CN115339088A - 一种高性能聚乙烯扁丝产品及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高性能聚乙烯扁丝产品及其制备和应用，其制备过程具体为：(1)取聚乙烯原料与色粉、加工助剂的混合物料送入螺杆挤出机中高温挤出聚乙烯未拉伸原丝；(2)将聚乙烯未拉伸原丝进行高温保温，并在熔融态进行双向拉伸；(3)将步骤(2)中经双向拉伸后的原丝通过热甬道进行二次单向多倍拉伸；(4)将经二次单向多倍拉伸后的原丝进行热拉伸，最后进行切割收卷，即得到高性能聚乙烯扁丝产品。与现有技术相比，本发明可以克服超高分子量聚乙烯扁平形医用缝合线需要编织、表面不光滑、所用纤维基体生产工艺复杂的问题。

Description

一种高性能聚乙烯扁丝产品及其制备和应用

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种高性能聚乙烯扁丝产品及其制备和应用。

背景技术

医用缝合线的横截面一般为的圆形，该种类型的缝合线横截面积较小，与人体组织直接接触的面积非常小，当缝合线需要固定的组织受力较大时，如在肩袖损伤、肌腱损伤、骨科等领域应用会导致单位面积内手术缝合线对组织的压力较大，若缝合线的弹性不够，会使得人体组织处于切割状态，易造成二次损伤，且不利于患者的术后恢复。与人体组织接触的表面积较大(如扁平形)、且具有一定弹性的缝合线，有利于减少二次损伤，同时有利于患者的痊愈。另外，在手术过程中，有色缝合线与血液或者操作区域的组织有明显反差，有利于医生识别。

横截面非圆形的缝合线大多通过编织得到，中国专利CN107334502 B、美国专利US2005/0192631A1采用编织工艺制备了包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等材料的扁平带状缝合线。

目前有报导超高分子量聚乙烯缝合线相比于其他非吸收缝合线具有更高的拉伸强度，超高分子量聚乙烯扁平带状缝合线更适合高强度缝合。

编织工艺制备的扁平带状缝合线虽然增大了缝合线与组织的接触面积，但编织结构表面不光滑，在穿过手术针眼和手术伤口的过程中更困难，易造成组织损伤，同时孔隙中会藏匿细菌，增加感染几率，并且增加工艺步骤。

超高分子量聚乙烯缝合线扁平带状缝合线中用于编织的超高分子量聚乙烯纤维采用溶剂纺丝的工艺制备，存在溶剂残留，且一般为细旦纤维，极易吸附细菌。同时超高分子量聚乙烯纤维产品断裂伸长率极低，几乎没有弹性也容易对组织产生二次伤害。

因此，针对上述问题，需要开发一种制备工艺简单的可用于制造高强度、高弹性、表面光滑、接触面积大的有色非吸收医用缝合线所用纤维基体及其制备方法，应用于对缝合线强度要求较高的损伤部位的缝合工作。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种高性能聚乙烯扁丝产品及其制备和应用，其恶意用于医用缝合线等领域，以克服超高分子量聚乙烯扁平形医用缝合线需要编织、表面不光滑、所用纤维基体生产工艺复杂的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种高性能聚乙烯扁丝产品的制备方法，包括以下步骤：

(1)取聚乙烯原料与色粉、加工助剂的混合物料送入螺杆挤出机中高温挤出聚乙烯未拉伸原丝；

(2)将聚乙烯未拉伸原丝进行高温保温，并在熔融态进行双向拉伸；

(3)将步骤(2)中经双向拉伸后的原丝通过热甬道进行二次单向多倍拉伸；

(4)将经二次单向多倍拉伸后的原丝进行热拉伸，最后进行切割收卷，即得到高性能聚乙烯扁丝产品。

进一步的，步骤(1)中，高温挤出过程中，螺杆挤出机的挤出段的温度为145～200℃，优选150℃-180℃，熔体泵至机头的温度为145～220℃，优选150℃-180℃。

