CN110184664A - 一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法 - Google Patents

一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括将超高分子量聚乙烯粉末熔融，经过喷丝孔后进行牵伸，冷却形成冻胶纤维；所述冻胶纤维依次经过萃取、干燥、热拉伸获得所述超高分子量聚乙烯纤维，其中，所述牵伸的倍数为3‑30倍，所述热拉伸的温度小于200℃。该制备方法打破传统纺丝工艺，降低生产成本，制得的超高分子量聚乙烯纤维性能大幅度提高，断裂强度高、初始模量大，具有优异的抗断裂性能，刚性好，不易发生形变。

Description

一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及超高分子量聚乙烯纤维的技术领域，特别涉及一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是由分子质量在100万以上的聚乙烯纺成，具有比强度高、比模量高及耐化学腐蚀性好等众多优异特性，广泛应用于安全防护领域、航天航空领域等，是国家安全和经济建设中不可或缺的重要战略物资。目前，制得的超高分子量聚乙烯纤维仍然存在断裂强度小、刚性差，易形变等。因此，提供一种新的超高分子量聚乙烯纤维制备方法，提高超高分子量聚乙烯纤维的性能、克服其缺点是极其重要的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维，通过将超高分子量聚乙烯粉末熔融，通过喷丝孔后进行牵伸，形成冻胶纤维；随后经过萃取、干燥和热拉伸获得；该制备方法打破传统纺丝工艺，降低生产成本，制得的超高分子量聚乙烯纤维性能大幅度提高，断裂强度高、初始模量大，具有优异的抗断裂性能，刚性好，不易发生形变。
第一方面，本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：
将超高分子量聚乙烯粉末熔融，经过喷丝孔后进行牵伸，冷却形成冻胶纤维；所述冻胶纤维依次经过萃取、干燥、热拉伸获得所述超高分子量聚乙烯纤维，其中，所述牵伸的倍数为3-30倍，所述热拉伸的温度小于200℃。
在本发明中，采用牵伸的倍数为3-30倍可以使制得的纤维断裂强度增大，有利于纤维的应用。
在本发明中，热拉伸的温度小于200℃可以更好的进行纤维的拉伸过程，无需较高温度，即可制得抗断裂性能强的纤维。
可选的，所述超高分子量聚乙烯粉末的粒径为10μm-300μm。进一步的，所述超高分子量聚乙烯粉末的粒径为20μm-280μm。更进一步的，所述超高分子量聚乙烯粉末的粒径为50μm-250μm。具体的，所述超高分子量聚乙烯粉末的粒径可以但不限于为30μm、60μm、85μm、110μm、150μm、200μm或220μm。
可选的，所述熔融温度为100℃-200℃。进一步的，所述熔融温度为130℃-190℃。更进一步的，所述熔融温度为150℃-180℃。具体的，所述熔融温度可以但不限于为120℃、160℃、175℃、190℃或200℃。
可选的，所述喷丝孔的孔径为0.5mm-5mm。进一步的，所述喷丝孔的孔径为1mm-4.5mm。更进一步的，所述喷丝孔的孔径为1.2mm-4mm。具体的，所述熔融温度可以但不限于为0.5mm、1.4mm、1.5mm、2mm、2.8mm或4mm。
可选的，所述牵伸的倍数为3-28倍。进一步的，所述牵伸的倍数为5-25倍。更进一步的，所述牵伸的倍数为5-15倍。具体的，所述牵伸的倍数可以但不限于为3倍、4倍、6倍、8倍、10倍、17倍、23倍或25倍。
可选的，所述冷却包括在1℃-30℃条件下进行冷却。进一步的，所述冷却包括在1℃-25℃条件下进行冷却。更进一步的，所述冷却包括在1℃-20℃条件下进行冷却。
可选的，所述萃取前还包括对所述冻胶纤维进行预拉伸，所述预拉伸的倍数为2-25倍。进一步的，所述预拉伸的倍数为3-25倍。更进一步的，所述预拉伸的倍数为5-20倍。具体的，所述牵伸的倍数可以但不限于为2倍、6倍、7倍、8倍、12倍、15倍、19倍或22倍。
可选的，所述萃取包括在碳氢萃取剂中进行萃取。
可选的，所述干燥的温度为30℃-60℃。进一步的，所述干燥的温度为35℃-55℃。更进一步的，所述干燥的温度为35℃-50℃。具体的，所述干燥的温度可以但不限于为32℃、40℃、45℃、48℃或56℃。
