CN116837477A - 耐切割聚乙烯纱线、其制造方法及使用其制造的防护物品 - Google Patents

耐切割聚乙烯纱线、其制造方法及使用其制造的防护物品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种能够制造具有高耐切割性并且能够提供优异穿着感的防护物品的聚乙烯纱线、其制造方法及使用其制造的防护物品。本发明的聚乙烯纱线尽管通过熔融纺丝制造但仍具有高强度，从而能够制造具有高耐切割指数的防护物品。另外，本发明的聚乙烯纱线具有低初始模量和高伸长率，因此能够生产具有优异穿着感的防护物品。

Description

耐切割聚乙烯纱线、其制造方法及使用其制造的防护物品
本案是分案申请，其母案为申请日为2020年3月20日、发明名称为“耐切割聚乙烯纱线、其制造方法及使用其制造的防护物品”、申请号为202080022462.7的申请。
技术领域
本发明涉及一种耐切割聚乙烯纱线、其制造方法及使用其制造的防护物品，更具体地，涉及一种可以制造能够具有高耐切割性的同时提供优异的穿着性防护物品的聚乙烯纱线、其制造方法及使用其制造的防护物品。
背景技术
从事保安领域的人员，例如警察和军人、以及在其他各种产业领域中操作锋利的切割工具的人员，总是暴露于受伤的风险。应提供诸如手套或衣服等的防护物品，以将受伤的风险最小化。
为了适当地保护人体免受武器或锋利的切割工具(例如刀)的伤害，防护物品需要具有耐切割性。
为了给防护物品提供高耐切割性，高强度的聚乙烯纱线用于制造这些防护物品。例如，高强度聚乙烯纱线单独用于制造织物，或者高强聚乙烯纱线和其他类型的纱线(多个)可以一起使用以形成合股纱，然后合股纱可以用于制造织物。
已知作为一种高强度聚乙烯纱线类型的超高分子量聚乙烯(以下称为“UHMWPE”)一般是由重均分子量为600,000g/mol以上的线型聚乙烯形成的纱线，并且由于UHMWPE的高熔体粘度(meltviscosity)，其只能通过凝胶纺丝法制造。例如，可以在催化剂的存在下在有机溶剂中使乙烯聚合以制备UHMWPE溶液，溶液被纺丝并冷却以形成纤维形式的凝胶，并且纤维形式的凝胶可以被拉伸以获得高强度和高模量的聚乙烯纱线。然而，由于这种凝胶纺丝方法需要使用有机溶剂，因此，不仅造成环境问题，而且还需要巨大的成本来回收有机溶剂。
通常，由于作为重均分子量为20,000至600,000g/mol的线性聚乙烯的高密度聚乙烯相比于UHMWPE具有相对较低的熔体粘度，因此它是可熔融纺丝的，因此，能够克服凝胶纺丝法中无法避免的环境问题和高成本问题。然而，由于与UHMWPE相比其分子量相对较低，因此高密度聚乙烯纱线的强度不可避免地低于UHMWPE纱线的强度。
因此，为了提高高密度聚乙烯纱线的强度，进行了不断的尝试，因此，即使使用通过熔融纺丝制造的聚乙烯纱线，也可以制造具有令人满意的耐切割性的防护物品。
然而，尽管仅强调强度的提高而开发的高密度聚乙烯纱线能够为防护物品提供令人满意的耐切割性，但会导致穿着性(wearability)变差的严重问题。换句话说，由聚乙烯纱线制成的防护手套或衣服变得过硬，这阻碍了穿戴者的运动(例如，在手套的情况下手指的运动)并且降低了工作效率。这种不良的穿着性导致逃避穿戴防护物品并且增加受伤的风险。
发明内容
技术问题
本发明涉及一种耐切割聚乙烯纱线、其制造方法以及使用其制造的防护物品，该耐切割聚乙烯纱线能够防止由现有技术的局限性和缺点导致的问题。
本发明的一个方面是提供一种聚乙烯纱线，其可以制造能够具有高耐切割性的同时提供优异穿着性的防护物品。
本发明的又一方面是提供一种聚乙烯纱线的制造方法，该方法可以制造能够具有高耐切割性的同时提供优异穿着性的防护物品。
本发明的再一方面是提供一种能够具有高耐切割性的同时提供优异穿着性的防护物品。
本发明的上述和其他目的、特征和其他优点将在下面阐述，或者本领域技术人员将从这样的描述中清楚地理解。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种聚乙烯纱线，其具有80,000g/mol至180,000g/mol的重均分子量、100g/d至250g/d的初始模量和6％至10％的伸长率。
聚乙烯纱线可以具有120g/d至200g/d的初始模量。
聚乙烯纱线在100℃下的干热收缩率可以为大于2.5％且6.0％以下。