进一步的，步骤(2)中，高温保温控制在60-150℃，优选100-135℃，且双向拉伸过程中，横向拉伸倍率为1-5倍，纵向拉伸倍数为4-20倍。

进一步的，步骤(3)中，二次单向多倍拉伸的倍数为5～25倍。

进一步的，步骤(3)中，二次单向多倍拉伸时热甬道的温度为60～130℃，优选100-120℃。

进一步的，步骤(4)中，热拉伸的温度为40-80℃，幅度为1％～5％。

进一步的，步骤(1)中，所述的聚乙烯原料采用单活性中心催化剂聚合得到，其重均分子量10-60万，分子量分布小于3(即重均分子量与数均分子量之比Mw/Mn＜3.0)，千碳甲基数＜10，密度>0.93g/cm³。进一步的，所述单活性中心催化剂选自茂金属催化剂或后过渡金属催化剂，优选无载体催化体系。

进一步的，步骤(1)中，所述的助剂包括抗氧剂与表面润滑剂的混合物，抗氧剂与表面润滑剂的质量比为1:0.2～1:5。

更进一步的，所述的抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯)丙酸十八烷基酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的一种或几种；

所述的表面润滑剂为钛酸酯类、氟橡胶类、硬脂酸盐类或铝酸酯类化合物中的一种或几种。

进一步的，步骤(1)中，螺杆挤出机的机头口模为矩形出丝孔或椭圆形出丝孔，其中，矩形出丝孔的厚度为0.1mm-20mm，椭圆形出丝孔的最小直径为1-30mm。

单活性中心催化剂聚合所得的聚乙烯分子量分布较窄，在纺丝工艺中，分子量分布较窄的聚乙烯具有可加工性，而力学性能与超高分子量聚乙烯相当。本发明采用分子量10-60万、单活性中心催化剂聚合得到的高分子量聚乙烯为原料，开发了高性能聚乙烯扁丝产品，可应用于医用缝合线等领域，适用于制造强度高、表面光滑、接触面积大的扁平形有色医用缝合线所用纤维基体。

一般而言，宽分子量分布的聚乙烯扁丝产品熔体强度低，在过高挤出温度下进行熔体拉伸，会出现薄膜厚度不均、破膜等问题，因此其扁丝或薄膜在挤出成膜过程，首先在较低温度进行双向拉伸，但由于聚乙烯树脂分子链运动能力强、结晶速率快等特点，双向拉伸过程中将不可避免产生分子链的双向取向。经过分子链双向取向的薄膜再次经过单向热拉伸形成扁丝产品过程中，分子链再次取向将形成不均匀取向结构，这大幅影响最终扁丝产品拉伸性能。本发明创新的针对单活性中心聚合得到的窄分子量分布聚乙烯具有高熔体粘度的特点，发现在扁丝挤出过程中，采用预加热装置在100℃以上，甚至高于聚乙烯熔融温度的高温下对挤出扁丝进行双向拉伸，能够在不影响聚乙烯熔体分子链结构的条件下控制扁丝厚度，并形成扁丝或薄膜，同时不会形成分子链取向结构，扁丝产品只在后续高倍拉伸形成均匀的分子链单向取向结构，保证了扁丝产品的力学性能。由于本发明采用熔体挤出工艺，不使用溶剂对聚乙烯进行溶胀和溶解，因此无法如溶剂纺丝工艺一样通过溶胀溶和溶解的方法获得分子链完全解缠的结构。本发明使用单活性中心聚乙烯为原料，挤出后采用高温保温装置，在熔融态进行拉伸保证了拉伸过程中扁丝温度均匀，同时对高分子量窄分子量分布的树脂分子链结构进行初步解缠，低缠结状态有利于分子链伸展，熔融态的双向拉伸有利于均匀拉伸获得均匀的厚度，并可以控制扁丝厚度，同时克服了温度不均匀导致的扁丝表面破裂的问题。本发明发现采用熔融态双向拉伸的扁丝具有更高的拉伸倍率，力学性能更好，且所得纤维的熔点更高，熔程更短，这也证明了所得的纤维结晶更均匀，同时取向更完全。

本发明的技术方案之二提供了一种高性能聚乙烯扁丝产品，其采用如上任一所述的制备方法制备得到，该聚乙烯扁丝产品的拉伸强度大于15cN/dtex，断裂伸长率达5％以上。

