CN116024678A - 一种高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法及其制得的纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，制备方法为将高分子量聚乙烯原料通过带有低剪切高输送模块的螺杆挤出机熔融输送，再进入纺丝组件，利用可以使聚乙烯熔体大分子取向和熔体弹性势能释放的组合式喷丝板，挤出成丝得到初生纤维，随后对初生纤维进行多级拉伸和热定型制得成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。该方法满足产业化需求，污染小效率高，制得的纤维的接触凉感Qmax为0.4W/cm2以上；纤维断裂强度为10cN/dtex以上，弹性模量为400cN/dtex以上，断裂伸长率为6%以下。所述聚乙烯纤维生产加工性能良好，具有高凉感高强高模的品质，可用于纺织品、产业资材、军工等领域。
Description
技术领域
本发明属于纤维制造技术领域，涉及一种高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法及其制得的纤维。
背景技术
高强高模聚乙烯纤维，多用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制成，它的耐疲劳、耐化学腐蚀性能和抗拉强度性能优良，是世界上继碳纤维、芳纶纤维之后出现的第三代高强、高模、高性能特种纤维，高强高模聚乙烯纤维具有稳定性好．耐磨擦，耐切割．耐化学腐蚀，高结晶度等优良特性，广泛应用于纺织品、产业资材、军工等领域。
现有的国际通常的生产高强高模聚乙烯纤维的方法多为冻胶纺丝，包括干法路线(主要以十氢萘为溶剂)和湿法路线(主要以白油为溶剂)工艺，两种工艺都需溶剂将超高分子量聚乙烯树脂均匀溶解，然后纺丝挤出，再将溶剂脱除，制备高强高模聚乙烯纤维。生产流程长，工艺复杂，能耗高，对环境有一定程度的污染。同时，该方法制得的高强高模聚乙烯纤维表面有孔隙，同时纤维弹性势能释放较低，解缠和结晶度不够，导致纤维的接触凉感不高。
现在也逐渐有更多人开始探索利用熔融纺丝法制备高强高模聚乙烯纤维。熔融纺丝法流程短，无污染，成本低。但是对于超高分子量聚乙烯而言，单纯的熔融纺丝法在制造过程中，粘度超高，分子链大量缠结，使得在熔点以上无粘流态，而是呈现高弹态，可纺性较差。现有国内尚无产业化的融纺纺丝制备高强高模聚乙烯纤维的路径。且制得的纤维接触凉感不高。
中国专利CN 114502784 A公开了聚乙烯纱线、制造该聚乙烯纱线的方法和包括该聚乙烯纱线的皮肤凉感织物。利用重均分子量(Mw)为50 ,000g/mol至99 ,000g/mol的高分子量聚乙烯熔融纺丝制得的织物，纤维的接触凉感Qmax仅为0.1 ~0.2W/cm2，不满足高接触凉感。
常规提高聚乙烯纤维凉感的途经多为聚合物中添加凉感物质，如玉石粉等。中国专利CN 111172619 A公开了一种纤维及其制备方法、用途和纺织品。利用玉石粉末、金刚砂粉末、双级石粉末或硬质碳酸盐粉末添加改性聚乙烯的途经，达到接触凉感Qmax0.5~0.6W/cm2，但是添加量改性异物，易造成纺丝性能下降和强度下降的问题。
中国专利CN109853069A公开了一种超高分子量聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法，该方法在聚合时添加了一定量的溶剂油，以降低超高分子聚乙烯的熔融黏度，以达到促进大分子链解缠结和取向的作用。该方法虽然一定程度上降低了大分子缠结，但是在原料中引入了异物（溶剂油），易造成螺杆打滑和纺丝压力上升，不具备量产性。
日本PCT专利CN1646739A公开了聚乙烯纤维及其制造方法，该方法使用了重均分子量30万以下的聚乙烯，重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）在4以下，同时聚乙烯分子主链上每1000个碳含有0.01~3个支链，通过引入支链段的形式降低超高分子量聚乙烯的链段的柔软性，增加可纺性。但是支链的引入会导致分子链段结晶度难以提高，使得强度降低。同时分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）在4以下时，分子量分布集中，易导致熔融纺丝时解缠难度高，组件压力高，可纺性下降。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，以不添加凉感物质的形式获得高凉感高强高模聚乙烯纤维， 同时解决高强高模聚乙烯纤维无法规模化熔融纺丝的问题，有别于常规冻胶纺丝生产的纤维，该纤维具有高凉感特性，可用于纺织品、产业资材、军工等领域。
本发明的技术解决方案是：
一种高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：将高分子量聚乙烯原料通过低剪切高输送的螺杆挤出机熔融输送，再进入具有组合式喷丝板的纺丝组件；利用可以使聚乙烯熔体大分子取向和熔体弹性势能释放的组合式喷丝板，挤出成丝得到初生纤维；对初生纤维进行多级拉伸和热定型制得成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
所述的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，其进一步设计在于：所述高分子量聚乙烯的特性粘度为3.5~10dl/g，重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）为5~10。
