RU2776154C1

RU2776154C1 - Fiber of ultrahigh molecular weight polyethylene with ultrahigh cutting resistance and its production method

Info

Publication number: RU2776154C1
Application number: RU2020127428A
Authority: RU
Inventors: Синъюй ЧЖОУ; Хайтао ЧЖОУ; Хунбо Чжоу; Ян ЧЖАО
Original assignee: Синъюй Сейфти Протекшн Текнолоджи Ко., Лтд
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2022-07-14

Abstract

FIELD: clothes.

SUBSTANCE: invention can be used for the manufacture of clothes protecting from cuts. Fiber of ultrahigh molecular weight polyethylene includes a matrix of ultrahigh molecular weight polyethylene and particles of carbon fiber powder dispersed in it. Particles of carbon fiber powder are activated with plasma processing and amount to 0.25-10 wt.%. A method for the production of ultrahigh molecular weight polyethylene fiber, gloves, and a clothes item are also proposed.

EFFECT: increase in cutting resistance of products of ultrahigh molecular weight polyethylene fiber.

9 cl, 1 tbl, 6 ex

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к технологии полиэтиленовых волокон и, более конкретно, к волокну из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию и способу его получения.The present invention relates to the technology of polyethylene fibers and, more specifically, ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance and a method for producing it.

Уровень техникиState of the art

Волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена - это волокно с самой высокой удельной прочностью среди современных промышленных волокнистых материалов. Оно обладает превосходными свойствами, такими как высокая прочность, высокий модуль упругости, стойкость к истиранию и химическая стойкость, и широко используется в сфере национальной обороны и военного назначения, при производстве морских кабелей и средств индивидуальной защиты. По мере протекания военно-гражданской интеграции волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена становятся все более доступными на гражданском рынке. Порезостойкие перчатки, изготовленные из волокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена, постепенно занимают лидирующие позиции на гражданском рынке. В настоящее время защитные перчатки, изготовленные из широко используемых волокон из сверхвысокомолекулярного полиэтилена 400D, имеют в большинстве своем уровень сопротивления резанию 3 согласно стандарту EN388-2003. Этот уровень крайне нестабилен. Таким образом, защитные перчатки становятся все более непригодными и не обеспечивают достаточной защиты в реальных эксплуатационных условиях, при которых возникает опасность порезов.Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) fiber is the fiber with the highest specific strength of today's industrial fiber materials. It has excellent properties such as high strength, high modulus, abrasion resistance and chemical resistance, and is widely used in national defense, military, marine cables and personal protective equipment. As civil-military integration proceeds, ultra-high molecular weight polyethylene fibers become more and more available in the civilian market. Cut-resistant gloves made from ultra-high molecular weight polyethylene fibers are gradually gaining a leading position in the civilian market. Currently, protective gloves made from commonly used 400D ultra-high molecular weight polyethylene fibers have a cut resistance level of 3 according to EN388-2003 for the most part. This level is extremely unstable. Thus, protective gloves are becoming increasingly unsuitable and do not provide sufficient protection under actual operating conditions, which create a risk of cuts.

Общеизвестный способ повышения сопротивления резанию перчаток заключается в смешивании и сплетении материалов, таких как стекловолокно или стальная проволока, с волокном из сверхвысокомолекулярного полиэтилена. И хотя изготовленные данным способом перчатки достигают повышенного сопротивления резанию, перчатки становятся неудобными из-за добавки этих материалов. С одной стороны, стальная проволока относительно тверда, и поэтому перчатки неудобны. С другой стороны, стекловолокно является относительно хрупким, легко ломается и выходит на поверхность, поэтому перчатки неудобны. Кроме того, заусенцы из стекловолокна могут стать косвенной причиной поражения рук, такого как зуд, покалывание и царапины.A well-known way to improve the cut resistance of gloves is to mix and weave materials such as glass fiber or steel wire with ultra-high molecular weight polyethylene fiber. And although gloves made in this way achieve increased cutting resistance, gloves become uncomfortable due to the addition of these materials. On the one hand, steel wire is relatively hard and therefore gloves are uncomfortable. On the other hand, fiberglass is relatively brittle, breaks easily and comes to the surface, so gloves are not comfortable. In addition, fiberglass burrs can indirectly cause damage to the hands such as itching, tingling and scratching.