本发明的技术方案之三提供了一种高性能聚乙烯扁丝产品的应用，该聚乙烯扁丝产品用于制备医用缝合线。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)高性能聚乙烯扁丝采用单活性中心催化剂聚合得到的聚乙烯为原料，通过熔融挤出工艺制备，生产工艺简单环保、无溶剂残留，满足医用领域条件。

2)高性能聚乙烯扁丝拉伸强度可达15cN/dtex以上。高强度、高弹性和非吸收性保障了医用缝合线手术缝合的稳定性，降低手术中和手术后期缝合线断裂的几率。

3)高性能聚乙烯扁丝可以不经编织制备表面光滑的扁平形医用缝合线，工艺步骤少；缝合线表面光滑，摩擦力小，缝合时对伤口的损伤小，并且平滑的表面有利于减少细菌的藏匿，更适合污染的伤口缝合。扁平形横截面有利于增大缝合线与组织的接触面积，减少缝合时的损伤。

4)高性能聚乙烯扁丝为有色纤维，采用高性能聚乙烯扁丝制备的有色医用缝合线与组织和血液有明显色差，有利于医生识别。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施例中，聚乙烯树脂可通过使用单活性中心聚乙烯催化剂，包括负载及非负载型的茂金属体系催化剂或后过渡金属催化剂乙烯聚合获得，可采用专利CN109306029A中记载的催化剂，具体的，本实施例中的聚乙烯原料的制备过程参考如下：

将n(甲醇)：n(原始载体Mg(OH))＝5:1比例加入反应瓶，升温至100℃，加入邻苯二甲酸二异丁酯，高速搅拌，搅拌速度500转/分钟，反应4h，反应结束后将所得混合物迅速压入大量-15℃正己烷中定型，得到固体。将所得固体置于氮气保护氛围加热至60℃，保持5h，得到所需载体Mg1，平均粒径150μm，比表面积450m/g。将金属催化剂溶于甲苯中，加入三乙基铝，均匀搅拌，得到催化剂溶液；加入载体Mg1，搅拌均匀，即为负载型催化剂C1。乙烯加压聚合反应装置为2L配有水循环控温的不锈钢反应釜，冲入氮气，在氮气气氛下加入1L正己烷、催化剂C1、助催化剂三乙基铝，然后用乙烯置换氮气三次，调节乙烯进气阀门是乙烯压力恒定在1Mpa，60℃～80℃下进行聚合反应。反应结束后，干燥至恒重后称重，得聚乙烯产品。

其余如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。

一种高性能聚乙烯扁丝产品的制备方法，其工艺流程如下：

(1)将重均分子量为10万-60万，由单活性中心催化剂聚合得到的聚乙烯原料与色粉、加工助剂等混合，经过螺杆挤出机高温挤出聚乙烯未拉伸原丝。单活性中心催化剂例如茂金属催化剂或后过渡金属催化剂；聚乙烯原料重均分子量10-60万，重均分子量与数均分子量之比Mw/Mn＜3.0，千碳甲基数＜10，密度>0.93g/cm³。挤出段温度为145℃-200℃，熔体泵至机头温度为145℃-220℃，所述螺杆挤出机的机头口模为矩形出丝孔，厚度为0.1-20mm，或椭圆形出丝孔，最小直径为1-30mm。

(2)聚乙烯挤出后经过高温保温装置，并在熔融态进行双向拉伸，横向拉伸倍数为1-5倍，纵向拉伸倍数为4-20倍，双向拉伸热甬道温度控制在100-135℃。

(3)高倍牵伸后的扁丝或薄膜，通过热甬道在高温下再次进行单向多倍拉伸，拉伸倍数为5-25倍，热甬道温度控制在100-120℃。

(4)将高倍牵伸后的扁丝或薄膜在热箱中进行1-5％的热拉伸，拉伸温度为40-80℃；

(5)对高温拉伸后的聚乙烯纤维进行切割及收卷，得到可用于高强医用缝合线等领域的高性能聚乙烯扁丝产品，单丝拉伸强度可大于15cN/dtex，断裂伸长率可达5％以上。