所述的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，其进一步设计在于：所述螺杆挤出机连接输出扭矩等级达到11T/A3以上的高扭矩输出的重载齿轮箱；并且螺杆挤出机具有输送元件、混合元件、剪切元件，其中输送元件与混合元件的数量之和在剪切元件数量的5倍以上；从而实现所述的低剪切高输送特性，在确保喷丝顺利的情况下尽可能不破坏高分子量聚乙烯的分子结构。
所述的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，其进一步设计在于：所述组合式喷丝板的结构为自外向内依次贴合的喷丝板、第一导流板和第二导流板；其中，喷丝板具有长径比5~15，孔径0.5mm以下的喷丝孔；第一导流板具有长径比10~5，孔径1.0mm以下且大于底层喷丝孔孔径的第一导流孔；第二导流板含有长径比8~3，孔径1.3mm以下，且孔径比大于第一导流孔的第二导流孔。
所述的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，其进一步设计在于：初生纤维多级拉伸工艺为，一级拉伸为冷拉伸，在温度40℃以下，拉伸2~4倍；二级拉伸为热拉伸，在温度110~140℃时，拉伸2~10倍；三级拉伸为热定型工艺，在110~140℃时，拉伸0.9~1.1倍。
一种高凉感高强高模聚乙烯纤维，由前述高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法制得，所述高凉感高强高模聚乙烯纤维的接触凉感Qmax为0.4W/cm2以上；纤维断裂强度为10cN/dtex以上，弹性模量为400cN/dtex以上，断裂伸长率为6%以下；纤维特性粘度为1.5~10dl。
本发明的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，实现了熔融纺丝制备高凉感高强高模聚乙烯纤维的产业化，同时本发明的聚乙烯纤维有别于常规高强高模聚乙烯纤维，在不添加凉感无机物的前提下达成了高凉感的效果，可应用与纺织品、产业资材、军工等领域；具体而言，利用特性粘度为3.5~10dl/g，重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）为5~10的高分子量聚乙烯作为原料，配合以低剪切高输送的螺杆挤出机和组合式喷丝板，其中较短的大分子链聚合物大分子网络中起到了润滑剂的作用，可以提高物料在高温下的流动性，降低了解缠难度以及组件压力，从而提高可纺性，避免了额外添加润滑剂形成的杂质，避免了为了获取流动性而过度提高温度导致的物料降解，使得本发明具有了大规模生产的可能性。
附图说明
图1是本发明15个实施例数据图表。
图2是15个对比例数据图表。
图3是本发明制得的高凉感高强高模聚乙烯纤维表面和截面照片。
图4是用湿法纺丝制得的高强高模聚乙烯纤维表面和截面照片。
具体实施方式
本发明所述的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，是使用熔融纺丝的方法，将聚乙烯原料通过带有低剪切高输送模块的螺杆挤出机熔融输送，再进入纺丝组件，利用可以使聚乙烯熔体取向和弹性势能释放的组合式喷丝板，挤出成丝得到初生纤维；将初生纤维进行多级拉伸和热定型后得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
使用熔融纺丝方法，区别于传统的湿法和干法纺丝，纺丝效率高、污染小、产品性能稳定，在不添加凉感无机物质的前提下，获得的产品表面光洁无孔隙，接触凉感高。
本发明所述的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，聚乙烯的特性粘度为3.5~10dl/g，重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）为5~10。聚乙烯特性在上述范围内，可以满足熔融纺丝的基本要求的同时，保持聚乙烯纤维高强高模的特性。其中特性组合优选为，特性粘度较低时，重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）较低；而特性粘度较高时，重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）较高。如此可保持高强高模特性的同时，维持熔融纺丝的可纺性。原料特性粘度较低时，成品较难获得高强高模性能；原料特性粘度过高时，纺丝时挤出困难，无法通过熔融纺丝方法实现。重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）小于5时，分子量分布集中，在熔融纺丝时粘度较大应力集中，熔融挤出困难，无法通过熔融纺丝方法实现；重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）大于10时，分子量分布太宽，易导致纤维强度下降和可纺性下降。
通过带有低剪切高输送模块的螺杆挤出机熔融输送，使用齿轮箱输出扭矩等级达到11 T/A3以上的高扭矩输出的重载齿轮箱，有利于超高分子量聚乙烯熔体在螺杆中，实现低剪切转速下的高输送性能。当齿轮箱输出扭矩等级小于11 T/A3时，需要高转速高剪切才能完成熔体输送，会导致螺杆压力过高和熔体分子链断裂，降低可纺性，也会使纤维强度下降。
