CN110965145A - 一种浮力超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纤维制备技术领域，公开一种浮力超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，包括：(1)将环氧树脂进行预热，加热到60‑85℃保持20‑30min，脱气1h，添加固化剂放入快速搅拌，再次脱气；搅拌下加入空心玻璃微珠，混合均匀后静置；(2)将硅烷溶液搅拌后添加到步骤(1)中，快速搅拌50‑65min，在80‑100℃下烘干2.5‑3.2h，得到活化处理后的空心玻璃微珠；(3)将空心玻璃微珠与超高分子量聚乙烯溶液混合，搅拌升温至30‑70℃，保温1‑1.2h后，形成纺丝流体；(4)将纺丝流体由下料釜注入双螺杆挤出机得到的冻胶原丝，经过萃取、超倍拉伸制备得到浮力超高分子量聚乙烯纤维。本发明方法制备的超高分子量聚乙烯纤维具有结构稳定、性能良好、重量轻、良好漂浮性能的优点。

Description

一种浮力超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于纤维制备技术领域，涉及一种浮力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。
固体浮力材料是一种重要的海洋特种工程材料，已在水下机器人、深潜器、潜标系统、水下集矿机、海洋石油勘探开发隔水管等海洋开发装备上得到广泛应用。固体浮力材料的密度低、耐压强度高，是典型的结构功能一体化材料。目前，国内外固体浮力材料绝大部分采用环氧树脂为基体，填充空心玻璃微珠或者毫米级小球来降低密度，但受到空心玻璃微珠和毫米级小球密度、粒径、填充量和强度的限制，该类浮力材料的低密度高强度仍是现今的研发难点。
目前，将浮力材料与超高分子量聚乙烯纤维结合制备一种具有良好漂浮性能的聚乙烯材料，用于深海中的防弹防刺防切割产品的报道至今未发现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种结构稳定、性能良好、重量轻、具有良好漂浮性能的超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种浮力超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将环氧树脂进行预热，加热到60-85℃保持20-30min，脱气1h，添加固化剂快速搅拌，再次放入干燥箱脱气50-60min；继续搅拌环氧树脂，边搅拌边加入空心玻璃微珠，混合均匀后静置40-50min；
(2)将硅烷溶液搅拌40-55min，添加到步骤(1)中，快速搅拌50-65min，在80-100℃下烘干2.5-3.2h，得到活化处理后的空心玻璃微珠；
(3)将步骤(2)得到的空心玻璃微珠与超高分子量聚乙烯溶液按照1:50-70的质量比在溶胀釜中进行混合，搅拌升温至30-70℃，保温1-1.2h后，形成纺丝流体；
(4)将步骤(3)得到的纺丝流体由下料釜注入双螺杆挤出机得到的冻胶原丝，经过萃取、超倍拉伸制备得到浮力超高分子量聚乙烯纤维。
优选的，步骤(1)所述脱气温度为50-75℃。
优选的，步骤(1)所述固化剂为低分子聚酰胺树脂。
优选的，步骤(2)所述硅烷溶液是将偶联剂KH-560与乙醇溶液配制成质量分数15％-20％的溶液。
优选的，步骤(3)所述纺丝流体中超高分子量聚乙烯的质量百分数为13.7％-16.7％。
优选的，步骤(3)所述超高分子量聚乙烯溶液是采用常规方法制备的高分子量聚乙烯溶液。
本发明的另一目的保护一种由上述制备方法制备得到的浮力超高分子量聚乙烯纤维。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
(1)采用本发明方法制得的浮力聚乙烯结构稳定、性能良好并且重量轻。
(2)采用本发明方法制得的浮力超高分子量聚乙烯纤维，具有良好的漂浮性能，较传统的聚乙烯纤维的漂浮性能大幅提升。
(3)采用本发明方法制得的浮力超高分子量聚乙烯纤维能耐70MPa的深水压，可以用来做深海中一系列防弹防刺防切割产品。
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
一种浮力超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将71.68g环氧树脂进行预热，加热到60℃保持30min，在50℃下脱气1h，添加4.72g低分子聚酰胺树脂快速搅拌，再次放入干燥箱脱气60min；继续搅拌环氧树脂，边搅拌边加入7.13g空心玻璃微珠，混合均匀后静置40min；
(2)将偶联剂KH-560与乙醇溶液配制成质量分数15％-的硅烷溶液，将硅烷溶液搅拌40min，添加到步骤(1)中，快速搅拌65min，在80℃下烘干3.2h，得到活化处理后的空心玻璃微珠；
(3)将步骤(2)得到的空心玻璃微珠与超高分子量聚乙烯溶液按照1:50的质量比在溶胀釜中进行混合，搅拌升温至30℃，保温1.2h后，形成纺丝流体；其中纺丝流体中超高分子量聚乙烯的质量百分数为13.7％；
(4)将步骤(3)得到的纺丝流体由下料釜注入双螺杆挤出机得到的冻胶原丝，经过萃取、超倍拉伸制备得到浮力超高分子量聚乙烯纤维。
实施例2
一种浮力超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将71.68g环氧树脂进行预热，加热到70℃保持25min，在60℃下脱气1h，添加4.72g低分子聚酰胺树脂快速搅拌，再次放入干燥箱脱气55min；继续搅拌环氧树脂，边搅拌边加入7.13g空心玻璃微珠，混合均匀后静置45min；
(2)将偶联剂KH-560与乙醇溶液配制成质量分数18％的硅烷溶液，将硅烷溶液搅拌48min，添加到步骤(1)中，快速搅拌56min，在90℃下烘干2.8h，得到活化处理后的空心玻璃微珠；
(3)将步骤(2)得到的空心玻璃微珠与超高分子量聚乙烯溶液按照1:60的质量比在溶胀釜中进行混合，搅拌升温至40℃，保温1.0h后，形成纺丝流体；其中纺丝流体中超高分子量聚乙烯的质量百分数为14.8％；
(4)将步骤(3)得到的纺丝流体由下料釜注入双螺杆挤出机得到的冻胶原丝，经过萃取、超倍拉伸制备得到浮力超高分子量聚乙烯纤维。
实施例3
一种浮力超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将71.68g环氧树脂进行预热，加热到85℃保持20min，在75℃下脱气1h，添加4.72g低分子聚酰胺树脂快速搅拌，再次放入干燥箱脱气50min；继续搅拌环氧树脂，边搅拌边加入7.13g空心玻璃微珠，混合均匀后静置50min；
(2)将偶联剂KH-560与乙醇溶液配制成质量分数20％的硅烷溶液，将硅烷溶液搅拌55min，添加到步骤(1)中，快速搅拌50min，在100℃下烘干2.5h，得到活化处理后的空心玻璃微珠；
(3)将步骤(2)得到的空心玻璃微珠与超高分子量聚乙烯溶液按照1:70的质量比在溶胀釜中进行混合，搅拌升温至30℃，保温1.2h后，形成纺丝流体；其中纺丝流体中超高分子量聚乙烯的质量百分数为16.7％；
(4)将步骤(3)得到的纺丝流体由下料釜注入双螺杆挤出机得到的冻胶原丝，经过萃取、超倍拉伸制备得到浮力超高分子量聚乙烯纤维。
试验例
将实施例2制备的浮力超高分子量聚乙烯纤维与常规的超高分子量聚乙烯纤维按照GB/T 32234.7-2015进行性能检测，具体结果见表1。
表1超高分子量聚乙烯纤维的性能
纤维品名 密度(g/cm<sup>3</sup>) 浮力(N/m<sup>3</sup>) 耐深水压(70MPa)
常规超高分子量聚乙烯 0.97 300 不行
浮力超高分子量聚乙烯 0.73 2700 行
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)