以下是更加详细的实施案例，通过以下实施案例进一步说明本发明的技术方案以及所能够获得的技术效果。

实施例中聚乙烯纤维的表征数据由以下方法获得：

拉伸性能

采用《ASTM D885M》的方法与设备，对成品丝的拉伸强度和断裂伸长率进行测试。

实施例1

采用茂金属催化剂聚合得到的聚乙烯原料，所述的聚乙烯原料重均分子量为15万，Mw/Mn为2.8，千碳甲基数＜10，密度为0.945g/cm³。将聚乙烯原料与酞菁、抗氧剂1010、氟橡胶喂入螺杆挤出机中进行熔体挤出，酞菁、抗氧剂1010、氟橡胶的用量分别为聚乙烯质量的0.5％、0.2％和0.05％，双螺杆从喂料段温度到出料温度分别为145℃、160℃、170℃、180℃、185℃，转速90转/min，椭圆形挤出口模的最小直径为1mm。

挤出后的原丝经过高温保温装置，在100℃进行双向拉伸后收卷，横向拉伸2倍，纵向拉伸倍数为4。将收卷后的扁丝或薄膜通过热甬道，在高温下再次进行单向多倍拉伸，拉伸倍数为15倍，热甬道温度为100℃。将高倍牵伸后的扁丝或薄膜在热箱中进行1％的热拉伸，拉伸温度为40℃。

将高温拉伸后的纤维进行切割和收卷，对纤维进行测试，得到拉伸强度为15.9cN/dtex、断裂伸长率为15％的高性能聚乙烯扁丝，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为0.8mm²。

实施例2

采用后过渡金属催化剂聚合得到的聚乙烯原料，所述的聚乙烯原料重均分子量为20万，Mw/Mn为2.9，千碳甲基数＜10，密度为0.943g/cm³。将聚乙烯原料与钛白粉、抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚、氟橡胶喂入螺杆挤出机中进行熔体挤出，钛白粉、抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚、氟橡胶的用量分别为聚乙烯质量的0.5％、0.2％和0.05％，双螺杆从喂料段温度到出料温度分别为145℃、160℃、170℃、180℃、190℃，转速90转/min，椭圆形挤出口模的最小直径为30mm。

挤出后的原丝经过高温保温装置，在110℃进行双向拉伸后收卷，横向拉伸5倍，纵向拉伸10倍。将收卷后的扁丝或薄膜通过热甬道，在高温下再次进行单向多倍拉伸，拉伸倍数为10倍，热甬道温度为110℃。将高倍牵伸后的扁丝或薄膜在热箱中进行3％的热拉伸，拉伸温度为60℃。

将高温拉伸后的纤维进行切割和收卷，对纤维进行测试，得到拉伸强度为16.13cN/dtex、断裂伸长率为20％的高性能聚乙烯扁丝，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为4.5mm²。

实施例3

采用后过渡金属催化剂聚合得到的聚乙烯原料，所述的聚乙烯原料重均分子量为40万，Mw/Mn为2.9，千碳甲基数＜10，密度为0.941g/cm³。聚乙烯原料与氧化铁颜料、抗氧剂1010、硬脂酸钙喂入螺杆挤出机中进行熔体挤出，氧化铁颜料、抗氧剂1010、硬脂酸钙的用量分别为聚乙烯质量的0.2％、0.2％和0.4％，双螺杆从喂料段温度到出料温度分别为145℃、160℃、170℃、180℃、190℃，转速110转/min，椭圆形挤出口模的最小直径为20mm。

挤出后的原丝经过高温保温装置，在125℃进行双向拉伸后收卷，横向拉伸5倍，纵向拉伸20倍。将收卷后的扁丝或薄膜通过热甬道，在高温下再次进行单向多倍拉伸，拉伸倍数为10倍，热甬道温度为120℃。将高倍牵伸后的扁丝或薄膜在热箱中进行5％的热拉伸，拉伸温度为70℃。

将高温拉伸后的纤维进行切割和收卷，对纤维进行测试，得到拉伸强度为19.32cN/dtex、断裂伸长率为18％的高性能聚乙烯扁丝，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为2.5mm²。