螺杆组合中，螺纹元件包含输送元件、混合元件、剪切元件，本发明中输送元件主要指含有低导程、中导程和高导程的螺纹元件，混合元件指齿形元件(包括直齿和斜齿)，剪切元件指啮合块。其中输送元件加混合元件的数量之和在剪切元件数量的5倍以上，以保持高效混合输送的同时，实现低剪切。输送元件加混合元件的数量之和小于剪切元件数量的5倍时，剪切力过高，易使得螺杆压力过高和熔体分子链断裂，降低可纺性，也会使纤维强度下降。
本发明所述的组合式喷丝板的结构为所述组合式喷丝板的结构为自外向内依次贴合的喷丝板、第一导流板和第二导流板；其中，喷丝板具有长径比5~15，孔径0.5mm以下的喷丝孔；第一导流板具有长径比10~5，孔径1.0mm以下且大于底层喷丝孔孔径的第一导流孔；第二导流板含有长径比8~3，孔径1.3mm以下，且孔径比大于第一导流孔的第二导流孔。
喷丝孔、第一导流孔、第二导流孔一一对应，并且逐渐变粗的形式，有利于在熔体分子解缠并高度取向的同时，弹性势能充分释放，获得稳定的取向结构，以提高纤维的导热系数和接触凉感，并且有效控制聚乙烯纤维成型后的蠕变，同时维持较低的纺丝压力，维持纺丝的可持续性。常规熔融纺丝单组份喷丝板为1层结构，超高分子量聚乙烯纺丝时，由于分子量较高不易解缠，通常设置成高长径比（L/D大于20）喷丝孔的喷丝板，该类喷丝板能一定程度实现聚乙烯分子解缠，减小纤维成型后的蠕变，但纤维分子链解缠不够，接触凉感不高，同时由于高长径比，易造成纺丝压力极高，影响纺丝的可持续性。喷丝板组合超过3层时，易造成喷丝板漏浆，影响可纺性。
最底层喷丝板含有长径比5~15，孔径0.5mm以下的喷丝孔，有利于熔体纺丝成型，同时维持较低的纺丝压力。长径比小于5时，不利于熔体聚乙烯弹性势能释放，分子解缠，降低纤维的接触凉感，也会导致聚乙烯纤维蠕变较高。长径比大于15时，组件压力较高，影响纺丝持续性。孔径大于0.5mm时，喷丝孔较粗不利于纤维成型，易造成断丝，可纺性降低。
由下往上第一导流板含有长径比10~5，孔径1.0mm以下的第一导流孔，第二导流板含有长径比8~3，孔径1.3mm以下的第二导流孔。有利于在熔体分子链段充分取向的同时，弹性势能充分释放，聚乙烯分子解缠，同时维持较低的纺丝压力，维持纺丝的可持续性。第一导流板的第一导流孔长径比大于10时，组件压力较高，影响纺丝持续性；长径比小于5时，不利于熔体聚乙烯分子解缠，降低纤维的接触凉感。第一导流板的第一导流孔孔径小于喷丝孔孔径时，组件压力较高，影响纺丝持续性；第一导流板导流孔孔径大于1.0mm时，孔径较粗，无法实现弹性势能释放和聚乙烯分子解缠，降低纤维的接触凉感。第二导流板的第二导流孔孔径小于第一导流孔孔径时，组件压力较高，影响纺丝持续性，且第二导流孔失去了降低组件压力的设计意义，仅使用第一导流孔即可实现；第二导流孔孔径大于1.3mm时，孔径较粗，无法实现弹性势能释放和聚乙烯分子解缠，降低纤维的接触凉感。
所述的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，初生纤维多级拉伸工艺为，一级拉伸为冷拉伸，在温度40℃以下，拉伸2~4倍；二级拉伸为热拉伸，在温度110~140℃时，拉伸2~10倍；三级拉伸为热定型工艺，在110~140℃时，拉伸0.9~1.1倍。该工艺下，聚乙烯熔体在喷丝板内高度取向和解缠后，骤冷成丝，并能很好的进行拉伸取向和结晶，实现高强高模。一级拉伸温度高于40℃时，解缠和取向的大分子链段容易发生解取向，降低纤维强度；一级拉伸倍率低于2倍时，无法在一级拉伸时进行高度拉伸取向，会降低纤维强度和模量；一级拉伸倍率高于4倍时，容易造成断丝，降低纤维成品率。二级拉伸温度低于110℃时，纤维无法高度拉伸取向和结晶，降低纤维强度和模量；二级拉伸温度高于140℃时，易造成纤维部分融化，降低纤维强度和品质。二级拉伸倍率低于2倍时，纤维无法高度拉伸取向和结晶，降低纤维强度和模量；二级拉伸倍率高于10倍时，容易造成断丝，降低纤维成品率。三级拉伸温度低于110℃时，无法实现高度定型，纤维的热收缩率和蠕变较高；三级拉伸温度高于140℃时，易造成纤维无热收缩率，后加工处理造成困难。三级拉伸倍率低于0.9倍时，纤维松弛过多，影响拉伸加工性；三级拉伸倍率高于1.1倍时，容易造成断丝，降低纤维成品率。
本发明的高凉感高强高模聚乙烯纤维，接触凉感Qmax在0.4W/cm2以上，利用高导热特性，实现较高的接触凉感，可以在高凉感纺织品、产业资材实现应用。如接触凉感小于0.4W/cm2，则普通的湿法纺丝就可以实现，但无法实现高凉感的特性。纤维的断裂强度为10cN/dtex以上，弹性模量为400cN/dtex以上，断裂伸长率为6%以下，满足高强高模的特性，实现抗拉强度和高性能等特性。断裂强度小于10cN/dtex，则无法实现高强度；弹性模量小于400cN/dtex，则无法实现高模量；断裂伸长率大于6%，则难以获得较高的结晶取向，难以实现高强高模。
本发明关于高凉感达成方法作以下说明：上述利用熔融纺丝，有别于干法和湿法纺丝，不添加凉感无机物的前提下，提高熔融纺丝可纺性，制得的纤维取向度高，表面无孔隙，有利于提高接触凉感。同时，利用低剪切高输送的螺杆和组合式喷丝板，使得分子链有序排列，弹性势能释放，降低了分子链缠结，提高可纺性的同时增大了导热系数，从而增大了接触凉感。
下面将列举实施例来对本发明的纤维及其制备方法做具体说明。
在实施例和比较例中进行下述评价：
（1）特性粘度
参考GB/T 10247-2008标准，使用杭州卓祥产全自动乌氏粘度仪IV3400X测试特性粘度，单位为dl/g。
