CN110331455A - 一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法 - Google Patents

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    • D01F6/46—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds of polyolefins

Abstract

本发明公开了一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：(1)甲苯作为溶剂，将羟基化多壁碳纳米管用超声波处理，得到纯化的羟基化多壁碳纳米管；(2)将纯化的羟基化多壁碳纳米管与白油配成多壁碳纳米管改性浆液，加入到超高分子量聚乙烯溶胀料中进行混合，得到抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液；(3)将配置好的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液与二亚乙基三胺混合，剪切后进入同向平行双螺杆挤出机中，然后进入纺丝箱体形成冻胶丝；再经过预拉伸、萃取、干燥、热牵伸后得到抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维。本发明所公开的方法改善了纤维的蠕变性能，同时保证了纤维的纤度均匀性和强度，具有很好的市场前景。

Description

一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及一种功能纤维的制备方法，特别涉及一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯纤维(英文全称：Ultra High Molecular WeightPolyethylene Fiber，简称UHMWPE)，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维。
但是，超高分子量聚乙烯纤维在使用的过程，因为其分子结构基本为只含有碳氢的直链结构，分子间仅依靠范德华力作用维持相互间作用力，在长期受到外力作用时，分子链间容易发生滑移，而出现蠕变，大大影响了常规超高分子量聚乙烯纤维在绳缆、渔网、鱼线等方面的应用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，以达到改善超高分子量聚乙烯纤维的蠕变的问题，以满足其在绳缆、渔网、鱼线等方面的应用的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)甲苯作为溶剂，将羟基化多壁碳纳米管用超声波处理一定时间，使其充分分散，避免羟基化多壁碳纳米管相互缠连，并去除表面杂质，得到纯化的羟基化多壁碳纳米管；
(2)将纯化的羟基化多壁碳纳米管与白油配成多壁碳纳米管改性浆液，加入到超高分子量聚乙烯溶胀料中进行混合，得到抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液；
(3)将配置好的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液与二亚乙基三胺混合，剪切后进入同向平行双螺杆挤出机中，通过螺杆进行进一步的混合、输送和剪切后，进入纺丝箱体形成冻胶丝；再经过预拉伸、萃取、干燥、热牵伸后得到抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维。
上述方案中，所述步骤(1)中，超声波处理后，用乙醇和水分别洗涤3-5遍后，冻干24小时，得到纯化的羟基化多壁碳纳米管。
上述方案中，多壁碳纳米管改性浆液与超高分子量聚乙烯溶胀料的比例为1:(18-20)。
优选地，多壁碳纳米管改性浆液与超高分子量聚乙烯溶胀料的比例为1:19。
上述方案中，所述多壁碳纳米管改性浆液中纯化的羟基化多壁碳纳米管与白油的质量比为1：(40-60)。
优选地，所述多壁碳纳米管改性浆液中纯化的羟基化多壁碳纳米管与白油的质量比为1：50。
上述方案中，所述超高分子量聚乙烯溶胀料包括超高分子量聚乙烯粉末和白油，超高分子量聚乙烯粉末和白油的质量比为1:(8-12)。
优选地，所述超高分子量聚乙烯溶胀料包括超高分子量聚乙烯粉末和白油，超高分子量聚乙烯粉末和白油的质量比为1:9。
上述方案中，所述抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液与二亚乙基三胺的质量比为(900-1100):1。
优选地，所述抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液与二亚乙基三胺的质量比为1000:1。
通过上述技术方案，本发明提供的一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法具有以下有益效果：
本发明首先对羟基化碳多壁碳纳米管进行纯化处理，之后与超高分子量聚乙烯和白油配置成纺丝原液，在纺丝原液进入螺杆前，加入二亚乙基三胺，使纯化的羟基化碳纳米管与超高分子量聚乙烯链进行交联，增加了无机改性剂与超高分子量聚乙烯的相容性。本发明中使用的二亚乙基三胺始终处于避光下，为防止二亚乙基三胺失去活性，必须在纺丝原液进入螺杆前加入。在超高分子量聚乙烯纤维抗蠕变功能改性的同时，其纤维的纤度均匀性和强度不受较大的影响。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，具体实施例如下：
实施例一：
1、以甲苯作为溶剂，取0.975kg管径在8-15nm范围、长度为50nm的羟基化多壁碳纳米管在40℃下用160W超声波清洗机处理10min，使其充分分散，并且去除表面杂质，之后用乙醇和水分别洗涤4遍后冻干24小时，得到纯化的羟基化多壁碳纳米管。
2、将49.05kg白油放入不锈钢乳化桶，再向桶中加入0.95kg纯化的羟基化多壁碳纳米管，用高剪切分散乳化机乳化40min后，加入到950kg超高分子量聚乙烯溶胀料中，超高分子量聚乙烯粉末：白油质量比为1：8，得到了抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的纺丝原液。
3、将配置好的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液与二亚乙基三胺按照1000:1的质量比例，经过高剪切乳化泵的均化作用后打入同向平行双螺杆挤出机中，通过螺杆进行进一步的混合、输送和剪切后，进行纺丝箱体形成冻胶丝。最后冻胶丝经过预拉伸、萃取、干燥、热牵伸后得到抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维。