聚乙烯纱线在50℃下的储存弹性模量与在30℃下的储存弹性模量之比可为65％至75％，在80℃下的储存弹性模量与在30℃下的储存弹性模量之比可以为30％至45％，并且在105℃下的储存弹性模量与在30℃下的储存弹性模量之比为可以为10％至25％。
聚乙烯纱线可以包括40根至500根长丝，所述长丝中的每一根具有1旦尼尔至3旦尼尔的细度，并且聚乙烯纱线可以具有100旦尼尔至1,000旦尼尔的总细度。
根据本发明的另一方面，提供一种聚乙烯纱线的制造方法，包括以下步骤：
使熔体指数(MI)(在190℃下)为0.3至3g/10min的聚乙烯切片熔融，以获得聚乙烯熔体；
通过具有多个喷嘴孔的喷丝头挤出聚乙烯熔体；
将聚乙烯熔体从喷嘴孔排出时形成的多根长丝冷却；
将冷却后的长丝汇聚，以形成复丝纱线；
以8倍至20倍的总拉伸率对复丝纱线进行拉伸和热定型(heatsetting)；以及
对拉伸和热定型后的复丝纱线进行卷绕，
其中，以多级拉伸的方式执行拉伸步骤，并且在多级拉伸的过程中在最终拉伸时的松弛率为3％至8％。
聚乙烯切片可以具有80,000g/mol至180,000g/mol的重均分子量。
拉伸步骤可以使用多个导丝辊执行。
复丝纱线的热定型可以通过多个导丝辊执行。
根据本发明的另一方面，提供一种用包覆纱(coveredyarn)编织而成的防护物品，该包覆纱包括：
上述聚乙烯纱线；
聚氨酯纱线，所述聚氨酯纱线螺旋包围聚乙烯纱线；以及
聚酰胺纱线或聚酯纱线，所述聚酰胺纱线或聚酯纱线螺旋包围聚乙烯纱线，
其中，防护物品具有5.0以上的耐切割指数和5.0gf以下的硬挺度(stiffness)。
防护物品可以具有5.5至8.5的耐切割指数和2.0gf至5.0gf的硬挺度。
聚乙烯纱线在100℃下的干热收缩率可以大于2.5％且小于6％。
聚乙烯纱线的重量可以是包覆纱的总重量的45％至85％，聚氨酯纱线的重量可以是包覆纱的总重量的5％至30％，并且聚酰胺纱线或聚酯纱线的重量可以是包覆纱的总重量的5％至30％。
以上对本发明的一般性描述仅用于说明或解释本发明，而并不限制本发明的范围。
有益效果
本发明的聚乙烯纱线尽管是通过熔融纺丝制造的，但是仍具有11g/d以上的高强度，从而能够制造具有5以上、更优选地5.5至8.5的高耐切割指数的防护物品。
此外，本发明的聚乙烯纱线具有250g/d以下的低初始模量和6％以上的高伸长率，因此能够制造具有5gf以下、更优选地2至5gf的低硬挺度(即，优异的穿着性)的防护物品。
附图说明
附图被包括在本文中以提供对本发明的进一步理解并且被并入并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例并且与说明书一起用于说明本发明的原理。
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于制造聚乙烯纱线的设备。
图2和图3示出了测量防护手套的强度的方法。
<附图标记说明>
100：挤出机200：喷丝嘴
300：冷却部400：汇聚部
500：拉伸部600：缠结装置
700：卷绕机
20：防护手套
21：防护手套的试样
21a：与手套的手指相邻的一侧
21b：与手套的手腕相邻的一侧
f1：手套外侧
f2：手套内侧
31：试样保持器
32：试样压制器
具体实施方式
在下文中，将详细描述本发明的聚乙烯纱线的各种实施例。
本发明的聚乙烯纱线用于制造需要高耐切割性的防护物品(例如，防护手套)并通过熔融纺丝制造，本发明的聚乙烯纱线可以具有80,000g/mol至180,000g/mol的重均分子量(Mw)、100g/d至250g/d的初始模量以及6％至10％的伸长率。
在仅过分强调防护物品的耐切割性的先前的研究中，提出了将聚乙烯纱线的初始模量例如提高至300g/d以上，并将伸长率例如降低至6％以下。
然而，根据本发明，防护物品的耐切割性主要由聚乙烯纱线的强度、聚乙烯纱线的打滑性(即，当刀或锋利的工具经过聚乙烯纱线时沿表面滑动而不会被纱线卡住的特性)、以及构成纱线的纤维的卷绕特性(即，当刀或锋利的工具经过纱线时，围绕该纱线的纵轴扭曲或卷曲的纤维的特性)决定，并且判断聚乙烯纱线的初始模量和伸长率一旦达到特定水平就不再对防护产品的耐切割性具有实质性影响。
相反，如果聚乙烯纱线的初始模量过高和/或聚乙烯纱线的伸长率过低，则使用这种聚乙烯纱线制造的织物具有高硬挺度，由于不良的覆盖性能和编织性能，所以防护产品的穿着性显著降低，并且良品率可能会降低。