В настоящее время специалисты данной отрасли предложили, что высокомолекулярные зарождающиеся полиэтиленовые волокна могут быть получены путем смешения неорганических высокопрочных материалов с порошком высокомолекулярного полиэтилена для повышения сопротивления резанию полиэтиленовых волокон. Подтверждено, что данный метод повышает сопротивление резанию полиэтиленовых волокон, однако существуют два очевидных недостатка: (1) Данные неорганические высокопрочные материалы имеют относительно высокую твердость, что вызывает серьезный износ производственного оборудования. Компоненты и части оборудования требуют частой замены, что увеличивает инвестиции в оборудование и влияет на эффективность производства. (2) Опыт практического использования показывает, что данные высокопрочные материалы склонны прокалывать матрицу из полиэтиленовых волокон из-за их низкой пластичности и выходить из полиэтиленовых волокон, вызывая повреждение поверхности полиэтиленовых волокон и, таким образом, потерю сопротивления резанию.At present, the industry has proposed that high molecular weight nascent polyethylene fibers can be obtained by blending inorganic high strength materials with high molecular weight polyethylene powder to improve the cutting resistance of polyethylene fibers. This method has been confirmed to increase the cutting resistance of polyethylene fibers, but there are two obvious disadvantages: (1) These inorganic high strength materials have a relatively high hardness, which causes serious wear of the production equipment. Equipment components and parts require frequent replacement, which increases equipment investment and affects production efficiency. (2) Practical experience shows that these high-strength materials tend to pierce the polyethylene fiber matrix due to their low ductility and come out of the polyethylene fibers, causing damage to the surface of the polyethylene fibers and thus loss of cutting resistance.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

1. Решаемые технические задачи изобретения1. Solved technical problems of the invention

Таким образом, волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию и способ его получения направлены на решение задач, существующих в предшествующем уровне техники. Волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию может быть вплетено в порезостойкие перчатки, защитную от порезов одежду и т.д., обеспечивая таким образом высокие защитные характеристики и комфорт при носке, избегая истирания и повреждения производственного оборудования, обеспечивая экономию производственных затрат и продление срока службы порезостойких перчаток или защитной от порезов одежды.Thus, ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance and the method of obtaining it are aimed at solving the problems existing in the prior art. UHMWPE fiber can be woven into cut-resistant gloves, cut-resistant clothing, etc., thus providing high protective performance and wearing comfort, avoiding abrasion and damage to production equipment, saving production costs and extending the service life. cut-resistant gloves or cut-protective clothing.

2. Технические решения2. Technical solutions

Для решения вышеописанной задачи, основными техническими решениями, предлагаемыми настоящим изобретением, являются следующие:To solve the above problem, the main technical solutions proposed by the present invention are the following:

В одном аспекте настоящего изобретения предложено волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию, включающее матрицу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и частицы порошка углеродного волокна, диспергированные в нем с содержанием частиц порошка углеродного волокна 0,25-10 мас. %.In one aspect of the present invention, an ultra high molecular weight polyethylene fiber with ultra high cutting resistance is provided, comprising an ultra high molecular weight polyethylene matrix and carbon fiber powder particles dispersed therein with a content of carbon fiber powder particles of 0.25-10 wt. %.

Как правило, но не ограничиваясь этим, содержание порошка углеродного волокна в матрице сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет 0,25 мас. %, 0,5 мас. %, 1 мас. %, 1,2 мас. %, 1,5 мас. %, 2,0 мас. %, 2,5 мас. 3,0 мас. %, 3,5 мас. %, 4,0 мас. %, 4,5 мас. %, 5,0 мас. %, 5,5 мас. %, 6,0 мас. %, 6,5 мас. %, 7,0 мас. %, 7,5 мас. %, 8,0 мас. %, 8,5 мас. %, 9,0 мас. %, 9,5 мас. % или 10,0 мас. %.Typically, but not limited to, the content of carbon fiber powder in the UHMW polyethylene matrix is 0.25 wt. %, 0.5 wt. %, 1 wt. %, 1.2 wt. %, 1.5 wt. %, 2.0 wt. %, 2.5 wt. 3.0 wt. %, 3.5 wt. %, 4.0 wt. %, 4.5 wt. %, 5.0 wt. %, 5.5 wt. %, 6.0 wt. %, 6.5 wt. %, 7.0 wt. %, 7.5 wt. %, 8.0 wt. %, 8.5 wt. %, 9.0 wt. %, 9.5 wt. % or 10.0 wt. %.

Чрезмерно высокое содержание частиц порошка углеродного волокна приводит к низкому относительному удельному весу полиэтиленовой матрицы, следовательно, полученное полиэтиленовое волокно менее пригодно для прядения (легко ломается при плетении). Но при этом чрезмерно низкое содержание частиц порошка углеродного волокна не может обеспечить требуемые улучшенные характеристики устойчивости резанию.An excessively high content of carbon fiber powder particles leads to a low relative specific gravity of the polyethylene matrix, therefore, the resulting polyethylene fiber is less suitable for spinning (it breaks easily when weaving). But at the same time, an excessively low content of carbon fiber powder particles cannot provide the desired improved cutting resistance characteristics.