（2）重均分子量
参考GB/T 36214.4-2018标准，使用安捷伦1260 Infinity II 多检测器 GPC/SEC系统，利用高温凝胶色谱法测定重均分子量。
（3）数均分子量
参考GB/T 36214.4-2018标准，使用安捷伦1260 Infinity II 多检测器 GPC/SEC系统，利用高温凝胶色谱法测定重均分子量。
（4）纤维断裂强度、断裂伸长率和纤维弹性模量
使用インテック社制拉伸试验机“Tensilon”，在试料长20cm、拉伸速度100％/min的条件下测定应力-变形曲线。读取破断时的负荷，将该负荷除以初始纤度，从而计算出断裂强度，读取破断时的变形，将其除以试料长，将所得的值乘以100倍，算出破断伸长率。同时利用应力-变形曲线，再通过利用纤维密度和纤度计算杨氏模量。这些所有的值，都是将该操作用同一标准反复进行5次，求出所得到的结果的简单平均值，断裂强度是将小数点后第2位四舍五入而得的值，断裂伸长率是将小数点以后四舍五入而得的值。从赋予应力-变形曲线原点附近的最大梯度的切线，计算纤维弹性模量。
（5）纤维接触凉感
参考GB/T 35263-2017标准，使用KES-QM接触凉感测试仪，将纤维制作成机织物试片，测试接触凉感Qmax，单位为W/cm2。
（6）纤维表面和截面观察
纤维用环氧树脂包埋，在Reichert社制Cryosectioning SystemModel FC•4E中冻结，用具有金刚石刀的Reichert-Nissei ultracut N(ウルトラミクロトーム)切削，然后将该切削面用(株)日立制作所制透射电子显微镜(TEM)H-7100FA，选择合适倍率进行观察拍照。
下面基于实施方式来对本发明进行具体说明。
实施例1
使用熔融纺丝的方法，使用特性粘度为5.5dl/g、重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）为7.5的超高分子量聚乙烯原料，投入螺杆挤出机，该螺杆挤出机使用齿轮箱扭矩等级为12的重载齿轮箱，螺杆螺纹元件为螺杆输送元件加混合元件的数量之和与剪切元件数量的比值是7，在150℃~250℃的温度下进行熔融输送。再进入260℃的纺丝箱体，其中喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，最底层喷丝板含有长径比10、孔径0.4mm的喷丝孔，由下往上第一导流板含有长径比7、孔径0.8mm的导流孔，第三层导流板含有长径比5，孔径1.15mm的导流孔。经喷丝板吐出后冷却卷绕得到初生纤维，该工艺下纺丝组件压力为18MPa，连续运转24h压力上升0.2MPa，满足持续熔融纺丝的条件。
上述初生纤维经过多级拉伸：一级拉伸为冷拉伸，在温度40℃以下，拉伸3倍；二级拉伸为热拉伸，在温度130℃时，拉伸8倍；三级拉伸为热定型工艺，在110℃时，拉伸1.0倍，得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。实施例1得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维的力学特性，断裂强度达到18cN/dtex，弹性模量达到700cN/dtex，断裂伸长率为4.8%，满足高强高模的特征。
如图3所示，由实施例1得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维表面致密，无孔隙。将由实施例1得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，测试接触凉感Qmax为0.51W/cm2，具有较高的接触凉感，这是常规湿法或干法纺丝、以及普通熔融纺丝所达不到的。结果数据如图1所示。
实施例2
使用特性为3.5dl/g、重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）为5.0的超高分子量聚乙烯原料，其他全部按照实施例1的方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
实施例2得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。
将由实施例2得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，测试接触凉感Qmax为0.47W/cm2，具有较高的接触凉感，这是常规湿法或干法纺丝、以及普通熔融纺丝所达不到的。结果如图1所示。
实施例3
使用特性为10dl/g、重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）为10的超高分子量聚乙烯原料，其他全部按照实施例1的方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
实施例3得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。
将由实施例3得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，测试接触凉感Qmax为0.42W/cm2，具有较高的接触凉感，这是常规湿法或干法纺丝、以及普通熔融纺丝所达不到的。结果如图1所示。
实施例4
螺杆挤出机使用齿轮箱扭矩等级为11的重载齿轮箱，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