因此，本发明人通过实验已证实，当聚乙烯纱线的初始模量为100g/d至250g/d、伸长率为6％至10％、重均分子量为80,000g/mol至180,000g/mol时，其具有优异的强度和耐切割指数，同时具有低的硬挺度，因此可以提高穿着性，从而完成本发明。
一个实施例的聚乙烯纱线具有80,000g/mol至180,000g/mol、或者120,000g/mol至160,000g/mol、或140,000至160,000g/mol的重均分子量，这可以实现高强度。
与此同时，一个实施例的聚乙烯纱线具有100g/d至250g/d的初始模量和6％至10％的伸长率，这可以实现高耐切割指数和优异的穿着性。
具体地，聚乙烯纱线的初始模量可以为100g/d以上、或者120g/d以上、或者150g/d以上；并且为250g/d以下、或230g/d以下、或200g/d以下。例如，聚乙烯纱线的初始模量可以为100g/d至250g/d、或100g/d至230g/d、或100g/d至200g/d、或120g/d至250g/d、或120g/d至230g/d、或120g/d至200g/d、或150g/d至250g/d、或150g/d至230g/d、或150g/d至200g/d。
当聚乙烯纱线的初始模量大于250g/d或伸长率小于6％时，使用聚乙烯纱线制造的织物具有大于5gf的高硬挺度，因此织物过硬，并且防护产品的穿戴者可能感到不舒服。
在聚乙烯纱线的初始模量小于100g/d或伸长率大于10％的情况下，随着用户连续地使用利用聚乙烯纱线制造的防护产品，耐切割性降低，可能在织物中起球(pills)，甚至可能损坏织物。
同时，本发明的聚乙烯纱线在100℃下的干热收缩率可以大于2.5％且小于6％。
具体地，聚乙烯纱线在100℃下的干热收缩率可以表现为大于2.5％、或2.8％以上、或3.0％以上；并且为6.0％以下、或5.0％以下、或4.0％以下、或3.5％以下。例如，聚乙烯纱线在100℃下的干热收缩率可以表现为大于2.5％且6.0％以下、或大于2.5％且5.0％以下、或大于2.5％且4.0％以下、或大于2.5％且3.5％以下、或2.8％至6.0％、或2.8％至5.0％、或2.8％至4.0％、或2.8％至3.5％、或3.0％至6.0％、或3.0％至5.0％、或3.0％至4.0％、或3.0％至3.5％。
当干热收缩率为2.5％以下时，纱线的初始模量超过250g/d，因此保护物品的穿着性可能变差。另一方面，当干热收缩率超过6％时，存在用这样的纱线制造的成品(例如，防护手套)具有由于收缩而变形的高风险的问题。根据本发明的一个实施例，通过选择具有适当分子量的聚乙烯原料并且适当地调整拉伸条件，可以将聚乙烯纱线的干热收缩率调整为大于2.5％且小于6％。
本发明的聚乙烯纱线在50℃下的储存弹性模量与在30℃下的储存弹性模量之比(在下文中称为“50℃下的储存弹性保持率”)可以为65％至75％、或68％到75％。
聚乙烯纱线在80℃下的储存弹性模量与在30℃下的储存弹性模量之比(在下文中称为“80℃下的储存弹性保持率”)可以为30％至45％、或35％至45％、或37％到45％。
并且，聚乙烯纱线在105℃下的储存弹性模量与在30℃下的储存弹性模量之比(在下文中称为“105℃下的储存弹性保持率”)可以为10％至25％、或15％到25％、或20％到25％。
通过选择具有适当分子量的聚乙烯原料，可以将聚乙烯纱线的储存弹性保持率分别调节在上述范围内。
当在50℃下的储存弹性保持率小于65％，或者在80℃下的储存弹性保持率小于30％，或者105℃下的储存弹性保持率小于10％时，纱线的强度降低到小于11g/d，使得难以制造出具有令人满意的耐切割性的防护产品。
另一方面，如果在50℃下的储存弹性保持率超过75％，或者在80℃下的储存弹性保持率超过45％，或者在105℃下的储存弹性保持率超过25％，则纱线的初始模量超过250g/d，因此，防护物品的穿着性可能降低并且收缩率可能降低。
同时，本发明的聚乙烯纱线可以是复丝纱线，该复丝纱线是40根至500根连续长丝的束。连续长丝中的每一根可以具有1旦尼尔至3旦尼尔的细度，并且聚乙烯纱线可以具有100旦尼尔至1,000旦尼尔的总细度。