实施例二：
1、以甲苯作为溶剂，取1.2kg管径在8-15nm范围、长度为50nm的羟基化多壁碳纳米管在38℃下用150W超声波清洗机处理10min，使其充分分散，并且去除表面杂质，之后用乙醇和水分别洗涤3遍后冻干24小时，得到纯化的羟基化多壁碳纳米管。
2、将50kg白油放入不锈钢乳化桶，再向桶中加入1kg纯化的羟基化多壁碳纳米管，用高剪切分散乳化机乳化40min后，加入到1000kg超高分子量聚乙烯溶胀料中，超高分子量聚乙烯粉末：白油质量比为1：9，得到了抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的纺丝原液。
3、将配置好的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液与二亚乙基三胺按照1000:1的质量比例，经过高剪切乳化泵的均化作用后打入同向平行双螺杆挤出机中，通过螺杆进行进一步的混合、输送和剪切后，进行纺丝箱体形成冻胶丝。最后冻胶丝经过预拉伸、萃取、干燥、热牵伸后得到抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维。
实施例三：
1、以甲苯作为溶剂，取2kg管径在8-15nm范围、长度为50nm的羟基化多壁碳纳米管在45℃下用120W超声波清洗机处理10min，使其充分分散，并且去除表面杂质，之后用乙醇和水分别洗涤5遍后冻干24小时，得到纯化的羟基化多壁碳纳米管。
2、将60kg白油放入不锈钢乳化桶，再向桶中加入1kg纯化的羟基化多壁碳纳米管，用高剪切分散乳化机乳化45min后，加入到1200kg超高分子量聚乙烯溶胀料中，超高分子量聚乙烯粉末：白油质量比为1：10，得到了抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的纺丝原液。
3、将配置好的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液与二亚乙基三胺按照1100:1的质量比例，经过高剪切乳化泵的均化作用后打入同向平行双螺杆挤出机中，通过螺杆进行进一步的混合、输送和剪切后，进行纺丝箱体形成冻胶丝。最后冻胶丝经过预拉伸、萃取、干燥、热牵伸后得到抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维。
将本发明实施例提供的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维和普通的超高分子量聚乙烯纤维进行抗蠕变测试，分别两端用启动牛角夹具夹紧后施加0.5cN/dtex的初负荷，此时在样品上做标记点，使标记长度至少为200mm，观察并记录样品的初始标记长度即初始长度，为L0。施加重负荷，观察并记录加载时间后，样品因施加负荷最终的长度，为L1。按下方公式进行计算。
纤维的蠕变率G：G＝[(L1-L0)/L0]×100％
本发明提供的一种抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维和普通超高分子量聚乙烯纤维，在同样的拉力持续相同的时间下，蠕变率如表1所示。
表1不同纤维的蠕变率
纤维类型 蠕变率
普通超高分子量聚乙烯纤维 4.9％
实施例一的抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维 3.8％
实施例二的抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维 3.5％
实施例三的抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维 4.0％
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)甲苯作为溶剂，将羟基化多壁碳纳米管用超声波处理一定时间，使其充分分散，避免羟基化多壁碳纳米管相互缠连，并去除表面杂质，得到纯化的羟基化多壁碳纳米管；
(2)将纯化的羟基化多壁碳纳米管与白油配成多壁碳纳米管改性浆液，加入到超高分子量聚乙烯溶胀料中进行混合，得到抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液；
(3)将配置好的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液与二亚乙基三胺混合，剪切后进入同向平行双螺杆挤出机中，通过螺杆进行进一步的混合、输送和剪切后，进入纺丝箱体形成冻胶丝；再经过预拉伸、萃取、干燥、热牵伸后得到抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，超声波处理后，用乙醇和水分别洗涤3-5遍后，冻干24小时，得到纯化的羟基化多壁碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，多壁碳纳米管改性浆液与超高分子量聚乙烯溶胀料的比例为1:(18-20)。
4.根据权利要求3所述的一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，多壁碳纳米管改性浆液与超高分子量聚乙烯溶胀料的比例为1:19。
5.根据权利要求1所述的一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管改性浆液中纯化的羟基化多壁碳纳米管与白油的质量比为1：(40-60)。
6.根据权利要求5所述的一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管改性浆液中纯化的羟基化多壁碳纳米管与白油的质量比为1：50。
7.根据权利要求1所述的一种抗蠕变灰色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溶胀料包括超高分子量聚乙烯粉末和白油，超高分子量聚乙烯粉末和白油的质量比为1:(8-12)。
8.根据权利要求7所述的一种抗蠕变灰色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溶胀料包括超高分子量聚乙烯粉末和白油，超高分子量聚乙烯粉末和白油的质量比为1:9。
9.根据权利要求1所述的一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液与二亚乙基三胺的质量比为(900-1100):1。
10.根据权利要求9所述的一种抗蠕变灰色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液与二亚乙基三胺的质量比为1000:1。
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