有机颜料混合，在辅助双螺杆中制备均匀的有色聚乙烯B溶液；（3）有色聚乙烯溶液（B）采用侧向喂料的方式在纺丝系统的熔体过滤器前加入UHMWPE溶液中（A），A和B两溶液经过过滤器过滤、静态混合器混合后，再经过计量泵和喷丝板后在水浴中定型得到冻胶初生纤维；（4）对冻胶初生纤维进行萃取、干燥；（5）干燥后的冻胶初生纤维进行多级超倍热牵伸，得到UHMWPE有色纤维。
所述的步骤（1）中的溶剂为十氢化萘或白油。
所述的步骤（1）中的UHMWPE树脂的分子量为200～700万，冻胶溶液中UHMWPE的重量百分比为5～25%。
所述的步骤（2）中改性聚乙烯的极性基团包括酸酐类和环氧类极性基团，极性基团改性的聚乙烯在低分子量聚乙烯树脂中的重量百分比为1～8%。
所述的步骤（2）中的聚乙烯树脂的分子量为50～200万，有色冻胶溶液中聚乙烯的重量百分比为5～25%。
所述的步骤（2）中的颜料为直径小于5μm的有机杂环类红色颜料、有机杂环类黄色颜料和有机杂环类橙色颜料中的一种或多种的组合，有机颜料在所有聚乙烯树脂中的重量百分比为0.1～2%。
所述的步骤（3）中的静态混合器包括SV型、SX型、SL型、SH型、SK型。
所述的步骤（3）中的有色聚乙烯溶液与UHMWPE冻胶溶液的质量比为1：2～9。
在UHMWPE冻胶纤维的形成过程中，在喷丝孔中带有有机颜料的低分子量聚乙烯由于黏度低会优先向管壁处移动，从而形成在纤维表面颜料多、在纤维中心颜料少的近梯度分布的有色UHMWPE纤维。与以往的技术相比，本发明采取颜料与低分子量聚乙烯混合后单独从辅助双螺杆加入、使其迁移至更靠近纤维外缘的方法，所加颜料质量百分比更小，而且颜料更少地损害纤维的伸直链结构，更有利于UHMWPE纤维力学性能的保持，提高了产品质量，得到高性能的UHMWPE有色纤维。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述发明的实施方式，但本发明的范围不只限制于这这些实施案例，所给的这些实施案例仅仅是说明性的，不可理解为是对本发明的限制。本领域的普通专业人员根据发明的内容，对发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
实施例1
将2KG分子量为200万的UHMWPE树脂、38KG十氢化萘和抗氧剂等助剂在主双螺杆中制备成均匀的UHMWPE A溶液，采用分子量为50万的聚乙烯与马来酸酐改性的聚乙烯和颗粒直径小于5μm的有机杂环类红色颜料混合，改性聚乙烯在低分子量聚乙烯树脂中的重量百分比为1%，有机颜料在所有聚乙烯树脂中的重量百分比为0.1%，在辅助双螺杆中制备均匀的有色聚乙烯B溶液，有色聚乙烯溶液（B）以质量比1:2采用侧向喂料的方式在纺丝系统的熔体过滤器前加入UHMWPE溶液中（A），A和B两溶液经过过滤器过滤、SV型静态混合器混合后，再经过计量泵和喷丝板后在水浴中定型得到冻胶初生纤维；对冻胶初生纤维进行萃取、干燥后进行多级超倍热牵伸，得到UHMWPE有色纤维。
对纤维取样进行力学性能测试，每次取10个样，结果取平均值，将结果列于表1。将纤维制成袜筒后参照标准GB/T3920-2008和GB/T5713-1997进行耐磨擦色牢度和耐水色牢度的测试，测试结果列于表1。
实施例2
将4KG分子量为400万的UHMWPE树脂、36KG十氢化萘和抗氧剂等助剂在主双螺杆中制备成均匀的UHMWPE A溶液，采用分子量为100万的聚乙烯与环状戊二酸酐改性的聚乙烯和颗粒直径小于5μm的有机杂环类黄色颜料混合，改性聚乙烯在低分子量聚乙烯树脂中的重量百分比为4%，有机颜料在所有聚乙烯树脂中的重量百分比为0.3%，在辅助双螺杆中制备均匀的有色聚乙烯B溶液，有色聚乙烯溶液（B）以质量比1:4采用侧向喂料的方式在纺丝系统的熔体过滤器前加入UHMWPE溶液中（A），A和B两溶液经过过滤器过滤、SX型静态混合器混合后，再经过计量泵和喷丝板后在水浴中定型得到冻胶初生纤维；对冻胶初生纤维进行萃取、干燥后进行多级超倍热牵伸，得到UHMWPE有色纤维。
对纤维取样进行力学性能测试，每次取10个样，结果取平均值，将结果列于表1。将纤维制成袜筒后参照标准GB/T3920-2008和GB/T5713-1997进行耐磨擦色牢度和耐水色牢度的测试，测试结果列于表1。
实施例3
将8KG分子量为500万的UHMWPE树脂、32KG十氢化萘和抗氧剂等助剂在主双螺杆中制备成均匀的UHMWPE A溶液，采用分子量为120万的聚乙烯与环状丁二酸酐改性的聚乙烯和颗粒直径小于5μm的有机杂环类橙色颜料混合，改性聚乙烯在低分子量聚乙烯树脂中的重量百分比为5%，有机颜料在所有聚乙烯树脂中的重量百分比为0.8%，在辅助双螺杆中制备均匀的有色聚乙烯B溶液，有色聚乙烯溶液（B）以质量比1:6采用侧向喂料的方式在纺丝系统的熔体过滤器前加入UHMWPE溶液中（A），A和B两溶液经过过滤器过滤、SL型静态混合器混合后，再经过计量泵和喷丝板后在水浴中定型得到冻胶初生纤维；对冻胶初生纤维进行萃取、干燥后进行多级超倍热牵伸，得到UHMWPE有色纤维。
对纤维取样进行力学性能测试，每次取10个样，结果取平均值，将结果列于表1。将纤维制成袜筒后参照标准GB/T3920-2008和GB/T5713-1997进行耐磨擦色牢度和耐水色牢度的测试，测试结果列于表1。
实施例4