同时，本发明的聚乙烯纱线对于使用该纱线制造的防护物品可以具有大于5且9以下的多分散指数(PDI：polydispersity index)。多分散指数(PDI)是重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)的比率(Mw/Mn)，也称为分子量分布指数(MWD：molecular weightdistribution index)。
此外，本发明的聚乙烯纱线的强度可以为11g/d以上，优选地11g/d至18g/d，使得使用该纱线制造的防护物品可以具有5以上的耐切割指数。
同时，根据本发明的另一个实施例，可以提供一种聚乙烯纱线的制造方法，该方法包括以下步骤：
使熔体指数(MI)(在190℃下)为0.3g/10min至3g/10min的聚乙烯切片熔融，以获得聚乙烯熔体；
通过具有多个喷嘴孔的喷丝头挤出聚乙烯熔体；
将聚乙烯熔体从喷嘴孔中排出时形成的多根长丝冷却；
将冷却的长丝汇聚，以形成复丝纱；
以8至20倍的总拉伸率对复丝进行拉伸和热定型；以及
对拉伸和热定型后的复丝进行卷绕，
其中，以多级拉伸的方式执行所述拉伸步骤，在多级拉伸的过程中在最终拉伸时的松弛率为3％至8％。
在下文中，将参照附图1详细描述根据本发明的一个实施例的、聚乙烯纱线的制造方法。
聚乙烯纱线的制造方法可以包括使熔体指数(MI)(在190℃下)为0.3g/10min至3g/10min的聚乙烯切片熔融以获得聚乙烯熔体。
例如，聚乙烯熔体是通过首先将聚乙烯切片引入挤出机100中并将其熔融而得到的。
本发明的方法中用作原料的聚乙烯(在下文中称为“聚乙烯切片”)的熔体指数(MI)为0.3g/10min至3g/10min。本说明书中，聚乙烯切片的熔体指数是在190℃下测得的值。
当聚乙烯切片的熔体指数(MI)小于0.3g/10min时，由于聚乙烯熔体的高粘度和低流动性，所以难以确保挤出机100中的顺畅流动性，纺丝装置过载并且不能适当地执行工艺控制，因此难以确保纱线特性的均匀性。另一方面，当聚乙烯切片的熔体指数(MI)超过3g/10min时，聚乙烯熔体在挤出机100中的流动性相对较好，但是由于聚乙烯的低分子量，难以获得具有11g/d以上的高强度特性的纱线。
聚乙烯切片的重均分子量(Mw)可以为80,000g/mol以上、或100,000g/mol以上、或120,000g/mol以上。当重均分子量(Mw)小于80,000g/mol时，最终得到的纱线难以具有11g/d以上的强度。
同时，如果通常与熔体指数(MI)具有反向关系的重均分子量(Mw)过高，超过180,000g/mol，则纺丝设备由于高熔体粘度而过载，并且不能适当地执行工艺控制，因此难以确保纱线的优异特性。因此，聚乙烯切片的重均分子量(Mw)优选为180,000g/mol以下、或170,000g/mol以下、或160,000g/mol以下。
然而，考虑到在纺丝过程中由于聚乙烯的热分解使得分子量可能会略微下降，聚乙烯切片的重均分子量(Mw)的上限可以略高于目标分子量(即，在本发明中的聚乙烯纱线的重均分子量并且为80,000至180,000g/mol)的上限。
本发明的聚乙烯切片可以具有100g/d至250g/d的初始模量和6％至10％的伸长率。
本发明的聚乙烯切片可以具有大于5且9以下的多分散指数(PDI)。
同时，一个实施例的聚乙烯纱线的制造方法可以包括通过具有多个喷嘴孔的喷丝头挤出聚乙烯熔体。
聚乙烯熔体通过挤出机100中的螺杆被输送到具有多个喷嘴孔的喷丝头200，然后通过喷嘴孔挤出。喷丝头200中的喷嘴孔的数量可以根据要制造的纱线的DPF(每根长丝的旦尼尔数(denier per filament))和总细度来确定。根据本发明的一个实施例，为了制造DPF为1至3并且总细度为100至1,000的纱线，喷丝头200可以具有40至500个喷嘴孔。
挤出机100中的熔融过程和通过喷丝头200的挤出过程在150℃至315℃，优选地在250℃至315℃，更优选地在260℃至290℃下执行。即，挤出机100和喷丝头200保持在150℃至315℃，优选地保持在250℃至315℃，更优选地保持在260℃至290℃。根据本发明的一个实施例，将聚乙烯切片引入挤出机100中，并且将移动直至通过喷丝头200的喷嘴孔排出为止的空间划分成多个部分，从而控制每个划分的空间的温度。例如，在150℃至315℃，优选地在250℃至315℃，更优选地在260℃至290℃的温度范围内，可以控制每个划分的空间的温度，使得在后段处的划分的空间的温度等于或大于在前段处的划分的空间的温度。
