CN109914001A - 一种高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法，该制造方法包括如下步骤：1)利用溶剂清洗超高分子量聚乙烯纤维的表面，以得到表面低杂质超高分子量聚乙烯纤维；2)利用超高分子量聚乙烯溶剂将步骤(1)所得到的超高分子聚乙烯纤维进行表面溶解处理后，并丝、除溶剂干燥得到超高分子聚乙烯纤维初生单丝或复丝；3)将步骤2)中所得到超高分子聚乙烯纤维初生单丝进行热拉伸，制得高韧性高强聚乙烯纤维。

Description

一种高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法
技术领域
本发明属于高分子化合物的合成加工领域，涉及一种高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维具有优异的力学性能、耐化学腐蚀性、耐磨性、生物相容性及密度小等特点，从而被广泛应用于航空航天、国防军事、生物医学、海洋渔业及体育竞技等领域。对于超高分子量聚乙烯纤维，其纤度越小，其耐磨性、耐紫外辐射等性能逐渐变差，导致超高分子量聚乙烯纤维制品性能下降，容易在使用中产生失效。因此，制备粗旦高韧性高强聚乙烯纤维对其制品的使用便尤为重要。
中国发明专利CN107858763A公开了一种超粗旦超高分子量聚乙烯纤维的制造方法。以分子量在1×106～6×106超高分子量聚乙烯粉末制备20～25％(wt)纺丝溶液，利用冻胶纺丝湿法工艺制备得到超高分子量聚乙烯冻胶纤维，通过微波辅助萃取、热拉伸制备得到超粗旦超高分子量聚乙烯纤维。该方法制得的超高分子量聚乙烯纤维具有超高纤度，但由于浓度过高，在实际制造过程中，不可避免受超高分子量聚乙烯粉末溶解不均一、分子量降解严重及纺丝体系中超高分子量聚乙烯粘度大，对设备损耗大等缺点的限制。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：
一种高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法，该制造方法包括如下步骤：1)利用溶剂清洗超高分子量聚乙烯纤维的表面，以得到表面低杂质超高分子量聚乙烯纤维；2)利用超高分子量聚乙烯溶剂将步骤(1)所得到的超高分子聚乙烯纤维进行表面溶解处理后，并丝、除溶剂干燥得到超高分子聚乙烯纤维初生单丝或复丝；3)将步骤2)中所得到超高分子聚乙烯纤维初生单丝进行热拉伸，制得高韧性高强聚乙烯纤维。
作为优选，所述步骤2)中并丝后加捻。
本发明对常规冻胶纺丝制备超高分子量聚乙烯纤维工艺进行变革，利用一定溶剂对不同规格超高分子量聚乙烯纤维表层进行溶解处理，使纤维之间进行并丝，再通过加捻(或不加捻)、除溶剂(或萃取)、干燥、热拉伸制得高韧性超高分子量聚乙烯单丝(复丝)。本发明通过对超高分子量聚乙烯复丝进行表面处理，制备高韧性高强聚乙烯纤维，提高超高分子量聚乙烯纤维的纤度、断裂伸长率及断裂功，对超高分子量聚乙烯纤维绳索制品在实际应用中具有重要意义。
作为优选，所述步骤2)中的超高分子量聚乙烯溶剂选自十氢萘、松节油、二甲苯、环己烷、白油中的一种或者两种以上。
作为优选，所述步骤2)中的超高分子量聚乙烯溶剂热处理超高分子聚乙烯纤维，其中热处理的温度120～250℃。
作为优选，所述步骤2)中的浴比为1:10～1:100。
作为优选，所述步骤2)中的捻度为0～200/m。
作为优选，所述步骤3)中的热拉伸倍数在1.1～3倍，温度在120～160℃。
作为优选，所述步骤1)中的溶剂为酮类溶剂；优选地，所述的酮类溶剂为丙酮。
作为优选，所述步骤1)中，利用丙酮，在超声辅助下连续对超高分子量聚乙烯纤维进行除油及表面杂质清除。
作为优选，所述步骤1)中的超高分子量聚乙烯纤维为(100～10000)D/(50～1000)f范围内超高分子量聚乙烯纤维中的一种或两种以上。
基于本发明提供的制造方法，本发明获得了一种高韧性高强聚乙烯纤维，所述步骤1)中的超高分子量聚乙烯纤维所制得的高韧性高强聚乙烯纤维纤度在100～10000D、断裂伸长率在2.2～5.3％和纤维断裂比功在0.001～1N/tex，有利于超高分子量聚乙烯纤维制品在要求高耐磨及高力学强度领域的使用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过不改变通过低浓度纺丝液制备超高分子量聚乙烯纤维工艺，同时极大降低了高浓度超高分子量聚乙烯熔体对设备磨损，降低纤维制备难度；
2.本发明通过对多束细旦超高分子量聚乙烯纤维单丝(或复丝)表面处理，制备的超高分子量聚乙烯纤维单丝(或复丝)具有高强度同时，还具有超高纤度、高断裂伸长率和断裂比功，有利于超高分子量聚乙烯纤维在绳索方面的应用，对实际生产具有十分重要意义。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
利用丙酮，在超声辅助下连续对3束400D/240f超高分子量聚乙烯纤维进行除油及表面杂质清除，得到表面低杂质超高分子量聚乙烯纤维。将上述清洗过后的超高分子量聚乙烯纤维在160℃十氢萘中处理8分钟后进行并丝，浴比为1:50，经过热甬道除溶剂和干燥，制得高韧性高强聚乙烯纤维初生单丝。将上述初生单丝在150℃进行热拉伸，拉伸倍率为1.3倍，制得高韧性高强聚乙烯纤维。
