CN105133324B - 一种超高分子量聚乙烯阻燃编织带及其制备方法 - Google Patents

一种超高分子量聚乙烯阻燃编织带及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高性能纤维技术领域，公开了一种超高分子量聚乙烯阻燃编织带，以超高分子量聚乙烯和无机微粒助剂制成的超高分子量聚乙烯纤维作为编织带的带体材料，并在超高分子量聚乙烯纤维上喷涂乳胶涂层和阻燃液涂层；采用冻胶纺丝法，制成超高分子量聚乙烯纤维，而后上胶乳涂层，干燥后得到的纤维织成编织带，最后上阻燃液涂层得到阻燃带成品。本发明的优点是：制备工艺简单、操作方便，制得的带体抗拉强度大，结构致密，耐磨性能好，且与阻燃液之间具有更好的界面粘结力，阻燃效果更好。

Description

一种超高分子量聚乙烯阻燃编织带及其制备方法
技术领域
本发明涉及高性能纤维技术领域，特别涉及一种超高分子量聚乙烯阻燃编织带及其制备方法。
背景技术
目前常用的编织材料主要是由聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯(PE)，其中因为聚乙烯不含有氯气，而具有环保的特性，所使用具有良好的发展前景。
但是由于现有的技术中这中聚乙烯(PE)材料的防天然材料编织带指示简单地通过挤出机制成带体，存在比重较高、重量较重、硬度高的缺陷，由于聚乙烯材料的市场价格较高，所以编织带的成本较高，而且聚乙烯纤维材料因熔点低，带来其耐热性能差的弱点，在某些特定的使用环境下，需要材料阻燃。而超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维由于其高度的取向和高结晶度，大分子无极性基团，所以表面能很低，极大地影响与阻燃基体之间的界面粘结性能。中国专利CN202786547U公布了一种阻燃PE纤维的加工设备，但是没有提及阻燃PE纤维的制备方法。
另外，为拓宽UHMWPE纤维编织带在港口拖带、大型精密物件吊装等领域的应用，更需要其柔软，且耐磨性能佳，以便多次重复使用。中国专利CN1450224A公布了一种防腐防滑合成纤维吊装带，其中的合成纤维为无极聚酯长丝，也是采用编织的形式，但聚酯纤维长丝的强度一般不大于10g/d。
为解决以上问题，本发明提供一种超高分子量聚乙烯阻燃编织带及其制备方法，用于解决现有技术中编织带抗拉强度低、耐磨性不够，纤维表面与阻燃剂的界面粘结力低，造成阻燃效果差的问题。
发明内容
本发明提供一种超高分子量聚乙烯阻燃编织带及其制备方法，解决了现有技 术中存在的编织带抗拉强度低、耐磨性不够、纤维表面与阻燃剂的界面粘结力低的问题。
本发明采用的技术方案是：先选用超高分子量聚乙烯和无机微粒助剂，采用冻胶纺丝法，制成超高分子量聚乙烯纤维，而后上胶乳涂层，干燥后得到的纤维织成编织带，最后上阻燃液涂层得到阻燃带成品。
本发明提供了一种超高分子量聚乙烯阻燃编织带，是以超高分子量聚乙烯纤维作为编织带的带体材料，该超高分子量聚乙烯纤维由超高分子量聚乙烯和无机微粒助剂制成的，并在所述超高分子量聚乙烯纤维上喷涂乳胶涂层和阻燃液涂层。
进一步地，所述无机微粒助剂选自BaSO4、CaCO3、TiO2中的一种或者几种。
进一步地，所述无机微粒的平均半径为0.1～100μm，优选300～600nm。
进一步地，所述超高分子量聚乙烯阻燃编织带中无机微粒助剂的含量占总质量的3～10‰，优选4～8‰，最优选为5‰。
进一步地，所述高分子量聚乙烯纤维的断裂强度为25～33CN/dtex，优选27～30CN/dtex，模量为800～1200CN/dtex，优选850～950PaCN/dtex。
本发明还提供了一种制备上述超高分子量聚乙烯阻燃编织带的方法，包括以下步骤：
步骤一，制备超高分子量聚乙烯纤维：在超高分子量聚乙烯中加入半径为0.1～100μm的无机微粒助剂，通过高速剪切共混，并由双螺杆挤出机溶解，制得冻胶原丝，经预牵伸、萃取、干燥以及多级超倍热牵伸，制得单丝纤度3D左右的超高分子量聚乙烯1000-1600D纤维；其中所述无机微粒助剂采用BaSO4、CaCO3、TiO2中的一种或者几种。
步骤二，表面处理：将步骤一制得的超高分子量聚乙烯1600D纤维送入装有乳胶涂层的槽中进行浸润上胶，浸润时间为5～15秒，浸润完成后，经干燥后收卷；
步骤三，织带：将经步骤二经表面处理后的超高分子量聚乙烯纤维作为带体的经纱和纬纱，采用平纹组织结构进行编织，编织成直径为10～20mm、厚度为0.5～2mm圆筒空心带；
