CN110886027A - 一种高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚乙烯纤维制备技术领域，公开一种高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：(1)按比例将竹碳粉与超高分子量聚乙烯粉末搅拌均匀得到混合粉末，与白油按比例混合进行预溶胀形成纺丝溶液；(2)将步骤(1)得到的纺丝溶液送入双螺杆挤出机中加热溶解纺成原丝；(3)将原丝平衡后进入后纺拉伸、连续式萃取后干燥，将干燥后原丝经过热箱进行超倍拉伸，最后卷绕成形，得到所述竹碳高强聚乙烯纤维。本发明制备的竹碳聚乙烯纤维在保证纤维高强高膜性能的同时，使纤维变成黑色，后加工无需重新染色，色牢度极好，同时具有天然抗菌、抑菌、防螨、防臭等功能，可广泛用于各种纺织品、面料。

Description

一种高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法
技术领域
本发明属于聚乙烯纤维制备技术领域，涉及一种高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯纤维是以超高分子量聚乙烯为原料制得的纤维。超高的分子量使得超高分子量聚乙烯纤维具有耐磨性强、润滑性好、强度高、化学性质稳定、抗老化等优异的性能。因此，超高分子量聚乙烯纤维在国防军需装备(例如，防弹衣、直升机、坦克和舰船的装甲防护板等)、航空航天(例如，各种飞机的翼尖结构、飞机着陆时使用的减速降落伞、飞机悬吊重物使用的绳索等)、民用(例如，海洋工程中船舶外表面上使用的抗冲击、防锈蚀、防腐蚀包覆材料、各种海洋建筑构件的防腐、防附着、耐磨材料、工业中使用的耐压容器、传送带、过滤材料、医学领域使用的牙托材料等)等方面有着广泛的应用。
目前，市场上主要应用于军用防弹系列产品的高强高模聚乙烯纤维在民用领域得到了极大的推广，如防刺防切割面料的织物等。但是单一的高强聚乙烯纤维生产织物的防切割性能只能达到欧标EN388的二级标准。生产商为了进一步提高织物防切割性能，一般采用聚乙烯纤维与玻璃纤维或者不锈钢先进行包覆，然后做成织物，但因加入无机金属、玻璃纤类而导致体感变硬，降低了舒适感，因此需要寻找一种新的防切割性能的高强聚乙烯纤维的制备方法。
发明专利内容
本发明的主要目的在于针对的技术缺陷，本发明提供一种高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法，结合竹碳与高分子聚乙烯二者的各自优异性能，形成一种更优异的纤维材料，使后加工产品具有更加良好的特性，使纤维用途得到进一步推广
本发明专利解决上述技术问题的技术方案如下：
一种高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例将竹碳粉与超高分子量聚乙烯粉末搅拌均匀得到混合粉末，与白油按比例混合进行预溶胀形成纺丝溶液；
(2)将步骤(1)得到的纺丝溶液送入双螺杆挤出机中加热溶解纺成原丝；
(3)将原丝平衡后进入后纺拉伸、连续式萃取后干燥，将干燥后原丝经过热箱进行超倍拉伸，最后卷绕成形，得到所述竹碳高强聚乙烯纤维。
优选的，步骤(1)所述超高分子量聚乙烯的分子量为4×106g/mol。
优选的，步骤(1)所述混合粉末与白油的质量比为100:1150。
优选的，步骤(1)所述预溶胀温度为≤120℃。
优选的，步骤(2)所述双螺杆挤出机挤出温度100℃-250℃，螺杆机头压力4-5MPa，纺丝组件压力1.2-1.5MPa。
与现有技术相比，本发明专利的有益效果是：
(1)本发明制备的竹碳聚乙烯纤维，在保证纤维高强高膜性能的同时，使纤维变成黑色，后加工无需重新染色，色牢度极好。
(2)本发明选用的竹炭属于天然环保型材料，从而制备的高强竹碳聚乙烯纤维可用于牙线棒的生产和推广
(3)本发明制备的高强竹碳聚乙烯纤维具有天然抗菌、抑菌、防螨、防臭等功能，可广泛用于各种纺织品、面料。
(4)本发明制备的高强竹碳聚乙烯纤维具有高强度特性，可用于防弹、防刺、防切割材料领域。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将分子量为4×106g/mol的聚乙烯粉末99kg，与竹碳粉1kg充分搅拌均匀，倒入1150kg白油在反应釜中在≤120℃进行预溶胀形成纺丝溶液；
(2)将步骤(1)得到的纺丝溶液送入双螺杆挤出机中加热溶解纺成原丝；设定双螺杆挤出机挤出温度100℃，螺杆机头压力4MPa，纺丝组件压力1.2MPa；