根据GB/T 19975-2005中规定的方法对纤维中不同段进行纤维力学性能测试，测试条件为：夹距500mm，速度为250mm/min。结果表明：本实施例所得超粗旦超高分子量聚乙烯纤维纤度为1342dtex，变异系数为3.96％，强度为31.08cN/dtex，变异系数为4.26％，断裂伸长率为3.23％，变异系数为4.51％，弹性模量为1147cN/dtex，变异系数为4.38％，单丝断裂功为334.7N·cm，断裂比功为4.99×10-2N/tex。
实施例2
利用丙酮，在超声辅助下连续对2束规格为2400D/620f超高分子量聚乙烯纤维进行除油及表面杂质清除，得到表面低杂质超高分子量聚乙烯纤维。将上述清洗过后的超高分子量聚乙烯纤维在160℃十氢萘中处理12分钟，浴比为1:30，然后进行并丝和加捻，捻度为70/m，经过热甬道除溶剂和干燥，制得高韧性高强聚乙烯纤维初生复丝。将上述初生复丝在150℃进行热拉伸，拉伸倍率为1.5倍，制得高韧性高强聚乙烯纤维。
根据GB/T 19975-2005中规定的方法对纤维中不同段进行纤维力学性能测试，测试条件为：夹距500mm，速度为250mm/min。结果表明：本实施例制得高韧性高强聚乙烯纤维纤度为5345dtex，纤度变异系数为4.68％，强度为28.69cN/dtex，强度变异系数为4.64％，断裂伸长率为4.53％，变异系数为4.73％，弹性模量为835cN/dtex，变异系数为4.33％，断裂功为1733.26N·cm，断裂比功为6.49×10-2N/tex。
实施例3
利用丙酮，在超声辅助下连续对3束1600D/440f超高分子量聚乙烯纤维进行除油及表面杂质清除，得到表面低杂质超高分子量聚乙烯纤维。将上述清洗过后的超高分子量聚乙烯纤维在160℃十氢萘中处理12分钟，浴比为1:50，然后进行并丝和加捻，捻度为30/m，经过热甬道除溶剂和干燥，制得高韧性高强聚乙烯纤维初生复丝。将上述初生复丝在150℃进行热拉伸，拉伸倍率为1.4倍，制得高韧性高强聚乙烯纤维。
根据GB/T 19975-2005中规定的方法对一束纤维不同段进行纤维力学性能测试。结果表明：本实施例所得高韧性高强聚乙烯纤维纤度为5354dtex，变异系数为3.96％，强度为30.11cN/dtex，变异系数为4.61％，断裂伸长率为4.12％，变异系数为4.21％，弹性模量为937.14cN/dtex，变异系数为4.48％，断裂功为1654.64N·cm，断裂比功为6.18×10-2N/tex。
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法，其特征在于：该制造方法包括如下步骤：1)利用溶剂清洗超高分子量聚乙烯纤维的表面，以得到表面低杂质超高分子量聚乙烯纤维；2)利用超高分子量聚乙烯溶剂将步骤(1)所得到的超高分子聚乙烯纤维进行表面溶解处理后，并丝、除溶剂干燥得到超高分子聚乙烯纤维初生单丝或复丝；3)将步骤2)中所得到超高分子聚乙烯纤维初生单丝进行热拉伸，制得高韧性高强聚乙烯纤维；
优选地，所述步骤2)中并丝后加捻。
2.根据权利要求1所述的高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法，其特征在于：所述步骤2)中的超高分子量聚乙烯溶剂选自十氢萘、松节油、二甲苯、环己烷、白油中的一种或者两种以上。
3.根据权利要求1所述的高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法，其特征在于：所述步骤2)中的超高分子量聚乙烯溶剂热处理超高分子聚乙烯纤维，其中热处理的温度120～250℃。
4.根据权利要求1所述的高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法，其特征在于：所述步骤2)中的浴比为1:10～1:100。
5.根据权利要求1所述的高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法，其特征在于：所述步骤2)中的捻度为0～200/m。
6.根据权利要求1所述的高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法，其特征在于：所述步骤3)中的热拉伸倍数在1.1～3倍，温度在120～160℃。
7.根据权利要求1所述的高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中的溶剂为酮类溶剂；优选地，所述的酮类溶剂为丙酮。
8.根据权利要求1所述的高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中，利用丙酮，在超声辅助下连续对超高分子量聚乙烯纤维进行除油及表面杂质清除。
9.根据权利要求1所述的高韧性高强聚乙烯纤维的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中的超高分子量聚乙烯纤维为(100～10000)D/(50～1000)f范围内超高分子量聚乙烯纤维中的一种或两种以上。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的制造方法制造获得的高韧性高强聚乙烯纤维。
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