步骤四，上阻燃液：将步骤三编织的圆筒空心带送入装有水溶性磷-氮阻燃 液的槽中浸润，浸润时间为25～35秒，浸润完成后，置于110℃的干燥箱中烘干；
步骤五，后整理：将步骤四烘干后的圆筒空心带收卷整平，制得成品超高分子量聚乙烯阻燃编织带。
进一步地，所述无机微粒助剂的用量占所述超高分子量聚乙烯阻燃编织带总质量的3～10‰。
进一步地，所述无机微粒助剂的用量占所述超高分子量聚乙烯阻燃编织带总质量的优选4～8‰。
进一步地，所述步骤中无机微粒助剂的用量占所述超高分子量聚乙烯阻燃编织带总质量的5‰。
进一步地，所述步骤一中机微粒助剂半径为300～600nm。
进一步地，所述无机微粒助剂采用BaSO4、CaCO3、TiO2中的一种或者几种。
进一步地，所述步骤二中乳胶涂层为合成树脂与水按质量比3:97稀释而成。
进一步地，所述合成树脂采用聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和ABS树脂中的一种。
进一步地，所述水溶性磷-氮阻燃液中磷-氮占总质量的30～50％。
进一步地，所述水溶性磷-氮阻燃液中磷-氮占总质量的50％。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明通过将无机纳米颗粒引入到超高分子量聚乙烯纤维中，并于纤维表层形成分散的嵌入状结构，一方面可以打破纤维光滑的表面，另一方面可以提高纤维的耐磨性能；对纤维表面涂上一层合成胶乳，主要是提高阻燃液与纤维表面之间的界面粘结力，从而达到较好的阻燃效果。
本发明相对现有技术具有以下优点：该超高分子量聚乙烯阻燃编织带带体抗拉强度大，结构致密，不易松散，带体柔软，易弯曲；具有良好的防水、防潮、抗撕裂效果；耐腐蚀、耐疲劳、耐磨性能好；自重小，抗紫外，电绝缘性能优，并且所涉及的处理剂均为环保型材料，无毒、无味，经表面处理后的纤维，与阻燃液之间具有更好的界面粘结力，阻燃效果更好；本同时发明的制备方法，工艺简单，操作方便，生产成本低。
具体实施方式
下面对本发明实施例作进一步详细描述。
本发明的目的在于提供一种既可以提高抗拉强度及耐磨性，又能阻燃的编织带；同时提供一种超高分子量聚乙烯阻燃编织带的制备方法。
本发明采用的技术方案是：先选用超高分子量聚乙烯和无机微粒助剂，采用冻胶纺丝法，制成超高分子量聚乙烯纤维，而后上胶乳涂层，干燥后得到的纤维织成编织带，最后上阻燃液涂层得到阻燃带成品。采用上述方法通过将无机纳米颗粒引入到超高分子量聚乙烯纤维中，并于纤维表层形成分散的嵌入状结构，一方面可以打破纤维光滑的表面，另一方面可以提高纤维的耐磨性能；对纤维表面涂上一层合成胶乳，主要是提高阻燃液与纤维表面之间的界面粘结力，从而达到较好的阻燃效果。
为了清楚地说明本发明每一步对阻燃效果的影响，特设计以下的对比实施例，具体组分选择如附表一，性能检测结果如附表二。
附表一，实施例1-5中制备过程中相关组分选择
阻燃效果的测定：
使用设备：水平垂直燃烧试验机，型号：YH-8920。
样品处理：在进行试验前，样品除恒温(23℃±2℃)恒湿(50±5％)处理外，应先压制平整。
测试方法：
因超高分子量聚乙烯纤维耐高温性能很有限，而且燃烧后收缩，所以一般的阻燃测试标准都不适用。故在参考GB/T 2408-2008的基础上，稍作修改。
取150mm编织带试样，一端固定在垂直夹具上，另一端暴露于规定的试验火焰中，喷灯保持火焰10s±0.5s，两次供火，看试样是否燃烧。
合格判据标准：样品需两次都未燃烧才判为合格，否则为不合格。
实施例1
本实施例提供一种超高分子量聚乙烯纤维阻燃编织带的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一，制备超高分子量聚乙烯纤维：在超高分子量聚乙烯中加入3‰的BaSO4纳米级微粒助剂，BaSO4半径为300-600μm，通过高速剪切共混，并由双螺杆挤出机溶解，制得冻胶原丝，经预牵伸、萃取、干燥以及多级超倍热牵伸，制得单丝纤度3D的超高分子量聚乙烯1600D纤维；
步骤二，表面处理：将步骤一制得的超高分子量聚乙烯1600D纤维送入装有乳胶涂层的槽中进行浸润上胶，槽内装有预先配置好的一种特殊树脂与水稀释后形成的白色混合乳液，与水的质量百分比为3:97；浸润时间为7-10秒，浸润完成后，经干燥后收卷；
步骤三，织带：将经步骤二经表面处理后的超高分子量聚乙烯纤维作为带体的经纱和纬纱，采用平纹组织结构进行编织，编织成直径为13mm，厚度为1.8mm的圆筒空心带。
步骤四，上阻燃液：将步骤三编织的圆筒空心带送入装有水溶性磷-氮阻燃液的槽中浸润，水溶性磷-氮阻燃液中磷-氮占总质量的50％，浸润时间为30-35秒，浸润完成后，置于110℃的干燥箱中烘干；