Настоящее раскрытие изобретения также относится к способу получения сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна со сверхвысоким сопротивлением резанию, включающему:The present disclosure of the invention also relates to a method for producing ultra high molecular weight polyethylene fiber with ultra high cutting resistance, including:

S1: смешение и эмульгирование частиц порошка углеродного волокна с первым растворителем и поверхностно-активным веществом (ПАВ) для получения эмульгированного материала из порошка углеродного волокна;S1: mixing and emulsifying carbon fiber powder particles with a first solvent and a surfactant to obtain an emulsified carbon fiber powder material;

S2: диспергирование эмульгированного материала из порошка углеродного волокна и порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой от 200000 до 6000000 во втором растворителе с получением смеси; иS2: dispersing an emulsified material of carbon fiber powder and ultra-high molecular weight polyethylene powder with a molecular weight of 200,000 to 6,000,000 in a second solvent to obtain a mixture; and

S3: смешение и экструдирование смеси через экструдер, охлаждение и формование в высадительной ванне для получения зарождающегося волокна, экстракция, сушка и многостадийная термовытяжка зарождающегося волокна для получения сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна со сверхвысоким сопротивлением резанию.S3: mixing and extruding the mixture through an extruder, cooling and spinning in a spinning pot to obtain a nascent fiber, extracting, drying, and multi-stage thermostretching of the nascent fiber to obtain an ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance.

Как правило, но не ограничиваясь этим, молекулярная масса сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет 200000, 400000, 600000, 800000, 1000000, 1200000, 1400000, 1600000, 1800000, 2000000, 2200000, 2400000, 2600000, 2800000, 3000000, 3200000, 3400000, 3600000, 3800000, 4000000, 4200000, 4400000, 4600000, 4800000, 5000000, 5200000, 5400000, 5600000, 5800000 или 6000000.As a rule, but not limited to this, the molecular weight of super -leaf -molecular polyethylene is 200,000, 400,000, 600000, 800000, 1000000, 1200000, 1400000, 1600000, 1800000, 200000, 2200000, 2400000, 2600000, 2800000, 3000000, 3200000, 3400000, 3600000, 3800,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 , 4000000, 4200000, 4400000, 4600000, 4800000, 5000000, 5200000, 5400000, 5600000, 5800000 or 6000000.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения частицы порошка углеродного волокна имеют диаметр 0,1-10 мкм и длину 0,1-100 мкм. Кроме того, частица порошка углеродного волокна имеет форму длинного стержня с длиной больше диаметра. Более предпочтительно длина составляет 20-60 мкм. Как правило, но не ограничиваясь этим, длина частицы порошка углеродного волокна составляет 20-30 мкм, 30-40 мкм, 40-50 мкм или 50-60 мкм.In a preferred embodiment of the present invention, the carbon fiber powder particles have a diameter of 0.1-10 µm and a length of 0.1-100 µm. In addition, the carbon fiber powder particle is in the form of a long rod with a length greater than the diameter. More preferably, the length is 20-60 µm. Typically, but not limited to, the particle length of the carbon fiber powder is 20-30 µm, 30-40 µm, 40-50 µm, or 50-60 µm.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения основным компонентом частиц порошка углеродного волокна является микрокристаллический графит, причем частицы порошка углеродного волокна могут быть получены путем измельчения отработанных углеродных волокон или разрезания нитей углеродного волокна.In a preferred embodiment of the present invention, the main component of the carbon fiber powder particles is microcrystalline graphite, and the carbon fiber powder particles can be obtained by grinding spent carbon fibers or cutting carbon fiber filaments.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения частицы порошка углеродного волокна активируют путем предварительной обработки поверхности. В результате возможно улучшить поверхностную гомогенизацию смеси и/или смачиваемость частиц порошка углеродного волокна с растворителем и сверхвысокомолекулярным полиэтиленовым порошком, получая таким образом полиэтиленовое волокно со сверхвысоким сопротивлением резанию с равномерным распределением материала и улучшенными и более стабильными эксплуатационными свойствами.In a preferred embodiment of the present invention, the carbon fiber powder particles are activated by surface pretreatment. As a result, it is possible to improve the surface homogenization of the mixture and/or the wettability of the carbon fiber powder particles with the solvent and the ultra-high molecular weight polyethylene powder, thereby obtaining an ultra-high cut resistance polyethylene fiber with uniform material distribution and improved and more stable performance properties.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения способ обработки поверхности представляет собой любой один или комбинацию по меньшей мере двух методов, выбранных из группы, включающей: газофазное окисление, жидкофазное окисление, каталитическое окисление, покрытие связующим агентом, полимерное покрытие и плазменную обработку. Вышеуказанная обработка поверхности позволяет слабо поляризировать поверхность частиц углеродного волокна, предотвращая агломерацию углеродных волокон в растворителе и улучшая диспергирование углеродных волокон в растворителе. Таким образом, частицы углеродного волокна могут быть более равномерно распределены в сверхвысокомолекулярной полиэтиленовой матрице и тесно объединены со сверхвысокомолекулярной полиэтиленовой матрицей, тем самым предотвращая отслаивание углеродных волокон и улучшая однородность и надежность волокон из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию.In a preferred embodiment of the present invention, the surface treatment method is any one or a combination of at least two methods selected from the group consisting of: gas phase oxidation, liquid phase oxidation, catalytic oxidation, bonding agent coating, polymer coating and plasma treatment. The above surface treatment makes it possible to weakly polarize the surface of the carbon fiber particles, preventing the carbon fibers from agglomerating in the solvent and improving the dispersion of the carbon fibers in the solvent. Thus, the carbon fiber particles can be more evenly distributed in the ultra high molecular weight polyethylene matrix and closely integrated with the ultra high molecular weight polyethylene matrix, thereby preventing the carbon fibers from peeling off and improving the uniformity and reliability of the ultra high molecular weight polyethylene fibers with ultra high cutting resistance.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения массовое соотношение сверхвысокомолекулярного полиэтилена, порошка углеродного волокна и растворителя составляет (10-40):(0,1-1):100. Масса растворителя равна сумме масс первого растворителя и второго растворителя.In a preferred embodiment of the present invention, the weight ratio of ultra-high molecular weight polyethylene, carbon fiber powder and solvent is (10-40):(0.1-1):100. The mass of the solvent is equal to the sum of the masses of the first solvent and the second solvent.