实施例4

采用茂金属催化剂聚合得到的聚乙烯原料，所述的聚乙烯原料重均分子量为20万，Mw/Mn为2.7，千碳甲基数＜10，密度为0.943g/cm³。聚乙烯原料与酞菁、抗氧剂1076、硬脂酸锌喂入螺杆挤出机中进行熔体挤出，酞菁、抗氧剂1076、硬脂酸锌的用量分别为聚乙烯质量的0.2％、0.2％和0.4％，双螺杆从喂料段温度到出料温度145℃、160℃、180℃、190℃、200℃，转速200转/min，椭圆形挤出口模最小直径为10mm。

挤出后的原丝经过高温保温装置，在115℃进行双向拉伸后收卷，横向拉伸3倍，纵向拉伸10倍。将收卷后的扁丝或薄膜通过热甬道，在高温下再次进行单向多倍拉伸，拉伸倍数为10倍，热甬道温度为120℃。将高倍牵伸后的扁丝或薄膜在热箱中进行2％的热拉伸，拉伸温度为60℃。

将高温拉伸后的纤维进行切割和收卷，对纤维进行测试，得到拉伸强度为16.31cN/dtex、断裂伸长率为17％的高性能聚乙烯扁丝，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为1.5mm²。

实施例5

采用茂金属催化剂聚合得到的聚乙烯原料，所述的聚乙烯原料重均分子量为60万，Mw/Mn为2.4，千碳甲基数＜10，密度为0.933g/cm³。将聚乙烯原料与钛白粉、抗氧剂1076、硬脂酸锌、硬脂酸钙喂入螺杆挤出机中进行熔体挤出。钛白粉、抗氧剂1076、硬脂酸锌、硬脂酸钙的用量分别为聚乙烯质量的0.5％、0.2％、0.5％、0.5％，双螺杆从喂料段温度到出料温度145℃、160℃、180℃、190℃、200℃，转速220转/min，矩形挤出口模的厚度为0.1mm。

挤出后的原丝经过高温保温装置，在135℃进行双向拉伸后收卷，横向拉伸5倍，纵向拉伸15倍。将收卷后的扁丝或薄膜通过热甬道，在高温下再次进行单向多倍拉伸，拉伸倍数为6倍，热甬道温度为120℃。将高倍牵伸后的扁丝或薄膜在热箱中进行5％的热拉伸，拉伸温度为80℃。

将高温拉伸后的纤维进行切割和收卷，对纤维进行测试，得到拉伸强度为20.01cN/dtex、断裂伸长率为5％的高性能聚乙烯扁丝，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为0.5mm²。

实施例6

采用后过渡金属催化剂聚合得到的聚乙烯原料，所述的聚乙烯原料重均分子量为30万，Mw/Mn为2.0，千碳甲基数＜10，密度为0.95g/cm³。将聚乙烯原料与钛白粉、抗氧剂1076、氟橡胶喂入螺杆挤出机中进行熔体挤出，钛白粉、抗氧剂1076、氟橡胶的用量分别为聚乙烯质量的0.5％、0.25％与0.05％，双螺杆从喂料段温度到出料温度145℃、160℃、180℃、190℃、200℃，转速220转/min，熔体泵至机头温度为145℃-220℃，矩形挤出口模的厚度为1mm。

挤出后的原丝经过高温保温装置，在125℃进行双向拉伸后收卷，横向拉伸1倍，纵向拉伸4倍。将收卷后的扁丝或薄膜通过热甬道，在高温下再次进行单向多倍拉伸，拉伸倍数为10倍，热甬道温度为110℃。将高倍牵伸后的扁丝或薄膜在热箱中进行1％的热拉伸，拉伸温度为80℃。

将高温拉伸后的纤维进行切割和收卷，对纤维进行测试，得到拉伸强度为16.11cN/dtex、断裂伸长率为10％的高性能聚乙烯扁丝，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为3.5mm²。

实施例7

采用后过渡金属催化剂聚合得到的聚乙烯原料，所述的聚乙烯原料重均分子量为15万，Mw/Mn为2.5，千碳甲基数＜10，密度为0.942g/cm³。将聚乙烯原料与酞菁、抗氧剂1010、硬脂酸钙、钛酸酯喂入螺杆挤出机中进行熔体挤出。酞菁、抗氧剂1010、硬脂酸钙、钛酸酯的用量分别为聚乙烯质量的0.5％、0.2％、0.2％、0.2％，双螺杆从喂料段温度到出料温度分别为145℃、160℃、180℃、180℃、180℃，转速200转/min，熔体泵至机头温度为150℃-180℃，矩形挤出口模的厚度为20mm。

