CN105734708A - 一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：步骤1)，将硬质纤维分散在溶剂油中得到第一混合液；步骤2)，将所述第一混合液与超高分子量聚乙烯溶解液混合，得到超高分子量聚乙烯纺丝原液；步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液送入纺丝箱体喷丝，液体冷却得到冻胶丝条；步骤4)，将所述冻胶丝条进行萃取、干燥和牵伸得到耐切割超高分子量聚乙烯纤维。根据本发明方法制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维具有良好的硬度稳定性及单丝纤度稳定性；同时，将本发明制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维纺成400D的纱线后制备的工业手套能够达到EN388五级标准。

Description

一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，具体涉及一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维，也称高强高模聚乙烯纤维，是指由相对分子量在100万以上的聚乙烯依次经过纺丝—萃取—干燥—超倍拉伸制成的高性能纤维。采用超高分子量聚乙烯纤维制成的纤维增强复合材料具有质量轻、耐冲击、介电性能高等优点，被广泛用于航空航天领域、海域防御领域、武器装备领域和日常工业领域，如防割手套、防割帐篷、防割绳索等。但由纯聚乙烯粉末制备出来的纤维耐切割能力有限，将其纺成400D的纱线后制成的工业手套也仅能达到工业手套防护欧洲标准EN388的三级标准(抗割性试验中割破前所承受的圈数达到5次)，无法完全满足对工业手套耐切割性能的要求。

现有技术中，人们通过改进超高分子量聚乙烯的配料及纺丝工艺、或向纺丝液中添加硬质组分、或者将成品丝与其他耐切割纱线混纺等多种方式来提高成品纤维的耐切割性。例如，通过添加玻璃纤维可以使耐切割性能达到工业手套防护欧洲标准EN388的五级标准(抗割性试验中割破前所承受的圈数达到20次)，但该方法制得的手套的舒适性较差，应用上受到极大的限制。

专利文献WO2008/046476公开了一种耐切割纤维的制备方法，该方法将硬质矿物纤维混入纺丝液，并通过干法纺丝制备耐切割超高分子量聚乙烯纤维。虽然该方法获得的超高分子量聚乙烯纤维的耐切割性得到有效地提高，但还存在以下问题：1)该方法使用的溶剂十氢化萘价格昂贵且具有毒性，对环境污染严重；2)由于硬质纤维质轻且比表面积大，而纺丝液为具有粘性的液体，所以硬质纤维在纺丝液中很难分散均匀，且容易出现团聚，从而使成品纤维的耐切割性能不稳定；3)初生冻胶丝未经连续平衡即开始脱除溶剂，影响矿物纤维在其中分散的均匀性，进而影响成品纤维耐切割性能的稳定性。

专利文献US5976998公开了一种填充抗切纤维，该纤维由成纤聚合物和一种莫氏硬度大于3的硬质填料制造。由于使用的硬质填料的颗粒度小，用量少，硬质填料在超高分子量聚乙烯纤维中很难成网状分布，所以，该方法获得的超高分子量聚乙烯纤维的耐切割性并未得到有效的改善，同时该方法还存在以下问题：1)该发明中采用的硬质填料具有粒径极小而比表面积较大的特点，故极易出现团聚现象，从而堵塞设备；2)硬质填料在纺丝液中很难分散均匀，从而使成品纤维的耐切割性能不稳定。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，采用本发明方法制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维耐切割性能稳定。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：

步骤1)，将硬质纤维分散在溶剂油中得到第一混合液；

步骤2)，将所述第一混合液与超高分子量聚乙烯溶解液混合，得到超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液送入纺丝箱体喷丝，液体冷却得到冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条进行萃取、干燥和牵伸得到耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