实施例4得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。
将由实施例4得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，测试接触凉感Qmax为0.48W/cm2，具有较高的接触凉感，这是常规湿法或干法纺丝、以及普通熔融纺丝所达不到的。结果如图1所示。
实施例5
螺杆挤出机使用的螺纹元件为螺杆输送元件加混合元件的数量之和与剪切元件数量的比值是7，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
实施例5得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。
将由实施例5得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，测试接触凉感Qmax为0.47W/cm2，具有较高的接触凉感，这是常规湿法或干法纺丝、以及普通熔融纺丝所达不到的。结果如图1所示。
实施例6
纺丝箱体中的喷丝板规格为2层组合式喷丝板，其中，最底层喷丝板含有长径比14、孔径0.4mm的喷丝孔，由下往上第一导流板含有长径比9、孔径0.8的导流孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
实施例6得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。
将由实施例6得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，测试接触凉感Qmax为0.46W/cm2，具有较高的接触凉感，这是常规湿法或干法纺丝、以及普通熔融纺丝所达不到的。结果如图1所示。
实施例7和8
纺丝箱体中的喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，最底层喷丝板为含有长径比15（实施例7）或10（实施例8）、孔径0.4mm的喷丝孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
实施例7和8得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。
将由实施例7和8得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，具有较高的接触凉感，这是常规湿法或干法纺丝、以及普通熔融纺丝所达不到的。结果如图2所示。
实施例9
纺丝箱体中的喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，最底层喷丝板为含有长径比10、孔径0.5mm的喷丝孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
实施例9得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。
将由实施例9得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，具有较高的接触凉感，这是常规湿法或干法纺丝、以及普通熔融纺丝所达不到的。结果如图1所示。
实施例10和11
纺丝箱体中的喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，由下往上第一导流板含有长径比10（实施例10）或5（实施例11）、孔径0.8mm的导流孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
实施例10和11得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。
将由实施例10和11得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，具有较高的接触凉感，这是常规湿法或干法纺丝、以及普通熔融纺丝所达不到的。结果如图1所示。
实施例12
纺丝箱体中的喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，由下往上第一导流板含有长径比7、孔径1.0mm的导流孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
实施例12得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。
将由实施例12得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，具有较高的接触凉感，这是常规湿法或干法纺丝、以及普通熔融纺丝所达不到的。结果如图1所示。
实施例13和14
纺丝箱体中的喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，由下往上第三层导流板含有长径比8（实施例13）或3（实施例14）、孔径1.15mm的导流孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
实施例13和14得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。