挤出后的原丝经过高温保温装置，在110℃进行双向拉伸后收卷，横向拉伸4倍，纵向拉伸10倍。将收卷后的扁丝或薄膜通过热甬道，在高温下再次进行单向多倍拉伸，拉伸倍数为15倍，热甬道温度为105℃。将高倍牵伸后的扁丝或薄膜在热箱中进行3％的热拉伸，拉伸温度为60℃。

将高温拉伸后的纤维进行切割和收卷，对纤维进行测试，得到拉伸强度为17.11cN/dtex、断裂伸长率为17％的高性能聚乙烯扁丝，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为2.5mm²。

对比例1

取重均分子量为40万，Mw/Mn＝13.5的聚乙烯，千碳甲基数＜10，密度0.95g/cm³，聚乙烯原料与氧化铁颜料、抗氧剂1010、硬脂酸钙喂入螺杆挤出机中进行熔体挤出，氧化铁颜料、抗氧剂1010、硬脂酸钙的用量分别为聚乙烯质量的0.2％、0.2％和0.4％，双螺杆从喂料段温度到出料温度为145℃、160℃、170℃、180℃、190℃，转速110转/min，椭圆形挤出口模的最小直径为20mm。

将挤出后的原丝经模头挤出流延制备得到薄膜铸片，将铸片经预热后在熔点以下95℃进行双向拉伸后收卷，横向拉伸5倍，纵向拉伸20倍。将收卷后的扁丝或薄膜通过热甬道，在高温下再次进行单向多倍拉伸，拉伸倍数为10倍，热甬道温度为120℃。将高倍牵伸后的扁丝或薄膜在热箱中进行5％的热拉伸，拉伸温度为70℃。将纤维进行切割和收卷，得到拉伸强度为7.5cN/dtex、断裂伸长率为8％的聚乙烯扁丝，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为2.2mm²。

对比例2

除了将挤出后的原丝经模头挤出流延制备得到薄膜铸片，铸片经预热后在熔点以下95℃进行双向拉伸后收卷，其他步骤采用与实施例3相同的方法制备聚乙烯扁丝，拉伸强度为10.39cN/dtex、断裂伸长率为9％，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为2.0mm²。

对比例3

采用分子量宽分布高密度聚乙烯原料，所述的聚乙烯原料重均分子量为40万，Mw/Mn为13.5，千碳甲基数＜10，密度为0.95g/cm³。聚乙烯原料与氧化铁颜料、抗氧剂1010、硬脂酸钙喂入螺杆挤出机中进行熔体挤出，氧化铁颜料、抗氧剂1010、硬脂酸钙的用量分别为聚乙烯质量的0.2％、0.2％和0.4％，双螺杆从喂料段温度到出料温度为145℃、160℃、170℃、180℃、190℃，转速110转/min，椭圆形挤出口模的最小直径为20mm。

挤出后的原丝经过高温保温装置，在125℃进行双向拉伸后收卷，横向拉伸5倍，纵向拉伸20倍。拉伸过程出现熔体破裂，熔融态无法进行双向拉伸。

对比例4

除了将挤出后的原丝经模头挤出流延制备得到薄膜铸片，铸片经预热后在125℃进行双向拉伸后收卷，其他步骤采用与实施例3相同的方法制备聚乙烯扁丝，拉伸强度为11.88cN/dtex、断裂伸长率为8％，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为1.8mm²。

对比例5

除了挤出后的原丝直接在口模出口温度95℃以下的条件进行双向拉伸后收卷，其他步骤采用与实施例3相同的方法制备聚乙烯扁丝，拉伸强度为9.12cN/dtex、断裂伸长率为10％，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为2.5mm²。

对比例6

选用重均分子量为150-200万的超高分子量聚乙烯粉状树脂为原料，加3％-8％(重量比)聚乙烯改性母粒，经长径比1：40螺杆熔融挤压及超倍拉伸获得高强度的聚乙烯扁丝，纤维强度为10cN/dtex-15cN/dtex，断裂伸长率低于5％。