所述步骤1)之前包括：将硬质纤维加入高混机中进行搅拌。

所述溶剂油由70％-95％的含25-50个碳原子的环烷烃和5％-30％的含25-50个碳原子的链烃组成。

所述步骤1)中硬质纤维与溶剂油的重量比为：1:(2.5-4)。

所述硬质纤维为陶瓷纤维、碳纤维、碳化硅晶须中的一种或几种。

所述耐切割超高分子量聚乙烯纤维的单丝纤度为4-8旦。

所述步骤3)中的纺丝箱体内设置有过滤器，所述过滤器的孔径为30-100目。

所述步骤4)包括：

步骤41)将所述冻胶丝条进行预牵伸，萃取，干燥得预取向纤维；

步骤42)将经步骤41)所得的预取向纤维进行热牵伸得到耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

所述的热牵伸在140-155℃范围内分3级进行牵伸。

所述3级热牵伸的牵伸倍率满足下述关系：

(1.2-1.5)(Q₂+Q₃)≤Q1≤(1.8-2.2)(Q₂+Q₃)

(0.8-1.1)Q₃≤Q₂≤(1.2-1.5)Q₃

其中：Q₁为第一级热牵伸的牵伸倍率；Q₂为第二级热牵伸的牵伸倍率；Q₃为第三级热牵伸的牵伸倍率。

本发明将硬质纤维进行预处理后添加到超高分子量聚乙烯纤维溶解液中，从而保证了硬质纤维在溶解液中分散的均匀度，即提高了冻胶丝条中硬质纤维的均匀度；同时，本发明采用对冻胶丝条进行预牵伸再进行热牵伸的工艺获得超高分子聚乙烯纤维，该工艺降低了牵伸对超高分子量聚乙烯纤维耐切割性能的影响，使成品纤维的耐切割性能的稳定性更好。

具体实施方式

以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。

本发明提供一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：

步骤1)，将硬质纤维分散在溶剂油中得到第一混合液；

步骤2)，将所述第一混合液与超高分子量聚乙烯溶解液混合，得到超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液送入纺丝箱体喷丝，液体冷却得到冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条进行萃取、干燥和牵伸得到耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

按照本发明，所述硬质纤维为陶瓷纤维、碳纤维、碳化硅晶须中的一种或几种，优选为碳纤维、陶瓷纤维与碳化硅晶须组成的混合物，更优选为碳纤维：陶瓷纤维：碳化硅晶须按重量比为1:(7-8.8):(0.2-1)组成的混合物，进一步优选为碳纤维：陶瓷纤维：碳化硅晶按重量比为1:(7.3-8.4):(0.3-0.8)组成的混合物，更进一步优选为碳纤维：陶瓷纤维：碳化硅晶按重量比为1:(7.5-8.0):(0.3-0.5)组成的混合物。

所述陶瓷纤维是指通过热处理而制造的由无机质固体材料形成的纤维结构体。无机质固体材料可列举出氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、氟化物、硫化物等，优选氧化物(氧化物系陶瓷)；所述的氧化物包括但不限于，Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、Li₂O、Na₂O、MgO、CaO、SrO、BaO、B₂O₃、P₂O₅、SnO₂、ZrO₂、K₂O、Cs₂O、ZnO、Sb₂O₃、As₂O₃、CeO2、V₂O₅、Cr₂O₃、MnO、Fe₂O₃、CoO、NiO、Y₂O₃、Lu₂O₃、Nb₂O₃、Er₂O₃、Yb₂O₃、HfO₂中的一种或多种；所述的陶瓷纤维为粒径小于4μm的陶瓷纤维，更优选为纳米陶瓷纤维，进一步优选为粒径为10nm-300nm的纳米陶瓷纤维。

按照本发明，在制备第一混合液时，优选将硬质纤维与溶剂油在搅拌机中进行搅拌获得；对于搅拌机，本发明没有特别的限制，可以使用本领域技术人员熟知的搅拌机；对于搅拌速度，优选为至少500rpm，更优选为至少1000rpm，更优选为至少2000rpm，更优选至少为3000rpm；对于搅拌时间，本发明没有特别的限制，只要能够实现将矿物维均匀分散在溶剂油中即可。