步骤五，后整理：将步骤四烘干后的圆筒空心带收卷整平，制得抗拉强度≥3吨的成品阻燃编织带1。
实施例2
不同于实施例1的是：在步骤一制备超高分子量聚乙烯纤维时，在配料过程不加入纳米微粒助剂。其余均同实施例1，制得成品阻燃编织带2。
实施例3
不同于实施例1的是：步骤二不作任何表面处理。其余均同实施例1，制得成品阻燃编织带3。
实施例4
不同于实施例1的是：在步骤一制备超高分子量聚乙烯纤维时，在配料过程不加入纳米微粒助剂。而且，在步骤二不作任何表面处理。其余均同实施例1，制得成品阻燃编织带4。
实施例5
不同于实施例1的是：步骤四不作任何表面处理。其余均同实施例1，制得成品阻燃编织带5。
附表二，实施例1-5制备的成品阻燃编织带阻燃效果测定对比：
上述阻燃测定效果表明，在选择加入无机微粒助剂、上乳胶涂层和上水溶性磷-氮阻燃液时制备的超高分子量聚乙烯阻燃编织带两次点火均未燃烧；在选择加入水溶性磷-氮阻燃液，不加入无机微粒助剂、乳胶涂层中的一种或两种时，制备的超高分子量聚乙烯阻燃编织带第一次点火未燃烧，但第二次点火均燃烧；在选择加入无机微粒助剂、乳胶涂层，不加入水溶性磷-氮阻燃液时，制备的超高分子量聚乙烯阻燃编织带两次点火均燃烧；由此可知，相比较之下，加入无机微粒助剂、上乳胶涂层和上水溶性磷-氮阻燃液时制备的超高分子量聚乙烯阻燃编织带成品1的阻燃性能更优。故本发明的技术方案可满足某些特定使用环境的防火要求。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并 不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种超高分子量聚乙烯阻燃编织带的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，制备超高分子量聚乙烯纤维：在超高分子量聚乙烯中加入平均半径为0.1～100μm的无机微粒助剂，通过高速剪切共混，并由双螺杆挤出机溶解，制得冻胶原丝，经预牵伸、萃取、干燥以及多级超倍热牵伸，制得单丝纤度3D的超高分子量聚乙烯1000～1600D纤维；
其中，所述无机微粒助剂采用BaSO4、CaCO3、TiO2中的一种或者几种；
步骤二，表面处理：将步骤一制得的超高分子量聚乙烯1000～1600D纤维送入装有乳胶涂层的槽中进行浸润上胶，浸润时间为5～15秒，浸润完成后，经干燥后收卷；
步骤三，织带：将经步骤二经表面处理后的超高分子量聚乙烯纤维作为带体的经纱和纬纱，采用平纹组织结构进行编织，编织成直径为10～20mm、厚度为0.5～2mm圆筒空心带；
步骤四，上阻燃液：将步骤三编织的圆筒空心带送入装有水溶性磷-氮阻燃液的槽中浸润，浸润时间为25～35秒，浸润完成后，置于110℃的干燥箱中烘干；
步骤五，后整理：将步骤四烘干后的圆筒空心带收卷整平，制得成品超高分子量聚乙烯阻燃编织带。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机微粒助剂的用量占所述超高分子量聚乙烯阻燃编织带总质量的3～10‰。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤中无机微粒助剂的用量占所述超高分子量聚乙烯阻燃编织带总质量的5‰。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一中无机微粒助剂半径为300～600nm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中乳胶涂层为合成树脂与水按质量比3:97稀释而成。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述合成树脂采用聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯中的一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性磷-氮阻燃液中磷-氮占总质量的30～50％。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性磷-氮阻燃液中磷-氮占总质量的50％。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述方法制备的超高分子量聚乙烯阻燃编织带。
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