1.一种浮力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)将环氧树脂进行预热，加热到60-85℃保持20-30min，脱气1h，添加固化剂快速搅拌，再次放入干燥箱脱气50-60min；继续搅拌环氧树脂，边搅拌边加入空心玻璃微珠，混合均匀后静置40-50min；
(2)将硅烷溶液搅拌40-55min，添加到步骤(1)中，快速搅拌50-65min，在80-100℃下烘干2.5-3.2h，得到活化处理后的空心玻璃微珠；
(3)将步骤(2)得到的空心玻璃微珠与超高分子量聚乙烯溶液按照1:50-70的质量比在溶胀釜中进行混合，搅拌升温至30-70℃，保温1-1.2h后，形成纺丝流体；
(4)将步骤(3)得到的纺丝流体由下料釜注入双螺杆挤出机得到的冻胶原丝，经过萃取、超倍拉伸制备得到浮力超高分子量聚乙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的浮力超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述脱气温度为50-75℃。
3.根据权利要求1所述的浮力超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述固化剂为低分子聚酰胺树脂。
4.根据权利要求1所述的浮力超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述硅烷溶液是将偶联剂KH-560与乙醇溶液配制成质量分数15％-20％的溶液。
5.根据权利要求1所述的浮力超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述纺丝流体中超高分子量聚乙烯的质量百分数为13.7％-16.7％。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述浮力超高分子量聚乙烯纤维的制备方法制备得到的浮力超高分子量聚乙烯纤维。
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