按照本发明，在制备超高分子量聚乙烯纺丝原液时，将所述第一混合液加入到超高分子量聚乙烯溶解液中搅拌混合；超高分子量聚乙烯溶解液为超高分子量聚乙烯∶溶剂油按照(1-10):(90-99)的重量比进行混合得到的混合物；优选为超高分子量聚乙烯∶溶剂油按照(1-7):(93-99)的重量比进行混合得到的混合物；更优选为超高分子量聚乙烯∶溶剂油按照(3-5):(95-97)的重量比进行混合得到的混合物；对于搅拌速度，优选为至少30rpm，更优选为至少60rpm，更优选为至少100rpm；对于搅拌时间，优选为至少0.5小时，更优选为至少2小时，更优选为至少5小时。

本发明所使用的超高分子量聚乙烯的重均分子量Mw优选为3×10⁶-5×10⁶，更优选为3.5×10⁶-4.5×10⁶，超高分子量聚乙烯非线性率＜5％；本发明优选使用粒径呈高斯分布的超高分子量聚乙烯粉末，所述粉末的粒径为40目-100目，优选为60目-80目。

按照本发明，在制备冻胶丝条时，对于纺丝箱体，本发明没有特别的限制，可以使用本领域技术人员熟知的纺丝箱体。

按照本发明，在制备耐切割超高分子量聚乙烯纤维时，萃取使用的萃取剂选自汽油、煤油、苯、甲苯、二甲苯、氟氯烃、石油醚、卤代烃中的一种或几种，优选煤油；干燥温度优选为40℃-200℃，更优选为60℃-180℃，更优选为100℃-160℃。

所述步骤1)之前包括：将硬质纤维加入高混机中进行搅拌。对于高混机，本发明没有特别的限制，可以使用本领域技术人员熟知的高混机；对于高混机的搅拌速度，优选为至少2000rpm，更优选为至少3000rpm，更优选为至少3500rpm；对于搅拌时间，优选为至少1小时，更优选为至少2小时，更优选为至少5小时。

按照本发明，所述溶剂油为环烷烃∶链烃按照(70-95):(5-30)的重量比进行混合得到的混合物，优选为环烷烃∶链烃按照(85-90):(10-15)的重量比进行混合得到的混合物，所述环烷烃、链烃的碳原子个数优选为25-50。所述溶剂可以使用本领域技术人员熟知的用于超高分子量聚乙烯纺丝溶液的溶剂，优选400℃以下无气体挥发、初馏点高于450℃，密度为0.84g/cm³-0.87g/cm³，闪点高于260℃的溶剂油，更优选为白油。本发明使用的白油可以为本领域技术人员熟知的5#白油、7#白油、10#白油、15#白油、22#白油、26#白油、32#白油、46#白油、68#白油、70#白油、100#白油、150#白油。

所述的硬质纤维与溶剂油的重量比1:(2.5-4)，优选1:(3-3.5)，更优选1:(3-3.3)。

所述液体冷却的温度为0℃-50℃，优选10℃-35℃；液体冷却液优选为水。

所述耐切割超高分子量聚乙烯纤维的单丝纤度为4-8旦，优选为6旦；所述单丝纤度是指在牵伸过程中产生的最细的丝线的纤度。

所述步骤3)中的纺丝箱体内设置有过滤器，所述过滤器的孔径为30-100目，优选40～70目。

所述步骤4)包括：

步骤41)将所述冻胶丝条进行预牵伸，萃取，干燥得预取向纤维；

步骤42)将经步骤41)所得的预取向纤维进行热牵伸得到耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

所述预牵伸的预牵伸的牵伸倍率为1-10倍，优选2-8倍，更优选3-6倍。

所述的热牵伸在140℃-155℃范围内分3级进行牵伸；优选在145℃-152℃范围内分3级进行牵伸；更优选在145℃-150℃范围内分3级进行牵伸。

所述3级热牵伸的牵伸倍率满足下述关系：

(1.2-1.8)(Q₂+Q₃)≤Q₁≤(2.1-3.5)(Q₂+Q₃)