将由实施例13和14得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，具有较高的接触凉感，这是常规湿法或干法纺丝、以及普通熔融纺丝所达不到的。结果如图1所示。
实施例15
纺丝箱体中的喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，由下往上第三层导流板含有长径比5、孔径1.3mm的导流孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
实施例15得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。
将由实施例15得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，具有较高的接触凉感，这是常规湿法或干法纺丝、以及普通熔融纺丝所达不到的。结果如图1所示。
比较例1
使用湿法纺丝的方法，使用特性粘度为5.5dl/g、重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）为7.5的超高分子量聚乙烯原料，溶于有机溶剂中，经螺杆挤出、过滤器过滤后通过喷丝板挤出成丝，经水浴冷却、拉伸、烘干后获得高强高模聚乙烯纤维。
比较例1得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维，如图4所示表面观察有孔隙，制成的机织物试片，具有较低的接触凉感，应用范围较窄。
比较例2
使用特性为2.0dl/g、重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）为4.5的超高分子量聚乙烯原料，其他全部按照实施例1的方法得到成品聚乙烯纤维。比较例2得到的聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较低。结果如图2所示。
比较例3
使用特性为10.5dl/g、重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）为10.5的超高分子量聚乙烯原料，其他全部按照实施例1的方法得到成品聚乙烯纤维。比较例3得到的聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较低，且可纺性较差，断丝较多，连续生产性差。结果如图2所示。
比较例4
螺杆挤出机使用齿轮箱扭矩等级为10的重载齿轮箱，其他全部按照实施例1的原料和方法，发现螺杆挤出困难，无法连续挤出，可纺性较差。
比较例5
螺杆挤出机使用的螺纹元件为螺杆输送元件加混合元件的数量之和与剪切元件数量的比值是4，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品聚乙烯纤维。
比较例5得到的聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较低。结果如图2所示。
比较例6
纺丝箱体中的喷丝板规格为1层组合式喷丝板，其中喷丝板含有长径比20、孔径0.4mm的喷丝孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
比较例6得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。但是由于长径比较大，纺丝组件压力极高，且上升较快，无法连续24h生产，纺丝性较差。
比较例7和8
纺丝箱体中的喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，最底层喷丝板为含有长径比16（比较例7）或4（比较例8）、孔径0.4mm的喷丝孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
比较例7得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。但是由于长径比较大，纺丝组件压力极高，且上升较快，无法连续24h生产，纺丝性较差。
比较例8得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。但是将由实施例8得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，接触凉感较低，应用范围较窄。结果如图2所示。
比较例9
纺丝箱体中的喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，最底层喷丝板为含有长径比10、孔径0.6mm的喷丝孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品聚乙烯纤维。
比较例9因喷丝孔孔径较大，不利于纤维成型，断丝较多，可纺性较差。得到的聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较低。结果如图2所示。
比较例10和11
纺丝箱体中的喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，由下往上第一导流板含有长径比11（比较例10）或4（比较例11）、孔径0.8mm的导流孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