当纺丝温度低于150℃时，由于低纺丝温度，不能实现聚乙烯切片的均匀熔融，因此可能难以纺丝。同时，当纺丝温度超过315℃时，会引起聚乙烯的热分解，因此可能难以表现出高强度。
喷丝头200的孔长L与孔径D的比率L/D可以为3至40。当L/D小于3时，在熔体挤出过程中发生模具膨胀(dieswell)现象，并且变得难以控制聚乙烯的弹性行为，导致可纺性差。当L/D超过40时，由于通过喷丝头200的聚乙烯熔体的颈缩(necking)现象而可能发生断纱，并且由于压降还可能发生不规则的排出现象。
同时，一个实施例的、聚乙烯纱线的制造方法可以包括冷却聚乙烯熔体从喷嘴孔中排出时形成的多根长丝。
当聚乙烯熔体从喷丝头200的喷嘴孔中排出时，由于纺丝温度与室温之间的差异，聚乙烯熔体开始固化，并且形成多根处于半固化状态的长丝11。在本说明书中，不仅将半固化的长丝而且将完全固化的长丝统称为“长丝”。
多根长丝11通过在冷却部(或淬火区(quenching zone))300中冷却而完全固化。长丝11的冷却可以通过空气冷却方法执行。例如，可以使用具有0.2m/sec至1m/sec的风速的冷却空气在15℃至40℃下执行长丝11的冷却。当冷却温度低于15℃时，由于过冷导致伸长率不足，因此在后续的拉伸过程中可能发生断纱。当冷却温度超过40℃时，由于不规则的固化导致长丝11之间的细度偏差增大，并且在拉伸过程中可能发生断纱。
同时，一个实施例的、聚乙烯纱线的制造方法可以包括将冷却后的多根长丝汇聚以形成复丝纱线。
例如，用汇聚装置400将冷却并完全固化后的长丝11汇聚以形成复丝纱线10。
如图1所示，在形成复丝纱线10之前，可以进一步执行使用油辊(OR)或喷油器将油涂布到冷却的长丝11的上油工艺(oiling process)。上油工艺也可以通过计量上油(MO：metered oiling)方法来执行。
可选地，当将长丝11汇聚以形成复丝纱线10时，可以同时执行上油步骤，并且可以在拉伸步骤期间和/或紧接卷绕步骤之前进一步执行额外的上油步骤。
同时，一个实施例的、聚乙烯纱线的制造方法可以包括以8倍至20倍的总拉伸率对复丝纱线进行拉伸和热定型。
此时，可以使用多个导丝辊执行拉伸步骤，并且可以通过多个导丝辊执行复丝纱线的热定型。
具体地，可以以8倍至20倍、更优选地10倍至15倍的总拉伸率对复丝纱线10进行拉伸。
为了使最终的聚乙烯纱线具有11g/d以上的强度，必须以8倍以上的总拉伸率对复丝纱线10进行拉伸。然而，如果在拉伸步骤中施加大于20倍的总拉伸率，则长丝(多根)11的断纱风险增大。
同时，拉伸步骤可以以多级拉伸方式执行，多级拉伸的过程中在最终拉伸时的松弛率可以为3％至8％。
本发明人已确认，在用作原料的聚乙烯的纺丝过程中聚乙烯纱线的初始模量和伸长率主要受多级拉伸的过程中在最终拉伸时的松弛率影响。
最终拉伸时的松弛率是指在拉伸后但卷绕前最后执行拉伸时的松弛率。
为了使聚乙烯纱线具有250g/d以下的初始模量和6％以上的伸长率，在制造聚乙烯纱线时的多阶段拉伸过程中在最终拉伸时的松弛率应为3％至8％，或4％至6％。此时，如果最终拉伸时的松弛率过高，则可能难以制造具有11g/d以上的高强度的聚乙烯纱线。
具体而言，当最终拉伸时的松弛率为3％以下时，产生的纱线的模量为250g/d以上，这会在挠性方面产生问题。当松弛率为8％以上时，导丝辊上的纱线可能剧烈移动，并且可能出现生产困难。
因此，为了制造具有降低的初始模量、高伸长率和改善的穿着性的聚乙烯纱线，优选地，将多阶段拉伸过程中的最终拉伸的松弛率应用为上述范围。
本发明的聚乙烯纱线可以通过将作为未拉伸纱线的复丝纱线10一次卷绕，然后将未拉伸纱线退绕并拉伸来制造。如图1所示，聚乙烯纱线也可以通过使用包括多个导丝辊GR1...GRn的拉伸部500直接拉伸来制造，而不对作为未拉伸纱线的复丝纱线10进行卷绕。
无论应用上述两个步骤中的哪一个，在以8至20倍的大的总拉伸率拉伸复丝纱线10时，为了最小化长丝(多根)11的断纱风险降至最低，需要精确地控制拉伸步骤。进一步，如上所述，优选地在拉伸时使导丝辊的最终拉伸部的松弛率为3％至8％以下。
同时，一个实施例的、聚乙烯纱线的制造方法可以包括卷绕经拉伸后的复丝纱线。
如图1所示，在将拉伸后的复丝10卷绕在卷绕机700上之前，可以通过缠结装置600进一步执行缠结步骤，以提高聚乙烯纱线的汇聚性和编织性。