(0.8-1.2)Q₃≤Q₂≤(1.5-2.5)Q₃

其中：Q₁为第一级热牵伸的牵伸倍率；Q₂为第二级热牵伸的牵伸倍率；Q₃为第三级热牵伸的牵伸倍率。

本发明中纤维的强度和模量是按照如下方法测试的：采用DXLL-20000电子拉力机测定，测试条件为夹距为250mm，下降速度50mm/min；本发明所指的纤维强度为相对强度，即纤度为350旦纤维的断裂负荷。

本发明中纤维的细度不匀指的是沿纱线长度方向粗细的变化程度，采用电容式均匀度仪(YG137型)测定。

每个式样的性能值：取X₁，X₂…X_n共n个试样的性能值；

试样性能取算术平均值即：

$x=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i}{n}$ --------------------------------------------公式Ⅰ

公式Ⅰ中：X_i——每个试样的性能值，n——试样数；

标准差(S)采用如下的方法：

$S=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(X-X_i)}^2}{n-1}}$ -----------------------------------公式Ⅱ

公式Ⅱ中，S为标准差，其它符号同公式Ⅰ；

离散系数CV采用如下的方法：

$\mathrm{CV}=\frac{S}{V}\×100\%$ --------------------------------------公式Ⅲ

公式Ⅲ中，CV为离散系数，其它符号同公式Ⅰ。

为了更好的比较效果，在以下的实施例和比较例中使用了相同的原料，所用的纳米陶瓷纤维采用中国专利201010301298.1实施例7所述方法制备而得，所用的碳纤维采用中国专利200910118317.4实施例1所述方法制备而得，所用的碳化硅晶须为秦皇岛一诺高新材料开发有限公司生产的SiCW-80型碳化硅晶须，所用超高分子量聚乙烯的重均分子量MW为4.2×10⁶，粉末粒度为60目-80目。

实施例1

步骤1)，取4重量份的纳米陶瓷纤维，加入10重量份的68#白油，在1000rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将152重量份的68#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入152重量份的68#白油，在100℃下搅拌并控制转速为90rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在120℃时，加入第一混合液，搅拌速度60rpm，搅拌2小时后，降至常温搅拌90min；再向其中加入368重量份的68#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为60目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入25℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条以6倍的牵伸倍率进行预牵伸后进行萃取、干燥得预取向纤维，将预取向纤维在142℃下进行热牵伸倍率为4.5倍的热牵伸，得到强度为28.7cn/dtex的耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

实施例2

步骤1)，取4重量份的纳米陶瓷纤维，加入12重量份的68#白油，在2500rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将180重量份的68#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入150重量份的68#白油，在100℃下搅拌并控制转速为500rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在118℃时，加入第一混合液，搅拌速度60rpm，搅拌3小时后，降至常温搅拌30min；再向其中加入400重量份的68#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为60目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入30℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条以4.3倍的牵伸倍率进行预牵伸后进行萃取、干燥后得预取向纤维，将预取向纤维在150℃下进行3次热牵伸，第一次热牵伸倍率为3倍；第二次热牵伸倍率分别为1.5倍；第三次热牵伸倍率为1.6倍；得到强度为29.9cn/dtex的耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

实施例3

步骤1)，取0.4重量份的碳纤维、3.4重量份的纳米陶瓷纤维、0.08重量份的碳化硅晶须，在高混机中以搅拌速度2000rpm进行搅拌后，加入14重量份的68#白油，在3500rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将270重量份的68#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入240重量份的68#白油，在85℃下搅拌并控制转速为100rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在122℃时，加入第一混合液，搅拌速度60rpm，搅拌1.5小时后，降至常温搅拌40min；再向其中加入290重量份68#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为60目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入26℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条以5倍的牵伸倍率进行预牵伸后进行萃取、干燥后得预取向纤维，将预取向纤维在145℃下进行3次热牵伸，第一次热牵伸倍率为3.5倍；第二次热牵伸倍率分别为1.6倍；第三次热牵伸倍率为1.1倍；得到强度为29.8cn/dtex的耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