(3)将原丝平衡后进入后纺拉伸、连续式萃取后干燥，将干燥后原丝经过热箱进行超倍拉伸，最后卷绕成形，得到竹碳高强聚乙烯纤维。
实施例2
一种高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将分子量为4×106g/mol的聚乙烯粉末90kg，与竹碳粉10kg充分搅拌均匀，倒入1150kg白油在反应釜中在≤120℃进行预溶胀形成纺丝溶液；
(2)将步骤(1)得到的纺丝溶液送入双螺杆挤出机中加热溶解纺成原丝；设定双螺杆挤出机挤出温度150℃，螺杆机头压力5MPa，纺丝组件压力1.3MPa；
(3)将原丝平衡后进入后纺拉伸、连续式萃取后干燥，将干燥后原丝经过热箱进行超倍拉伸，最后卷绕成形，得到竹碳高强聚乙烯纤维。
实施例3
一种高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将分子量为4×106g/mol的聚乙烯粉末80kg，与竹碳粉20kg充分搅拌均匀，倒入1150kg白油在反应釜中在≤120℃进行预溶胀形成纺丝溶液；
(2)将步骤(1)得到的纺丝溶液送入双螺杆挤出机中加热溶解纺成原丝；设定双螺杆挤出机挤出温度250℃，螺杆机头压力4MPa，纺丝组件压力1.5MPa；
(3)将原丝平衡后进入后纺拉伸、连续式萃取后干燥，将干燥后原丝经过热箱进行超倍拉伸，最后卷绕成形，得到竹碳高强聚乙烯纤维。
测试例
1、将实施例3制备的竹碳高强聚乙烯纤维进行碳黑含量检测，测试方法依据GB/T2951.41-2008第12节；
测试条件：试样容器材料：铂金盘；保护气体流速(氮气)：40ml/min；样品吹扫气体流速(氮气)：60ml/min；初始温度100℃，保持温度5min；以20℃/min升温到850℃；氮气切换到空气，60ml/min；以以20℃/min升温到900℃。
经测试，竹碳高强聚乙烯纤维中碳黑含量为0.3％，说明本发明方法制备的聚乙烯纤维中掺杂了碳，及制备的竹碳高强聚乙烯纤维中具有竹碳的特性，如天然抗菌、抑菌、防螨、防臭等功能，可广泛用于各种纺织品、面料。
2、将实施例1-3制备的聚乙烯纤维和普通的高分子量聚乙烯纤维进行性能检测，其中线密度、断裂强度、断裂伸长率、初始模量的测试依据GB/T19975-2005；色牢度判定依据GB/T3921-2008、GB/T5713-1997进行检测，具体结果见表1。
表1聚乙烯纤维的性能比较
Figure BDA0002289749290000031
从上表中数据可以看出，采用本发明方法制备的聚乙烯纤维的强度与普通的高分子量聚乙烯纤维的物性指标相近，仍具有高强度特性，可用于防弹、防刺、防切割材料领域。本发明在保持原有高分子量聚乙烯纤维的性能的前提下，改变了聚乙烯纤维的颜色，无需重新染色，色牢度极好，环保，具有天然抗菌、抑菌、防螨、防臭等功能，可广泛用于各种纺织品、面料。
以上为本发明较佳实施例，只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按比例将竹碳粉与超高分子量聚乙烯粉末搅拌均匀得到混合粉末，与白油按比例混合进行预溶胀形成纺丝溶液；
(2)将步骤(1)得到的纺丝溶液送入双螺杆挤出机中加热溶解纺成原丝；
(3)将原丝平衡后进入后纺拉伸、连续式萃取后干燥，将干燥后原丝经过热箱进行超倍拉伸，最后卷绕成形，得到所述竹碳高强聚乙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述超高分子量聚乙烯的分子量为4×106g/mol。
3.根据权利要求1所述的高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述竹碳粉与超高分子量聚乙烯的质量比为4-99:1。
4.根据权利要求1所述的高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述混合粉末与白油的质量比为100:1150。
5.根据权利要求1所述的高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述预溶胀温度≤120℃。
6.根据权利要求1所述的高强竹碳聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述双螺杆挤出机挤出温度100℃-250℃，螺杆机头压力4-5MPa，纺丝组件压力1.2-1.5MPa。
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