具体生产工艺实施步骤如下：

第一步 聚乙烯改性母粒制备：

1.选用LDPE低密度聚乙烯或LLDPE线性低密度聚乙烯为原料，加(重量比)11％的POE聚烯烃弹性体、4％的PE发泡剂，以及8％的乙丙橡胶EPDM进行均匀混配；

2.将已均匀混配上述聚合物经双螺杆共混炼造粒：双螺杆各段温度分别为145℃、160℃、170℃、180℃、180℃，双螺杆转速控制在每分钟200-250转，制备成聚乙烯改性母粒。

其复配聚乙烯改性母粒具有熔点低、粘度低、润滑性、流动性好、易分散等优异功能。

第二步 超高分子量聚乙烯熔融挤出制备：

1.选用分子量为180万的超高分子量聚乙烯树脂，加5％(重量比)的已复配的聚乙烯改性母粒均匀混合；

2.将上述混合料输送入螺杆挤压熔融挤出：螺杆长径比为1：40，螺杆各段温度分别为145℃、190℃、240℃、250℃、250℃，螺杆挤出速度为200-250转/分，矩形挤出口模的厚度为10mm，挤出熔体温度控制在210℃左右，聚乙烯挤出后经过高温保温装置，在熔融状态下进行双向拉伸，横向拉伸5倍，纵向拉伸10倍，双向拉伸后经水浴冷却，水浴槽温度控制在22℃；水浴冷却后进行收卷成筒装；

3.再将已收卷成筒的薄膜进行两道单向超倍拉伸、干燥、定型、切割，最后制成成品纤维：超倍拉伸第一道用水浴拉伸，水浴温度为85℃，拉伸倍数为8倍；第二道用过热蒸气拉伸，蒸气温度为120℃，拉伸倍数为4倍；超倍拉伸后干燥，使用热风循环干燥，干燥温度为125℃，张力为1.15倍左右；再经定型，定型温度135℃，定型线速度每分钟30米；对薄膜进行切割及收卷，制成超高分子量聚乙烯成品纤维。所制成的超高分子量聚乙烯纤维的纤维强力10cN/dtex-15cN/dtex，断裂伸长率低于5％，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为1.0mm²。

对比例7

取重均分子量为15万，Mw/Mn为5.1的聚乙烯，由最小直径为1mm的椭圆形出丝孔270℃下挤出。挤出的聚乙烯经过高温保温，在熔融状态下进行双倍拉伸，横向拉伸2倍，纵向拉伸4倍，之后以20℃淬火冷却，收卷。

对聚乙烯薄膜进行单向多倍拉伸，拉伸温度为100℃，拉伸倍数为7倍。高倍牵伸的薄膜在热箱中进行1％的热拉伸，拉伸温度为40℃，切割及收卷，得到聚乙烯纤维强度为9.5cN/dtex，断裂伸长率5％，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为2.5mm²。

对比例8

取重均分子量30万且重均分子量与数均分子量之比为4.5的高密度聚乙烯，添加抗氧剂进行熔融挤出，螺杆挤出段温度为230℃，挤出机头温度为290℃，挤出口模为矩形出丝孔，厚度为1mm，挤出后无法直接进行双向拉伸。通过水冷将高温扁丝冷却后收卷再次进行双向拉伸，横向拉伸2倍，纵向拉伸6倍，切割及收卷，所得纤维拉伸强度为7cN/dtex，扁丝作为缝合线纤维基体在1mm单位长度下接触面积为1.5mm²。