可选的，所述热拉伸的温度为100℃-195℃。进一步的，所述热拉伸的温度为120℃-175℃。更进一步的，所述热拉伸的温度为135℃-160℃。具体的，所述热拉伸的温度可以但不限于为110℃、130℃、150℃、165℃或190℃。
可选的，所述热拉伸的倍数为5-50倍。进一步的，所述热拉伸的倍数为10-50倍。更进一步的，所述热拉伸的倍数为35-50倍。具体的，所述热拉伸的倍数可以但不限于为6倍、10倍、26倍、33倍、40倍、45倍或48倍。
具体的，可以但不限于为，将超高分子量聚乙烯粉末熔融，经过喷丝孔后进行牵伸，冷却形成冻胶纤维；所述冻胶纤维依次经过萃取、干燥、热拉伸获得所述超高分子量聚乙烯纤维，其中，所述牵伸倍数为3-20倍，所述热拉伸的温度为100℃-195℃，热拉伸倍数为10-50倍。
具体的，可以但不限于为，将超高分子量聚乙烯粉末熔融，经过喷丝孔后进行牵伸，冷却形成冻胶纤维；所述冻胶纤维依次经过萃取、干燥、热拉伸获得所述超高分子量聚乙烯纤维，其中，所述牵伸倍数为3-10倍，所述热拉伸的温度为110℃-140℃，热拉伸倍数为40-50倍。
第二方面，本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维，由第一方面所述的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法制得。
可选的，所述超高分子量聚乙烯纤维的断裂强度大于42cN/dtex，初始模量大于2000cN/dtex。
具体的，可以但不限于为，将超高分子量聚乙烯粉末熔融，经过喷丝孔后进行牵伸，冷却形成冻胶纤维；所述冻胶纤维依次经过萃取、干燥、热拉伸获得所述超高分子量聚乙烯纤维，其中，所述牵伸倍数为3-10倍，所述热拉伸的温度为110℃-140℃，热拉伸倍数为40-50倍。该超高分子量聚乙烯纤维的断裂强度大于43.5cN/dtex，初始模量大于2200cN/dtex。
可选的，所述超高分子量聚乙烯纤维的直径小于100mm。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维，通过将超高分子量聚乙烯粉末熔融，经过喷丝孔后进行牵伸，冷却形成冻胶纤维；所述冻胶纤维依次经过萃取、干燥、热拉伸获得所述超高分子量聚乙烯纤维，其中，所述牵伸的倍数为3-30倍，所述热拉伸的温度小于200℃。该制备工艺简单，打破传统纺丝工艺，降低生产成本，有利于工业化生产；本发明提供的超高分子量聚乙烯纤维性能大幅度提高，断裂强度高、初始模量大，具有优异的抗断裂性能，刚性好，不易发生形变，有利于其在工业中的应用。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：
将粒径约为30μm的超高分子量聚乙烯粉末在100℃熔融，经孔径为5mm圆形喷丝孔喷出，牵伸3倍，进入1℃凝固浴中骤冷形成冻胶纤维，依次通过经碳氢萃取剂萃取、60℃干燥、110℃热拉伸50倍，即可制得超高分子量聚乙烯纤维。将制得的超高分子量聚乙烯纤维进行检查，发现其断裂强度为44cN/dtex，初始模量为2270cN/dtex。
实施例2
一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：
将粒径约为50μm的超高分子量聚乙烯粉末在120℃熔融，经孔径为4.5mm圆形喷丝孔喷出，牵伸4倍，进入5℃凝固浴中骤冷形成冻胶纤维，在凝固浴中停留1-2分钟后出凝固浴形成冻胶纤维，再经过预拉伸3倍后，依次通过经碳氢萃取剂萃取、50℃干燥、120℃热拉伸45倍，即可制得超高分子量聚乙烯纤维。将制得的超高分子量聚乙烯纤维进行检查，发现其断裂强度为43.6cN/dtex，初始模量为2300cN/dtex。
实施例3
一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：
将粒径约为100μm的超高分子量聚乙烯粉末在140℃熔融，经孔径为3mm圆形喷丝孔喷出，牵伸5倍，进入10℃凝固浴中骤冷形成冻胶纤维，再经过预拉伸10倍后，依次通过经碳氢萃取剂萃取、45℃干燥、180℃热拉伸30倍，即可制得超高分子量聚乙烯纤维。将制得的超高分子量聚乙烯纤维进行检查，发现其断裂强度为43.2cN/dtex，初始模量为2130cN/dtex，直径约为60mm。
实施例4