实施例4

步骤1)，取0.4重量份的碳纤维、3.3重量份的纳米陶瓷纤维、0.17重量份的碳化硅晶须，在高混机中以搅拌速度2500rpm进行搅拌后，加入16重量份的70#白油，在4000rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将180重量份的70#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入180重量份的70#白油，在100℃下搅拌并控制转速为90rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在122℃时，加入第一混合液，搅拌速度60rpm，搅拌1.5小时后，降至常温搅拌40min；再向其中加入590重量份的70#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为100目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入10℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条以3.5倍的牵伸倍率进行预牵伸后进行萃取、干燥后得预取向纤维，将预取向纤维在143℃下进行3次热牵伸，第一次热牵伸倍率为4倍；第二次热牵伸倍率分别为1.8倍；第三次热牵伸倍率为1.2倍；得到强度为29.1cn/dtex的耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

实施例5

步骤1)，取0.4重量份的碳纤维、3.0重量份的纳米陶瓷纤维、0.28重量份的碳化硅晶须，在高混机中以搅拌速度3000rpm进行搅拌后，加入15重量份的46#白油，在3000rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将220重量份的46#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入240重量份的46#白油，在110℃下搅拌并控制转速为100rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在119℃时，加入第一混合液，搅拌速度60rpm，搅拌1小时后，降至常温搅拌80min；再向其中加入640重量份的46#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为70目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入22℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条以3倍的牵伸倍率进行预牵伸后进行萃取、干燥后得预取向纤维，将预取向纤维在148℃下进行3次热牵伸，第一次热牵伸倍率为4.3倍；第二次热牵伸倍率分别为1.5倍；第三次热牵伸倍率为1.3倍；得到强度为29.6cn/dtex的耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

实施例6

步骤1)，取0.4重量份的碳纤维、2.8重量份的纳米陶瓷纤维、0.38重量份的碳化硅晶须，在高混机中以搅拌速度3000rpm进行搅拌后，加入14.5重量份46#白油，在4000rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将450重量份46#白油加入溶胀釜中，加入75重量份超高分子量聚乙烯纤维，再加入480重量份46#白油，在95℃下搅拌并控制转速为130rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在120℃时，加入第一混合液，搅拌速度80rpm，搅拌0.5小时后，降至常温搅拌60min；再向其中加入570重量份46#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为90目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入25℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条以3.3倍的牵伸倍率进行预牵伸后进行萃取、干燥后得预取向纤维，将预取向纤维在152℃下进行3次热牵伸，第一次热牵伸倍率为4.1倍；第二次热牵伸倍率分别为1.6倍；第三次热牵伸倍率为1.4倍；得到强度为29.8cn/dtex的耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

实施例7

步骤1)，取4重量份的纳米陶瓷纤维，在高混机中以搅拌速度3200rpm进行搅拌后，加入20重量份的70#白油，在4500rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将600重量份的70#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入600重量份的70#白油，在110℃下搅拌并控制转速为90rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在122℃时，加入第一混合液，搅拌速度60rpm，搅拌3小时后，降至常温搅拌60min；再向其中加入800重量份的70#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为40目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入23℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条以4倍的牵伸倍率进行预牵伸后进行萃取、干燥后得预取向纤维，将预取向纤维在149℃下进行3次热牵伸，第一次热牵伸倍率为3.5倍；第二次热牵伸倍率分别为1.4倍；第三次热牵伸倍率为1.5倍；得到强度为29.6cn/dtex的耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