如上制造的本发明的聚乙烯纱线能够用于生产需要优异的耐切割性的防护物品(例如，防护手套、内衣、包等)。
在下文中，将详细描述根据本发明的一个实施例的防护物品。
本发明的防护物品是用包覆纱(covered yam)编织而成的防护物品，例如可以为防护手套。
包覆纱线包括本发明的聚乙烯纱线、螺旋包围该聚乙烯纱线的聚氨酯纱线(例如，氨纶)以及螺旋包围聚乙烯纱线的聚酰胺纱线(例如，尼龙6或尼龙66纱线)。根据所需物品的特性，可以替代聚酰胺纱线，包括聚酯纱线(例如，PET纱线)。
聚乙烯纱线的重量可以是包覆纱的总重量的45％至85％，聚氨酯纱线的重量可以是包覆纱的总重量的5％至30％，并且聚酰胺纱线或聚酯纱线的重量可以是包覆纱的总重量的5％至30％。
如上所述，本发明的聚乙烯纱线可以具有80,000g/mol至180,000g/mol的重均分子量、100g/d至250g/d的初始模量和6％至10％的伸长率。
优选地，聚乙烯纱线可以具有120g/d至200g/d的初始模量。
此外，聚乙烯纱线在100℃下的干热收缩率可以为大于2.5％且6％以下。
此外，聚乙烯纱线在50℃下的储存弹性保持率可以为65％至75％，在80℃下的储存弹性保持率可以为30％至45％，在105℃下的储存弹性保持率可以为10％至25％。
本发明的防护物品具有5以上的耐切割指数和5gf以下的低硬挺度，因此可以表现出优异的耐切割性和优异的穿着性。
具体地，根据EN388：2016标准，防护物品的耐切割指数可以为：5.0以上、或5.5以上、或5.7以上；并且为8.5以下、或8.0以下、或7.5以下、或7.0以下、或6.8以下。例如，根据EN388：2016标准，防护物品的耐切割指数可以为：5.0至8.5、或5.0至8.0、或5.0至7.5、或5.0至7.0、或5.0至6.8、或5.5至8.5、或5.5至8.0、或5.5至7.5、或5.5至7.0、或5.5至6.8、或5.7至8.5、或5.7至8.0、或5.7至7.5、或5.7至7.0、或5.7至6.8。
与此同时，防护物品的硬挺度可以为：5.0gf以下或4.5gf以下；并且2.0gf以上、或3.0gf以上、或3.5gf以上、或3.8gf以上。例如，防护物品的硬挺度可以为：2.0gf至5.0gf、或2.0gf至4.5gf、或3.0gf至5.0gf、或3.0gf至4.5gf、或3.5gf至5.0gf、或3.5gf至4.5gf、或3.8gf至5gf、或3.8gf至4.5gf。
在下文中，将参照具体实施例和比较例对本发明进行详细描述。然而，这些实施例仅用于帮助理解本发明，本发明的范围不应受其限制。
<聚乙烯纱线的制造>
制备实施例1
使用图1所示的设备制造包含240根长丝且总细度为400旦尼尔的聚乙烯复丝缠结纱。
具体地，将重均分子量(Mw)为150,000g/mol且熔体指数(MI)为1g/10min(190℃)的聚乙烯切片引入挤出机100中并使其熔融。聚乙烯熔体通过具有240个喷嘴孔的喷丝头200挤出。
从喷丝头200的喷嘴孔中排出时形成的长丝11在冷却部300中冷却，然后通过汇聚装置400汇聚成复丝纱线10。
接着，在拉伸部500中通过设定为70℃至130℃的导丝辊以12倍的总拉伸率对复丝纱线进行拉伸和热定型。
以多级拉伸方式执行拉伸步骤，在多级拉伸的过程中在最终拉伸时的松弛率为8％。
接下来，拉伸后的复丝在缠结装置600中以6.0kgf/cm2的空气压力被缠结后，在卷绕机700中被卷绕。卷绕张力为0.6g/d。
制备实施例2
除了使用重均分子量(Mw)为150,000g/mol且熔体指数(MI)(在190℃下)为1g/10min的聚乙烯切片并且在多级拉伸过程中在最终拉伸时的松弛率为5％之外，以与实施例1相同的方式获得聚乙烯纱线。
制备实施例3
除了使用重均分子量(Mw)为180,000g/mol且熔体指数(MI)(在190℃下)为0.8g/10min的聚乙烯切片并且在多级拉伸的过程中在最终拉伸时的松弛率为3％之外，以与实施例1相同的方式获得聚乙烯纱线。
制备比较例1
除了使用重均分子量(Mw)为200,000g/mol且熔体指数(MI)(在190℃下)为0.6g/10min的聚乙烯切片并且在多级拉伸期间最终拉伸时的松弛率为2％之外，以与实施例1相同的方式获得聚乙烯纱线。
制备比较例2