一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：
将粒径约为120μm的超高分子量聚乙烯粉末在180℃熔融，经孔径为5mm圆形喷丝孔喷出，牵伸6倍，进入10℃凝固浴中骤冷形成冻胶纤维，再经过预拉伸5倍后，依次通过经碳氢萃取剂萃取、30℃干燥、155℃热拉伸20倍，即可制得超高分子量聚乙烯纤维。将制得的超高分子量聚乙烯纤维进行检查，发现其断裂强度为42.5cN/dtex，初始模量为2050cN/dtex，直径约为75mm。
实施例5
一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：
将粒径约为200μm的超高分子量聚乙烯粉末在200℃熔融，经孔径为5mm圆形喷丝孔喷出，牵伸4.5倍，进入1℃凝固浴中骤冷形成冻胶纤维，再经过预拉伸15倍后，依次通过经碳氢萃取剂萃取、55℃干燥、165℃热拉伸38倍，即可制得超高分子量聚乙烯纤维。将制得的超高分子量聚乙烯纤维进行检查，发现其断裂强度为43cN/dtex，初始模量为2180cN/dtex，直径约为80mm。
实施例6
一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：
将粒径约为250μm的超高分子量聚乙烯粉末在150℃熔融，经孔径为1.5mm圆形喷丝孔喷出，牵伸8倍，进入10℃凝固浴中骤冷形成冻胶纤维，再经过预拉伸18倍后，依次通过经碳氢萃取剂萃取、35℃干燥、135℃热拉伸40倍，即可制得超高分子量聚乙烯纤维。将制得的超高分子量聚乙烯纤维进行检查，发现其断裂强度为43.8cN/dtex，初始模量为2260cN/dtex。
实施例7
一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：
将超高分子量聚乙烯粉末在180℃熔融，经孔径为0.55mm圆形喷丝孔喷出，牵伸15倍，进入凝固浴中骤冷形成冻胶纤维后，依次通过经萃取、干燥、120℃热拉伸32倍，即可制得超高分子量聚乙烯纤维。
实施例8
将超高分子量聚乙烯粉末熔融，经圆形喷丝孔喷出，牵伸27倍，进入凝固浴中骤冷形成冻胶纤维，再经过预拉伸5倍后，依次通过经萃取、42℃干燥、140℃热拉伸10倍，即可制得超高分子量聚乙烯纤维。
以上所述是本发明的优选实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括：
将超高分子量聚乙烯粉末熔融，经过喷丝孔后进行牵伸，冷却形成冻胶纤维；所述冻胶纤维依次经过萃取、干燥、热拉伸获得所述超高分子量聚乙烯纤维，其中，所述牵伸的倍数为3-30倍，所述热拉伸的温度小于200℃。
2.如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述牵伸的倍数为3-30倍。
3.如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述热拉伸的温度为100℃-195℃。
4.如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述热拉伸的倍数为5-50倍。
5.如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯粉末的粒径为10μm-300μm。
6.如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述熔融温度为100℃-200℃。
7.如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述喷丝孔的孔径为0.5mm-5mm。
8.如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述萃取前还包括对所述冻胶纤维进行预拉伸，所述预拉伸的倍数为2-30倍。
9.一种超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法制得。
10.如权利要求9所述的超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯纤维的断裂强度大于42cN/dtex，初始模量大于2000cN/dtex。
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