比较例10得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。但是由于长径比较大，纺丝组件压力极高，且上升较快，无法连续24h生产，纺丝性较差。
比较例11得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。但是将由比较例11得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，接触凉感较低，应用范围较窄。
比较例12
纺丝箱体中的喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，由下往上第一导流板含有长径比7、孔径1.1mm的导流孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
比较例12得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。但是将由比较例12得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，接触凉感较低，应用范围较窄。结果如图2所示。
比较例13和14
纺丝箱体中的喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，由下往上第三层导流板含有长径比9（实施例13）或2（实施例14）、孔径1.15mm的导流孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
比较例13得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。但是由于长径比较大，纺丝组件压力极高，且上升较快，无法连续24h生产，纺丝性较差。
比较例14得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。但是将由比较例14得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，接触凉感较低，应用范围较窄。结果如图2所示。
比较例15
纺丝箱体中的喷丝板规格为3层组合式喷丝板，其中，由下往上第三层导流板含有长径比5、孔径1.4mm的导流孔，其他全部按照实施例1的原料和方法得到成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
比较例15得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维断裂强度和弹性模量较高，满足高强高模的特征。但是将由比较例15得到的高凉感高强高模聚乙烯纤维制成的机织物试片，接触凉感较低，应用范围较窄。结果如图2所示。
Claims (6)
1.一种高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，其特征是包括如下步骤：将高分子量聚乙烯原料通过低剪切高输送的螺杆挤出机熔融输送，再进入具有组合式喷丝板的纺丝组件；利用可以使聚乙烯熔体大分子取向和熔体弹性势能释放的组合式喷丝板，挤出成丝得到初生纤维；对初生纤维进行多级拉伸和热定型制得成品高凉感高强高模聚乙烯纤维。
2.根据权利要求项1所述的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，其特征是：所述高分子量聚乙烯的特性粘度为3.5~10dl/g，重均分子量和数均分子量比值（Mw/Mn）为5~10。
3.根据权利要求项1所述的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，其特征是：所述螺杆挤出机连接输出扭矩等级达到11T/A3以上的高扭矩输出的重载齿轮箱；并且螺杆挤出机具有输送元件、混合元件、剪切元件，其中输送元件与混合元件的数量之和在剪切元件数量的5倍以上；从而实现所述的低剪切高输送特性，在确保喷丝顺利的情况下尽可能不破坏高分子量聚乙烯的分子结构。
4.根据权利要求项1所述的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，其特征是：所述组合式喷丝板的结构为自外向内依次贴合的喷丝板、第一导流板和第二导流板；其中，喷丝板具有长径比5~15，孔径0.5mm以下的喷丝孔；第一导流板具有长径比10~5，孔径1.0mm以下且大于底层喷丝孔孔径的第一导流孔；第二导流板含有长径比8~3，孔径1.3mm以下，且孔径比大于第一导流孔的第二导流孔。
5.根据权利要求项1所述的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法，其特征是：初生纤维多级拉伸工艺为，一级拉伸为冷拉伸，在温度40℃以下，拉伸2~4倍；二级拉伸为热拉伸，在温度110~140℃时，拉伸2~10倍；三级拉伸为热定型工艺，在110~140℃时，拉伸0.9~1.1倍。
6.一种高凉感高强高模聚乙烯纤维，由其特征是：由权利要求项1-5任一项所述的高凉感高强高模聚乙烯纤维的制备方法制得，所述高凉感高强高模聚乙烯纤维的接触凉感Qmax为0.4W/cm2以上；纤维断裂强度为10cN/dtex以上，弹性模量为400cN/dtex以上，断裂伸长率为6%以下；纤维特性粘度为1.5~10dl。
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