除了使用重均分子量(Mw)为200,000g/mol且熔体指数(MI)(在190℃下)为0.6g/10min的聚乙烯切片并且在多级拉伸的过程中在最终拉伸时的松弛率为10％之外，以与实施例1相同的方式获得聚乙烯纱线。
测试例1
通过以下方法测量在制备实施例1至3和制备比较例1和2中的每一个中制造的聚乙烯纱线的强度、初始模量、伸长率、干热收缩率、储存弹性保持率和重均分子量(Mw)，结果示于下表1中。
(1)强度(g/d)、初始模量(g/d)和伸长率(％)
根据测试方法ASTM D885，通过使用万能试验机(Instron EngineeringCorp.Canton，Mass)得到聚乙烯纱线的应变-应力曲线来确定聚乙烯纱线的强度、伸长率和初始模量。具体地，将样品长度设定为250mm，将拉伸速度设定为300mm/min，将初始负载设定为0.05g/d。初始模量(g/d)由在原点附近给出最大梯度的切线确定。对每根聚乙烯纱线测量5次后，计算平均值。
(2)干热收缩率
将聚乙烯纱线切割以得到长度为70cm的样品，然后在距样品的两端10cm的点处进行标记(即，标记点之间的距离＝50cm)。
然后，样品在悬挂于夹具上使得不对样品施加负荷的状态下，使用热风循环式加热炉在100℃下加热30分钟。之后，将样品从加热炉中取出，缓慢冷却至室温，并测量标记点之间的距离。然后，使用下式1计算聚乙烯纱线在100℃下的干热收缩率。
-式1：干热收缩率(％)＝[(I0-I1)/I0]×100
(其中，I0为加热前的标记点之间的距离(即50cm)，I1为加热后的标记点之间的距离)
得到通过两次测试得到的干热收缩率的平均值。
(3)储存弹性保持率
在制备长度为10mm的聚乙烯纱线样品后，使用固有粘弹性测量装置(由T.A.Instruments制造，DMA Q800)分别测量在30℃、50℃、80℃和105℃下的储存弹性模量。具体地，使用粘合剂和双面胶带将样品的两端夹在厚纸之间，使得在测量期间在样品与装置之间不发生长丝的滑动或散落。将测量开始温度设定为-10℃，将测量结束温度设定为140℃，将升温速度设定为1.0℃/min。将变形量设定为0.04％，将测量开始时的初始负载设定为0.05cN/dtex，并且将测量频率设定为11Hz。使用“TAUniversalAnalysis”(由T.A.Instruments制造)对数据进行分析。通过下式2分别计算在50℃下的储存弹性保持率、在80℃下的储存弹性保持率以及在105℃下的储存弹性保持率。
-式2：在T℃下的储存弹性保持率(％)＝(在T℃下的储存弹性模量/在30℃下的储存弹性模量)×100(其中，T℃＝50℃/80℃/105℃)
(4)重均分子量(Mw)(g/mol)和多分散指数(PDI)
将聚乙烯纱线完全溶解在以下溶剂中，然后使用以下凝胶渗透色谱法(GPC)分别确定聚乙烯纱线的重均分子量(Mw)、数均分子量(Mn)和多分散指数(Mw/Mn：PDI)。
-分析仪器：PL-GPC 220系统
-柱：2×PLGEL MIXED-B(7.5×300mm)
-柱温：160℃
-溶剂：三氯苯(TCB)+0.04wt％二丁基羟基甲苯(BHT)(用0.1％CaCl2干燥后)
-溶解条件：在160℃下溶解1至4小时后，测量通过玻璃过滤器(0.7μm)的溶液
-注射器、检测器温度：160℃
-检测器：RI检测器
-流速：1.0ml/min
-注射容积：200μl
-标准样品：聚苯乙烯
表1
<防护手套的生产>
实施例1
通过用140旦尼尔聚氨酯纱线(氨纶)和140旦尼尔尼龙纱线螺旋包围制备实施例1的聚乙烯纱线来生产包覆纱。聚乙烯纱线的重量为包覆纱的总重量的60％，并且聚氨酯纱线和尼龙纱线的重量分别是包覆纱的总重量的20％。对包覆纱进行编织以生产防护手套。
实施例2
除了使用制备实施例2的聚乙烯纱线之外，以与实施例1相同的方式获得防护手套。
实施例3
除了使用制备实施例3的聚乙烯纱线之外，以与实施例1相同的方式获得防护手套。
比较例1
除了使用制备比较例1的聚乙烯纱线之外，以与实施例1相同的方式获得防护手套。
比较例2
除了使用制备比较例2的聚乙烯纱线之外，以与实施例1相同的方式获得防护手套。
测试例2
通过以下方法分别测量通过实施例1至3和比较例1至2中的每一个制备的防护手套的耐切割指数和强度，结果示于下表2中。
(1)耐切割指数(CI)
根据EN388：2016标准，测量防护手套的耐切割指数。