В соответствии с указанным выше массовым соотношением получают пастообразную смесь, и порошка углеродного волокна, диспергированного в смеси, достаточно для того, чтобы получить относительно хорошее сопротивление резанию. Следует отметить, что в настоящем изобретении первый растворитель и второй растворитель отличаются применением на разных этапах использования растворителей, что не означает, что первый растворитель и второй растворитель различны. Другими словами, первый растворитель и второй растворитель могут быть как одним и тем же растворителем, так и разными растворителями.According to the above weight ratio, a pasty mixture is obtained, and the carbon fiber powder dispersed in the mixture is sufficient to obtain relatively good cutting resistance. It should be noted that in the present invention, the first solvent and the second solvent differ in the use of solvents at different stages, which does not mean that the first solvent and the second solvent are different. In other words, the first solvent and the second solvent may be the same solvent or different solvents.

Предпочтительно, как для первого, так и для второго растворителя выбирать один или несколько растворителей из группы, состоящей из беленого масла, минерального масла, растительного масла, парафинового масла и декалина.Preferably, for both the first and the second solvent, one or more solvents are selected from the group consisting of bleached oil, mineral oil, vegetable oil, paraffin oil and decalin.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения молекулярная масса сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет 2000000-5000000.In a preferred embodiment of the present invention, the molecular weight of the ultra-high molecular weight polyethylene is 2,000,000-5,000,000.

Чем больше молекулярная масса сверхвысокомолекулярного полиэтилена, тем выше сопротивление резанию и механическая прочность. Однако сверхвысокая молекулярная масса приводит к сверхвысокой вязкости, поэтому в процессе экструдирования затрудняется получение филаментных нитей волокна, а производственное оборудование является очень точным и весьма безвозвратно расходуемым. После многократных испытаний устойчивые резанию филаментные нити полиэтиленового волокна с молекулярной массой 2000000-5000000 обладают наилучшими характеристиками по всем показателям и способствуют снижению износа оборудования.The larger the molecular weight of ultra-high molecular weight polyethylene, the higher the cutting resistance and mechanical strength. However, the ultra-high molecular weight results in super-high viscosity, so the extrusion process makes it difficult to obtain fiber filaments, and the production equipment is very precise and highly consumable. After repeated testing, cut-resistant polyethylene fiber filaments with a molecular weight of 2,000,000-5,000,000 have the best performance in all respects and help reduce equipment wear.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения экструдер представляет собой двухшнековый экструдер, и температуру каждой зоны двухшнекового экструдера регулируют в диапазоне 100-300°С.In a preferred embodiment of the present invention, the extruder is a twin screw extruder, and the temperature of each zone of the twin screw extruder is controlled in the range of 100-300°C.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения поверхностно-активным веществом является алкилоламид (Ninol 6502), который представляет собой слабое неионогенное ПАВ, полученное в результате реакции конденсации кокосового масла или пальмового масла и диэтаноламина. В другом варианте, поверхностно-активным веществом может выступить алкилоламидфосфатный эфир. Данные ПАВ, обладающие способностью к солюбилизации, эмульгированию и антистатическому кондиционированию и не вызывающие раздражения кожи, часто используют, в том числе, в качестве моющих средств, средств для ухода за одеждой. Очевидно, что выбор ПАВ не ограничивается перечисленными выше, и может быть выбрано любое ПАВ, способное к эмульгированию и повышению степени диспергирования порошка углеродного волокна в растворителе, такое как стеариновая кислота, додецилбензолсульфонат натрия, алкилглюкозид (APG), триэтаноламин, глицериды жирных кислот, сложные эфиры сорбитана и жирных кислот (Span), полисорбат (Tween), диоктилсукцинат сульфонат натрия (Aloseau-OT), натриевая соль гликохолевой кислоты и другие.In a preferred embodiment of the present invention, the surfactant is an alkylolamide (Ninol 6502), which is a mild nonionic surfactant derived from the condensation reaction of coconut oil or palm oil and diethanolamine. Alternatively, the surfactant may be an alkylolamide phosphate ester. These surfactants, which have the ability to solubilize, emulsify and antistatic conditioning and do not cause skin irritation, are often used, including as detergents, clothing care products. It is obvious that the choice of surfactant is not limited to the above, and any surfactant capable of emulsifying and increasing the degree of dispersion of carbon fiber powder in a solvent, such as stearic acid, sodium dodecylbenzenesulfonate, alkyl glucoside (APG), triethanolamine, fatty acid glycerides, complex esters of sorbitan and fatty acids (Span), polysorbate (Tween), sodium dioctylsuccinate sulfonate (Aloseau-OT), sodium salt of glycocholic acid and others.