实施例8

步骤1)，取0.4重量份的碳纤维、3.1重量份的纳米陶瓷纤维、0.33重量份的碳化硅晶须，在高混机中以搅拌速度2000rpm进行搅拌后，加入18重量份的68#白油，在3800rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将580重量份的68#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入470重量份的68#白油，在110℃下搅拌并控制转速为90rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在120℃时，加入第一混合液，搅拌速度60rpm，搅拌3小时后，降至常温搅拌60min；再向其中加入650重量份的68#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为40目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入25℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条以4.8倍的牵伸倍率进行预牵伸后进行萃取、干燥后得预取向纤维，将预取向纤维在150℃下进行3次热牵伸，第一次热牵伸倍率为4.5倍；第二次热牵伸倍率分别为1.3倍；第三次热牵伸倍率为1.1倍；得到强度为29.7cn/dtex的耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

实施例9

步骤1)，取4重量份的碳化硅晶须，在高混机中以搅拌速度2800rpm进行搅拌后，加入22重量份的68#白油，在3200rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将340重量份的68#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入280重量份的68#白油，在110℃下搅拌并控制转速为90rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在122℃时，加入第一混合液，搅拌速度60rpm，搅拌3小时后，降至常温搅拌60min；再向其中加入570重量份的68#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为40目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入23℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条以4.2倍的牵伸倍率进行预牵伸后进行萃取、干燥后得预取向纤维，将预取向纤维在153℃下进行3次热牵伸，第一次热牵伸倍率为3.7倍；第二次热牵伸倍率分别为1.5倍；第三次热牵伸倍率为1.2倍；得到强度为29.3cn/dtex的耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

实施例10

步骤1)，取0.4重量份的碳纤维、3.52重量份的纳米陶瓷纤维、0.08重量份的碳化硅晶须，在高混机中以搅拌速度3500rpm进行搅拌后，加入20重量份的70#白油，在1500rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将168重量份的70#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入168重量份的70#白油，在110℃下搅拌并控制转速为90rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在122℃时，加入第一混合液，搅拌速度60rpm，搅拌3小时后，降至常温搅拌60min；再向其中加入470重量份的70#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为40目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入24℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条以5.8倍的牵伸倍率进行预牵伸后进行萃取、干燥后得预取向纤维，将预取向纤维在146℃下进行3次热牵伸，第一次热牵伸倍率为3.2倍；第二次热牵伸倍率分别为1.1倍；第三次热牵伸倍率为1.3倍；得到强度为29.8cn/dtex的耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

对比例1

步骤1)，将149重量份的70#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入149重量份的70#白油，在100℃下搅拌并控制转速为90rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

步骤2)，在120℃时，加入4重量份的纳米陶瓷纤维，搅拌速度60rpm，搅拌2小时后，降至常温搅拌90min；再向其中加入337重量份的70#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为80目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入25℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条进行萃取、干燥后以20倍的牵伸倍率进行牵伸得到耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

对比例2

步骤1)，取3.8重量份的纳米陶瓷纤维与0.28重量份碳化硅晶须，在高混机中以搅拌速度3200rpm进行搅拌后，加入20重量份的70#白油，在4500rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将600重量份的70#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入600重量份的70#白油，在110℃下搅拌并控制转速为90rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在118℃时，加入第一混合液，搅拌速度60rpm，搅拌3小时后，降至常温搅拌60min；再向其中加入800重量份的70#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为40目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入25℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条进行萃取、干燥后得预取向纤维，将预取向纤维在149℃下进行3次热牵伸，第一次热牵伸倍率为6.5倍；第二次热牵伸倍率分别为2.4倍；第三次热牵伸倍率为1.6倍；得到耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

对比例3-对比例5

步骤1)，取取0.324重量份的碳纤维、3.652重量份的纳米陶瓷纤维矿物纤维、0.08重量份的碳化硅晶须，在高混机中以搅拌速度3200rpm进行搅拌后，加入20重量份70#白油，在4500rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将600重量份的70#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入600重量份的70#白油，在110℃下搅拌并控制转速为90rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在118℃时，加入第一混合液，搅拌速度60rpm，搅拌3小时后，降至常温搅拌60min；再向其中加入800重量份的70#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为40目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入25℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条按以4倍的牵伸倍率进行预牵伸后进行萃取、干燥后得预取向纤维，将预取向纤维在149℃下进行3级热牵伸，牵伸倍率如下表1所示：