对比例9：

与实施例3相比，绝大部分都相同，除了将高倍牵伸后的扁丝或薄膜在热箱中在80℃下进行10％的热拉伸，出现破膜现象。

表1

实施例3与对比例2、对比例4结果表明，对于单活性中心聚乙烯扁丝的制备，相比于挤出的原丝冷却后加热至熔点以下或部分熔融的温度进行双向拉伸，挤出的原丝经保温直接在高于熔融温度条件下双向拉伸避免了分子链的双向取向、同时提供了较低的缠结程度，后经单向拉伸后制得的扁丝获得了较好的性能。实施例3与对比例5结果表明，对于单活性中心聚乙烯扁丝的制备，挤出的原丝未经保温直接在95℃以下冷却拉伸，导致制得扁丝性能较差，这同样由于拉伸时发生了分子链的双向取向、同时处于较高的分子链缠结程度，且拉伸温度不均匀引起扁丝表面破裂，最终影响性能。实施例3与对比例3结果表明，分子量宽分布高密度聚乙烯原料由于熔体黏度较低，挤出的原丝在熔点以上拉伸出现熔体破裂，因此无法在熔点以上进行双向拉伸。分子量宽分布高密度聚乙烯扁丝的制备采用对比例1中的方法，将原丝冷却后加热至熔点以下进行双向拉伸，此温度下其熔体黏度可以满足双向拉伸，未发生熔体破裂，但最终制得的扁丝性能不高。

由上表可知，本方法采用重均分子量为10万-60万、密度高于0.93g/cm³、单活性中心催化剂聚合得到的聚乙烯原料，通过熔融挤出的工艺，制得高性能聚乙烯扁丝产品，可应用于医用缝合线等领域，力学性能上满足高强医用缝合线等领域所用纤维基体要求。且力学性能明显优于对比例中分子量宽分布聚乙烯原料和超高分子量聚乙烯/低分子量聚乙烯共混原料制得的聚乙烯扁丝产品，采用高温保温装置进一步提升了扁丝产品的力学性能。同时在成本、工艺复杂程度以及环保方面都远优于使用溶液溶解及目前的熔融挤出的方法制备的高强医用缝合线等领域所用纤维基体。另外，高性能聚乙烯扁丝作为缝合线纤维基体，其接触面积与编织型扁平医用缝合线接触面积相当，接触面积大、且可以不经编织制备扁平形医用缝合线，相比编织制备的医用缝合线具有表面光滑的优势。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高性能聚乙烯扁丝产品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)取聚乙烯原料与色粉、加工助剂的混合物料送入螺杆挤出机中高温挤出聚乙烯未拉伸原丝；

(2)将聚乙烯未拉伸原丝进行高温保温，并在熔融态进行双向拉伸；

(3)将步骤(2)中经双向拉伸后的原丝通过热甬道进行二次单向多倍拉伸；

(4)将经二次单向多倍拉伸后的原丝进行热拉伸，最后进行切割收卷，即得到高性能聚乙烯扁丝产品。

2.根据权利要求1所述的一种高性能聚乙烯扁丝产品的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，高温挤出过程中，螺杆挤出机的挤出段的温度为145～200℃，熔体泵至机头的温度为145～220℃。

3.根据权利要求1所述的一种高性能聚乙烯扁丝产品的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，高温保温控制在60-150℃，且双向拉伸过程中，横向拉伸倍率为1-5倍，纵向拉伸倍数为4-20倍。

4.根据权利要求1所述的一种高性能聚乙烯扁丝产品的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，二次单向多倍拉伸的倍数为5～25倍。

5.根据权利要求1所述的一种高性能聚乙烯扁丝产品的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，二次单向多倍拉伸时热甬道的温度为60～130℃。

6.根据权利要求1所述的一种高性能聚乙烯扁丝产品的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，热拉伸的温度为40-80℃，幅度为1％～5％。

7.根据权利要求1所述的一种高性能聚乙烯扁丝产品的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的聚乙烯原料采用单活性中心催化剂聚合得到，其重均分子量10-60万，重均分子量与数均分子量之比Mw/Mn＜3.0，千碳甲基数＜10，密度>0.93g/cm³。

8.根据权利要求1所述的一种高性能聚乙烯扁丝产品的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，螺杆挤出机的机头口模为矩形出丝孔或椭圆形出丝孔，其中，矩形出丝孔的厚度为0.1mm-20mm，椭圆形出丝孔的最小直径为1-30mm。

9.一种高性能聚乙烯扁丝产品，其采用如权利要求1-8任一所述的制备方法制备得到，其特征在于，该聚乙烯扁丝产品的拉伸强度大于15cN/dtex，断裂伸长率达5％以上。

10.如权利要求9所述的一种高性能聚乙烯扁丝产品的应用，其特征在于，该聚乙烯扁丝产品用于制备医用缝合线。