Настоящее изобретения относится к волокну из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию, которое получают способом, описанным в любом из приведенных выше вариантов осуществления.The present invention relates to ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance, which is obtained by the method described in any of the above embodiments.

Настоящее раскрытие изобретения также относится к перчаткам или элементу одежды со сверхвысоким сопротивлением резанию, включая трикотажное полотно, сотканное из сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна со сверхвысоким сопротивлением резанию в любом из указанных выше вариантов осуществления, или полученное любым способом, описанным в любом из приведенных выше вариантов осуществления.The present disclosure also relates to ultra high cut resistance gloves or garments, including a knitted fabric woven from ultra high molecular weight polyethylene fiber with ultra high cut resistance in any of the above embodiments, or obtained by any method described in any of the above embodiments.

Углеродное волокно (УВ) в форме микрокристаллического графитового материала представляет собой новый волокнистый материал, имеющий высокую прочность и высокий модуль упругости с содержанием углерода, равным или более 95%. Углеродное волокно является мягким снаружи и твердым внутри, более легкое чем металлический алюминий, но с прочностью выше, чем у стали, и имеет высокую коррозионную стойкость и высокий модуль упругости. Углеродное волокно обладает характеристиками, присущими углеродным материалам, а также обладает мягкостью и способностью к переработке текстильных волокон, представляющих собой новое поколение армирующих волокон. Основными характеристиками углеродного волокна являются следующие: (1) мягкость и способность к переработке текстильных волокон; (2) предел прочности на растяжение более 3500 МПа; (3) модуль упругости при растяжении в диапазоне от 230 ГПа до 430 ГПа.Carbon fiber (CF) in the form of microcrystalline graphite material is a new fibrous material having high strength and high modulus of elasticity with a carbon content equal to or more than 95%. Carbon fiber is soft on the outside and hard on the inside, lighter than metallic aluminum but with a strength higher than that of steel, and has high corrosion resistance and high modulus of elasticity. Carbon fiber has the characteristics of carbon materials and also has the softness and recyclability of textile fibers, a new generation of reinforcing fibers. The main characteristics of carbon fiber are as follows: (1) softness and recyclability of textile fibers; (2) tensile strength over 3500 MPa; (3) tensile modulus in the range of 230 GPa to 430 GPa.