表1：3级热牵伸的牵伸倍率分布表

	预牵伸	第一次热牵伸	第二次热牵伸	第三次热牵伸
					对比例3	3.7	3.4	1.8	1.3
对比例4	3.7	3.8	1.9	1.1
					对比例5	3.7	8	0.83	1.2

对比例6

在转股混合机中生产干混物，该干混物由5重量％的矿物纤维和95重量％用超高分子量聚乙烯组成。矿物纤维的平均直径为5.5微米。将上述干混物溶解于十氢化萘中，将所获得的溶液首先进料至双螺杆挤出机中，溶液加热至180℃，溶液被泵浦通过具有64个喷丝孔的喷丝板，每个喷丝孔的直径为1mm(18目)，所获得丝线以总拉伸系数80进行拉伸，并在热空气烘箱中干燥，丝线被扎捆纱线并缠绕在线轴上。

试验例1：硬质纤维配方筛选试验

方法：

步骤1)，按表1所述取硬质纤维，在高混机中以搅拌速度2000rpm进行搅拌后，加入14重量份的68#白油，在3500rpm下搅拌至均匀，得第一混合液；

步骤2)，将270重量份的68#白油加入溶胀釜中，加入75重量份的超高分子量聚乙烯纤维，再加入240重量份的68#白油，在85℃下搅拌并控制转速为100rpm，得超高分子量聚乙烯纤维溶解液；

在122℃时，加入第一混合液，搅拌速度60rpm，搅拌1.5小时后，降至常温搅拌40min；再向其中加入290重量份68#白油，混合搅拌60min，搅拌速度90rpm，得超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液经孔径为60目的过滤器过滤，经纺丝箱体喷丝，产物进入26℃水浴冷却形成冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条以5倍的牵伸倍率进行预牵伸后进行萃取、干燥后得预取向纤维，将预取向纤维在145℃下进行3次热牵伸，第一次热牵伸倍率为3.5倍；第二次热牵伸倍率分别为1.6倍；第三次热牵伸倍率为1.1倍；得耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

表1：硬质纤维筛选配方

配方	碳纤维	陶瓷纤维	碳化硅晶须
				1	4重量份	—	—
2	—	4重量份	—
				3	—	—	4重量份
4	0.4重量份	2.8重量份	0.4重量份
				5	0.4重量份	3.0重量份	0.28重量份
6	0.4重量份	3.52重量份	0.08重量份

取上述方法制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维纺成400D的纱线后制备的工业手套。按照EN388，对手套进行抗切割性试验，测量穿破次数，每次取二个样品，结果取平均值，如表2所示；对手套进行耐刺穿性测试，测量出以100mm/分钟的速度用钢钉刺穿样本的最大牛顿力，每次取四个样品，结果取平均值，如表2所示：

表2：工业手套抗切割性及耐刺穿性测试结果

	抗割性(单位：次数)	耐刺穿性(单位：牛顿)
			配方1	33	18
配方2	26	78
			配方3	6	118
配方4	29	113
			配方5	28	116
配方6	25	105

结论：从表2的以上对比可知，单独使用碳纤维时制得的工业手套的抗割性能较好，但耐穿刺性能较差，尚不能达到EN388一级标准；单独使用碳化硅晶须时制得的工业手套的耐穿刺性较好，但抗割性较差，仅能达到EN388三级标准，且由于碳化硅晶须硬度较大，穿戴时舒适性较差；但当将碳纤维、陶瓷纤维、碳化硅晶须按适当比例混合时，由其制成的工业手套无论是抗割性还是耐穿刺性均表现出良好的性能。

发明人推测由于碳化硅晶须及碳纤维均具有较高的硬度，而纳米陶瓷纤维具有适当的柔软性，将其三者混合可以控制混合物的硬度，改善织物的舒适性；且由于三者所具有的拉伸强度不同，在牵伸过程中三者能够保持能不交叉呈网状结构，所以使织物的抗割性及耐穿刺性均得到提高。