(2)硬挺度(gf)
如图2和图3所示，在从防护手套20的手掌部分收集试样(宽度：60mm，长度：60mm)21后，根据ASTM D885/D885M-10a(2014)的第38节测量试样的硬挺度。测量装置如下。
(i)CRE型拉伸试验机(型号：INSTRON 3343)
(ii)加载单元，2KN[200kgf]
(iii)试样保持器：第38.4.3节中规定的试样保持器
(iv)试样压制器：第38.4.4节中规定的试样压制器。
具体地，试样(21)的手套外表面(f1)朝上且手套内表面(f2)朝下的情况下与手套的手指相邻的一侧(21a)和其相对侧21b(即，与手套手腕相邻的一侧)放置在试样保持器31的中央，使试样21由试样保持器31直接支撑。试样21保持平坦而不弯曲。此时，试样保持器31的试样支撑部与试样压制器32的压制部之间的距离为5mm。然后，在试样压制器32保持不动的状态下，将试样保持器31提升至15mm的同时，测量最大强度。
表2
根据上表2，确认了，使用根据制备实施例1至3的聚乙烯纱线生产的实施例1至3的防护手套在具有优异的耐切割性的同时具有低硬挺度，因此与比较例1和比较例2相比，具有提高的穿着性。

Claims (13)

1.一种聚乙烯纱线，所述聚乙烯纱线具有80,000g/mol至180,000g/mol的重均分子量、100g/d至200g/d的初始模量以及6％至10％的伸长率，
其中，所述聚乙烯纱线包括40根至500根长丝，所述长丝中的每一根具有1旦尼尔至3旦尼尔的细度，并且所述聚乙烯纱线具有100旦尼尔至1,000旦尼尔的总细度。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯纱线，其中，所述初始模量为120g/d至200g/d。
3.根据权利要求1所述的聚乙烯纱线，其中，在100℃下的干热收缩率为大于2.5％且6.0％以下。
4.根据权利要求1所述的聚乙烯纱线，其中，
在50℃下的储存弹性模量与在30℃下的储存弹性模量之比为65％至75％，
在80℃下的储存弹性模量与在30℃下的储存弹性模量之比为30％至45％，并且
在105℃下的储存弹性模量与在30℃下的储存弹性模量之比为10％至25％。
5.一种根据权利要求1所述的聚乙烯纱线的制造方法，包括以下步骤：
将在190℃下的熔体指数即MI为0.3g/10min至3g/10min的聚乙烯切片熔融，以获得聚乙烯熔体；
通过具有多个喷嘴孔的喷丝头挤出所述聚乙烯熔体；
将所述聚乙烯熔体从所述喷嘴孔中排出时形成的多根长丝冷却；
将冷却后的所述长丝汇聚，以形成复丝纱线；
以8倍至20倍的总拉伸率对所述复丝纱线进行拉伸和热定型；以及
对拉伸和热定型后的所述复丝纱线进行卷绕，
其中，以多级拉伸的方式执行拉伸步骤，并且在所述多级拉伸过程中在最终拉伸时的松弛率为3％至8％。
6.根据权利要求5所述的聚乙烯纱线的制造方法，其中，
所述聚乙烯切片的重均分子量为80,000g/mol至180,000g/mol。
7.根据权利要求5所述的聚乙烯纱线的制造方法，其中，
使用多个导丝辊执行所述拉伸步骤。
8.根据权利要求5所述的聚乙烯纱线的制造方法，其中，
通过多个导丝辊执行所述复丝纱线的所述热定型。
9.一种用包覆纱编织而成的防护物品，
所述包覆纱包括：
根据权利要求1所述的聚乙烯纱线；
聚氨酯纱线，所述聚氨酯纱线螺旋包围所述聚乙烯纱线；以及
聚酰胺纱线或聚酯纱线，所述聚酰胺纱线或所述聚酯纱线螺旋包围所述聚乙烯纱线，
其中，所述防护物品具有5.0以上的耐切割指数和5.0gf以下的硬挺度。
10.根据权利要求9所述的防护物品，其中，
所述防护物品具有5.5至8.5的耐切割指数和2.0gf至5.0gf的硬挺度。
11.根据权利要求9所述的防护物品，其中，
所述聚乙烯纱线具有120g/d至200g/d的初始模量。
12.根据权利要求9所述的防护物品，其中，
所述聚乙烯纱线在100℃下的干热收缩率为大于2.5％且6.0％以下。
13.根据权利要求9所述的防护物品，其中，
所述聚乙烯纱线的重量为所述包覆纱的总重量的45％至85％，
所述聚氨酯纱线的重量为所述包覆纱的总重量的5％至30％，并且
所述聚酰胺纱线或所述聚酯纱线的重量为所述包覆纱的总重量的5％至30％。
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