Плазменная обработка поверхности: в устройстве для плазменной обработки поверхности используют низкотемпературную плазму, которая находится в нетермодинамическом равновесном состоянии. Электроны обладают более высокой энергией и способны разрушать химические связи молекул на поверхности материала и улучшать химическую реакционную активность частиц (больше, чем у высокотемпературной плазмы), тогда как температура нейтральных частиц близка к комнатной температуре. Эти преимущества обеспечивают подходящие условия для модификации поверхности термочувствительных полимеров. Посредством низкотемпературной плазменной обработки на поверхности материала происходят различные физические и химические изменения. Поверхность очищается, и удаляются углеводородные загрязнения, такие как смазка и вспомогательные добавки. Или же поверхность делают шероховатой травлением с образованием плотно сшитого слоя, или обрабатывают кислородсодержащими полярными группами (такими как гидрокси и карбокси группы). Данные группы способствуют адгезии различных материалов для формирования покрытия, которое оптимизировано при нанесении клея и краски.Plasma Surface Treatment: The plasma surface treatment apparatus uses a low temperature plasma that is in a non-thermodynamic equilibrium state. Electrons have a higher energy and are able to break the chemical bonds of molecules on the surface of the material and improve the chemical reactivity of particles (more than high-temperature plasma), while the temperature of neutral particles is close to room temperature. These advantages provide suitable conditions for surface modification of thermosensitive polymers. Through low-temperature plasma treatment, various physical and chemical changes occur on the surface of the material. The surface is cleaned and hydrocarbon contaminants such as grease and auxiliary additives are removed. Alternatively, the surface is roughened by etching to form a tightly cross-linked layer, or treated with oxygen-containing polar groups (such as hydroxy and carboxy groups). These groups promote adhesion of various materials to form a coating that is optimized for adhesive and paint applications.

3. Преимущества изобретения3. Advantages of the invention

Преимущества настоящего изобретения заключаются в следующем.The advantages of the present invention are as follows.

(1) В настоящем изобретении порошок углеродного волокна используют в качестве добавки для диспергирования в матрице сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, в результате чего получают волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию. По сравнению с предшествующим уровнем техники, в котором перчатки изготавливают путем смешения и плетения таких материалов, как стекловолокно и стальная проволока, со сверхвысокомолекулярным полиэтиленовым волокном, перчатка или ее заготовка, сотканная из сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна со сверхвысокой стойкостью резанию, раскрытая в настоящем изобретении, обеспечивает больший комфорт при носке, проявляющийся в ощущении мягкости, отсутствии таких проблем, таких как занозы, зуд, царапание и т. д., а также в простоте носки и т.д.(1) In the present invention, carbon fiber powder is used as an additive for dispersing in an ultra high molecular weight polyethylene fiber matrix, whereby an ultra high molecular weight polyethylene fiber with ultra high cutting resistance is obtained. Compared with the prior art, in which gloves are made by mixing and weaving materials such as glass fiber and steel wire with ultra high molecular weight polyethylene fiber, a glove or blank woven from ultra high molecular weight polyethylene fiber with ultra high cut resistance disclosed in the present invention provides greater wearing comfort, which is felt in softness, the absence of problems such as splinters, itching, scratching, etc., as well as ease of wearing, etc.

(2) По сравнению с другими неорганическими материалами высокой твердости, такими как нитрид бора и карбид вольфрама в качестве усиливающих добавок, порошок углеродного волокна, используемый в настоящем изобретении, не снижает стойкость резанию растущего сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, а также может снизить износ оборудования, затраты на оборудование и производство и не оказать негативного влияния на эффективность производства из-за относительно низкой твердости и относительно высокой вязкости углеродного волокна при смешении и прессовании порошка углеродного волокна со сверхвысокомолекулярным полиэтиленовым порошком для производства сверхвысокомолекулярного полиэтиленового растущего волокна. Кроме того, порошок из углеродного волокна обладает повышенной прочностью и мягкостью, поэтому поверхность матрицы из сверхвысокомолекулярного полиэтилена трудно проколоть и вызвать повреждение волокна. Следовательно, порошок из углеродного волокна может удерживаться в матрице из полиэтиленового волокна в течение более длительного периода времени, что позволяет износостойкому полиэтиленовому волокну иметь более продолжительное сопротивление резанию.(2) Compared with other high hardness inorganic materials such as boron nitride and tungsten carbide as reinforcing additives, the carbon fiber powder used in the present invention does not reduce the cutting resistance of growing ultra-high molecular weight polyethylene fiber, and can also reduce equipment wear, cost on equipment and production, and not adversely affect production efficiency due to the relatively low hardness and relatively high viscosity of carbon fiber when mixing and pressing carbon fiber powder with ultra-high molecular weight polyethylene powder to produce ultra-high molecular weight polyethylene growth fiber. In addition, the carbon fiber powder has increased strength and softness, so the surface of the UHMW polyethylene matrix is difficult to puncture and cause fiber damage. Therefore, the carbon fiber powder can be retained in the polyethylene fiber matrix for a longer period of time, which allows the wear-resistant polyethylene fiber to have longer cutting resistance.