试验2：超高分子量聚乙烯纤维机械性能测试试验

取实施例1-实施例7、对比例1-6制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维进行力学性能测试，每次取十个样，结果取平均值，将结果列于表3：

表3：耐切割超高分子量聚乙烯纤维力学性能测试结果

结论1：从表3的以上对比可知，使用本发明制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维的强度大于28cN/dtex，且强度CV值相对对比例低，说明本发明方法制备耐切割超高分子量聚乙烯纤维强度变化浮动小，即强度的稳定性好；使用本发明制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维的单丝纤度小于10旦，且单丝纤度CV值相对对比例低，说明本发明方法制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维的单丝纤度变化浮动小，即本发明制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维的均匀度优于对比例；

结论2：从表2中实验例7与对比例3-5可知，当3级热牵伸的牵伸系数不满足(1.2-1.5)(Q₂+Q₃)≤Q1≤(1.8-2.2)(Q₂+Q₃)或/和(0.8-1.1)Q₃≤Q₂≤(1.2-1.5)Q₃时，所获得耐切割超高分子量聚乙烯纤维的单丝纤度的变化幅度或强度的变化幅度增大，稳定性变差。

试验3：抗切割性及耐刺穿性测试

取实施例1-实施例7、对比例1-6制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维丝线织成工业手套。按照EN388，对织物进行耐刺穿性测试，结果取平均值。结果如表4所示：

表4：超高分子量聚乙烯纤维纺织物耐切割测试结果

	韧度(g/D)	耐刺穿性(单位：牛顿)
			实施例1	12.8	110.1
实施例2	11.7	112.8
			实施例3	13.1	115.3
实施例4	12.1	114.1
			实施例5	12.5	117.9
实施例6	12.0	111.4
			实施例7	11.9	111.5
实施例8	11.8	118.1
			实施例9	12.1	118.4
实施例10	12.3	118.1
			对比例1	15.8	78.6
对比例2	16.8	88.2
			对比例3	17.7	87.9
对比例4	19.6	86.4
			对比例5	18.6	88.3
对比例6	18.7	87.9

结论：从表4的以上对比可知，使用本发明制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维的韧度及耐刺穿性优于对比例，说明本发明制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维具有更好的耐切割性。

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。

Claims (10)

1.一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：

步骤1)，将硬质纤维分散在溶剂油中得到第一混合液；

步骤2)，将所述第一混合液与超高分子量聚乙烯溶解液混合，得到超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液送入纺丝箱体喷丝，液体冷却得到冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条进行萃取、干燥和牵伸得到耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)之前包括：将硬质纤维加入高混机中进行搅拌。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂油由70％-95％的含25-50个碳原子的环烷烃和5％-30％的含25-50个碳原子的链烃组成。

4.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中硬质纤维与溶剂油的重量比为：1:(2.5-4)。

5.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述硬质纤维为陶瓷纤维、碳纤维、碳化硅晶须中的一种或几种。

6.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述耐切割超高分子量聚乙烯纤维的单丝纤度为4-8旦。

7.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的纺丝箱体内设置有过滤器，所述过滤器的孔径为30-100目。

8.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)包括：

步骤41)将所述冻胶丝条进行预牵伸，萃取，干燥得预取向纤维；

步骤42)将经步骤41)所得的预取向纤维进行热牵伸得到耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的热牵伸在140-155℃范围内分3级进行牵伸。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述3级热牵伸的牵伸倍率满足下述关系：

(1.2-1.5)(Q₂+Q₃)≤Q1≤(1.8-2.2)(Q₂+Q₃)

(0.8-1.1)Q₃≤Q₂≤(1.2-1.5)Q₃

其中：Q₁为第一级热牵伸的牵伸倍率；Q₂为第二级热牵伸的牵伸倍率；Q₃为第三级热牵伸的牵伸倍率。