将10KG分子量为600万的UHMWPE树脂、30KG白油和抗氧剂等助剂在主双螺杆中制备成均匀的UHMWPE A溶液，采用分子量为150万的聚乙烯与环状3-氧杂戊二酸酐改性的聚乙烯和颗粒直径小于5μm的有机杂环类橙色颜料、有机杂环类红色颜料混合，改性聚乙烯在低分子量聚乙烯树脂中的重量百分比为6%，有机颜料在所有聚乙烯树脂中的重量百分比为1.2%，在辅助双螺杆中制备均匀的有色聚乙烯B溶液，有色聚乙烯溶液（B）以质量比1:8采用侧向喂料的方式在纺丝系统的熔体过滤器前加入UHMWPE溶液中（A），A和B两溶液经过过滤器过滤、SH型静态混合器混合后，再经过计量泵和喷丝板后在水浴中定型得到冻胶初生纤维；对冻胶初生纤维进行萃取、干燥后进行多级超倍热牵伸，得到UHMWPE有色纤维。
对纤维取样进行力学性能测试，每次取10个样，结果取平均值，将结果列于表1。将纤维制成袜筒后参照标准GB/T3920-2008和GB/T5713-1997进行耐磨擦色牢度和耐水色牢度的测试，测试结果列于表1。
实施例5
将10KG分子量为700万的UHMWPE树脂、30KG白油和抗氧剂等助剂在主双螺杆中制备成均匀的UHMWPE A溶液，采用分子量为200万的聚乙烯与环氧氯丙烷改性的聚乙烯和颗粒直径小于5μm的有机杂环类橙色颜料、有机杂环类红色颜料、有机杂环类黄色颜料混合，改性聚乙烯在低分子量聚乙烯树脂中的重量百分比为8%，有机颜料在所有聚乙烯树脂中的重量百分比为2%，在辅助双螺杆中制备均匀的有色聚乙烯B溶液，有色聚乙烯溶液（B）以质量比1:9采用侧向喂料的方式在纺丝系统的熔体过滤器前加入UHMWPE溶液中（A），A和B两溶液经过过滤器过滤、SK型静态混合器混合后，再经过计量泵和喷丝板后在水浴中定型得到冻胶初生纤维；对冻胶初生纤维进行萃取、干燥后进行多级超倍热牵伸，得到UHMWPE有色纤维。
对纤维取样进行力学性能测试，每次取10个样，结果取平均值，将结果列于表1。将纤维制成袜筒后参照标准GB/T3920-2008和GB/T5713-1997进行耐磨擦色牢度和耐水色牢度的测试，测试结果列于表1。
比较例
将10KG分子量为700万的UHMWPE树脂、30KG白油、颗粒直径小于5μm的有机杂环类红色颜料和抗氧剂等助剂混合，在双螺杆中制备成均匀的UHMWPE溶液，有机颜料在UHMWPE树脂中的重量百分比为2%，UHMWPE溶液经过过滤器过滤后，再经过计量泵和喷丝板后在水浴中定型得到冻胶初生纤维；对冻胶初生纤维进行萃取、干燥后进行多级超倍热牵伸，得到UHMWPE有色纤维。
对纤维取样进行力学性能测试，每次取10个样，结果取平均值，将结果列于表1。将纤维制成袜筒后参照标准GB/T3920-2008和GB/T5713-1997进行耐磨擦色牢度和耐水色牢度的测试，测试结果列于表1。
表1、UHMWPE有色纤维实施例和比较例性能对照表
Claims (8)
1.一种超高分子量聚乙烯有色纤维的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）采用UHMWPE树脂，加入溶剂和抗氧剂等助剂，在主双螺杆中制备均匀的UHMWPEA溶液；
（2）采用分子量低的聚乙烯与极性基团改性的聚乙烯和有机颜料混合，在辅助双螺杆中制备均匀的有色聚乙烯B溶液；
（3）有色聚乙烯溶液（B）采用侧向喂料的方式在纺丝系统的熔体过滤器前加入UHMWPE溶液中（A），A和B两溶液经过过滤器过滤、静态混合器混合后，再经过计量泵和喷丝板后在水浴中定型得到冻胶初生纤维；
（4）对冻胶初生纤维进行萃取、干燥；
（5）干燥后的冻胶初生纤维进行多级超倍热牵伸，得到UHMWPE有色纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤（1）中的溶剂为十氢化萘或白油。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤（1）中的UHMWPE分子量为200～700万，冻胶溶液中UHMWPE的重量百分比为5～25%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤（2）中改性聚乙烯的极性基团包括酸酐类和环氧类极性基团，极性基团改性的聚乙烯在低分子量聚乙烯树脂中的重量百分比为1～8%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤（2）中的聚乙烯树脂的分子量为50～200万，有色冻胶溶液中聚乙烯的重量百分比为5～25%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：颜料为颗粒直径小于5μm有机杂环类红色颜料、有机杂环类黄色颜料和有机杂环类橙色颜料中的一种或多种的组合，有机颜料在所有聚乙烯树脂中的重量百分比为0.1～2%。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：静态混合器包括SV型、SX型、SL型、SH型、SK型。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤（3）中的有色聚乙烯溶液与UHMWPE溶液的质量比为1:2～9。
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