(3) Кроме того, в настоящем изобретении при изготовлении сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна со сверхвысоким сопротивлением резанию порошок углеродного волокна предварительно подвергают обработке ПАВ, чтобы улучшить степень диспергирования порошка углеродного волокна и предотвратить агломерацию в растворителе. Далее порошок углеродного волокна сначала превращают в добавочный эмульгированный материал, а затем диспергируют в растворителе вместе с порошком сверхвысокомолекулярного полиэтилена для получения смеси. Шнековый экструдер используют при смешивании и экструдировании смеси для получения зарождающегося волокна, что позволяет однородный и чрезвычайно стабильный порошок из углеродного волокна оплавлять в матрицу из волокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена и смешивать с волокном из сверхвысокомолекулярного полиэтилена для образования стабильного твердого вещества, так что сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно выступает в качестве твердого диспергатора для порошка углеродного волокна, и в результате получают сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно с лучшим сопротивлением резанию, более высокой однородностью и лучшим качеством.(3) In addition, in the present invention, when manufacturing ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance, the carbon fiber powder is pre-treated with a surfactant to improve the dispersion degree of the carbon fiber powder and prevent agglomeration in the solvent. Next, the carbon fiber powder is first made into an additional emulsified material, and then dispersed in a solvent together with ultra-high molecular weight polyethylene powder to obtain a mixture. A screw extruder is used in mixing and extruding the nucleating fiber mixture, which allows a uniform and extremely stable carbon fiber powder to be melted into a matrix of ultra high molecular weight polyethylene fibers and mixed with ultra high molecular weight polyethylene fiber to form a stable solid, so that the ultra high molecular weight polyethylene fiber protrudes into as a solid dispersant for carbon fiber powder, resulting in ultra-high molecular weight polyethylene fiber with better cutting resistance, higher uniformity and better quality.

Таким образом, волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию, предусмотренное настоящим изобретением, значительно повышает сопротивление резанию полиэтиленовых волокон, и уровень сопротивления резанию вязаных перчаток и других тканных материалов может достичь и поддерживать стабильный уровень 5 согласно стандарту EN388-2003. Что более важно, сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно со сверхвысоким сопротивлением резанию, полученное в соответствии с настоящим изобретением, не нуждается в смешении со стальной проволокой, стекловолокном и другими армирующими материалами. Полученная защитная перчатка является мягкой, легкой, чувствительной и не склонной к усталостным изменениям при длительной носке, обеспечивая как сверхвысокое сопротивление резанию, так и комфорт при носке.Thus, the UHMWPE fiber of the present invention greatly improves the cutting resistance of polyethylene fibers, and the cutting resistance level of knitted gloves and other woven materials can reach and maintain a stable level of 5 according to EN388-2003. More importantly, the ultra high molecular weight polyethylene fiber with ultra high cutting resistance obtained in accordance with the present invention does not need to be mixed with steel wire, glass fiber and other reinforcing materials. The resulting protective glove is soft, light, responsive and not prone to fatigue changes during long wear, providing both ultra-high cutting resistance and wearing comfort.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения через конкретные варианты его реализации для облегчения понимания и иллюстрации настоящего изобретения.Below is a detailed description of the present invention through specific implementation options to facilitate understanding and illustration of the present invention.

Общая концепция настоящего изобретения заключается в следующем: Определенное количество порошка углеродного волокна используют в качестве одного из исходных материалов для получения сверхвысокомолекулярного полиэтиленового зарождающегося волокна. Частицы порошка углеродного волокна однородно и стабильно вводят в матрицу из сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна и объединяют со сверхвысокомолекулярным полиэтиленовым волокном с образованием стабильного твердого вещества с получением волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию. По сравнению с другими неорганическими армирующими материалами высокой твердости углеродное волокно имеет несравнимую характеристику, т.е. «мягкость снаружи и твердость внутри». Углеродное волокно может заменить другие неорганические армирующие материалы высокой твердости для обеспечения сверхвысокомолекулярным полиэтиленовым волокнам высокого сопротивления резанию. Кроме того, углеродное волокно имеет значительные преимущества в снижении износа оборудования и предотвращении прокалывания матрицы из сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна при многократном использовании, что обычно приводит к снижению сопротивления резанию.The general concept of the present invention is as follows: A certain amount of carbon fiber powder is used as one of the raw materials for producing ultra-high molecular weight polyethylene nascent fiber. The carbon fiber powder particles are homogeneously and stably introduced into an ultra high molecular weight polyethylene fiber matrix and combined with the ultra high molecular weight polyethylene fiber to form a stable solid to form an ultra high molecular weight polyethylene fiber with ultra high cutting resistance. Compared to other high hardness inorganic reinforcing materials, carbon fiber has an incomparable characteristic, i. "Soft on the outside and hard on the inside." Carbon fiber can replace other high hardness inorganic reinforcing materials to provide ultra-high molecular weight polyethylene fibers with high cutting resistance. In addition, carbon fiber has significant advantages in reducing equipment wear and preventing the UHMW fiber matrix from being pierced through repeated use, typically resulting in reduced cutting resistance.

Предпочтительно конкретный способ получения согласно настоящему изобретению можно выполнять в соответствии со следующими этапами:Preferably, a specific production method according to the present invention can be carried out in accordance with the following steps:

(1) Приготовление порошка из углеродного волокна:(1) Preparation of carbon fiber powder:

Частицы порошка углеродного волокна предпочтительно должны иметь форму стержня диаметром 0,1-10 мкм и длиной 0,1-100 мкм; и более предпочтительно длиной 20-60 мкм.The carbon fiber powder particles should preferably be in the form of a rod with a diameter of 0.1-10 µm and a length of 0.1-100 µm; and more preferably 20-60 µm in length.

Основным компонентом порошка углеродного волокна является микрокристаллический графит, который можно получить путем дробления и просеивания отработанных углеродных волокон или изготовлением путем разрезания нитей из углеродного волокна.The main component of carbon fiber powder is microcrystalline graphite, which can be obtained by crushing and sieving waste carbon fibers, or fabricated by cutting carbon fiber filaments.

(2) Обработка поверхности порошка углеродного волокна:(2) Surface treatment of carbon fiber powder:

Основной функцией обработки поверхности является активация поверхности частиц порошка углеродного волокна. Доступные способы включают: газофазное окисление, жидкофазное окисление, каталитическое окисление, покрытие связующим агентом, полимерное покрытие и плазменную обработку.The main function of surface treatment is to activate the surface of carbon fiber powder particles. Available methods include: gas phase oxidation, liquid phase oxidation, catalytic oxidation, bonding agent coating, polymer coating and plasma treatment.

После активации частиц углеродного волокна поверхность углеродного волокна имеет слабую полярность, что может улучшить диспергирование частиц углеродного волокна в растворителе, предотвратить агломерацию порошка углеродного волокна и, таким образом, дополнительно повысить однородность дисперсии, поверхностную гомогенизацию смеси и/или смачиваемость частиц углеродного волокна в сверхвысокомолекулярной полиэтиленовой матрице, благодаря чему получают полиэтиленовое волокно со сверхвысоким сопротивлением резанию с улучшенными характеристиками.After the activation of the carbon fiber particles, the surface of the carbon fiber has a weak polarity, which can improve the dispersion of the carbon fiber particles in the solvent, prevent the agglomeration of the carbon fiber powder, and thus further improve the dispersion uniformity, the surface homogenization of the mixture and/or the wettability of the carbon fiber particles in the ultra-high molecular weight polyethylene matrix, resulting in a polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance with improved characteristics.

(3) Приготовление эмульгированного материала порошка углеродного волокна (3) Preparation of emulsified carbon fiber powder material

Обработанный порошок углеродного волокна и ПАВ добавляют к растворителю для осуществления эмульгирования с большим усилием сдвига для получения эмульгированного материала из порошка углеродного волокна. Растворитель может быть представлен одним или несколькими растворителями, выбранными из группы, состояющей из беленого масла, минерального масла, растительного масла, парафинового масла и декалина.The treated carbon fiber powder and surfactant are added to the solvent to carry out high shear emulsification to obtain an emulsified carbon fiber powder material. The solvent may be one or more solvents selected from the group consisting of bleached oil, mineral oil, vegetable oil, paraffin oil and decalin.

(4) Приготовление смеси: порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой 200000-6000000 (предпочтительно 400000-800000) и эмульгированный материал из порошка углеродного волокна добавляют к оставшемуся растворителю для получения смеси. Массовое соотношение сверхвысокомолекулярного полиэтилена, эмульгированного материала из порошка углеродного волокна и растворителя составляет (10-40):(0,1-1):100.(4) Preparation of a mixture: ultra-high molecular weight polyethylene powder with a molecular weight of 200,000-6,000,000 (preferably 400,000-800,000) and emulsified carbon fiber powder material are added to the remaining solvent to obtain a mixture. The weight ratio of the ultra high molecular weight polyethylene, the emulsified carbon fiber powder material and the solvent is (10-40):(0.1-1):100.

Растворитель может быть представлен одним или несколькими растворителями, выбранными из группы, состоящей из беленого масла, минерального масла, растительного масла, парафинового масла и декалина.The solvent may be one or more solvents selected from the group consisting of bleached oil, mineral oil, vegetable oil, paraffin oil and decalin.

(5) Приготовление порезостойкого полиэтиленового волокна(5) Preparation of cut-resistant polyethylene fiber

Смесь экструдируют через двухшнековый экструдер, и получают зарождающееся волокно путем охлаждения и формования в высадительной ванне. Температуру каждой зоны двухшнекового экструдера поддерживают в диапазоне 100-300°C. Зарождающееся волокно извлекают, сушат и подвергают многостадийной термовытяжке с образованием волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию.The mixture is extruded through a twin screw extruder and a nascent fiber is obtained by cooling and spinning in a spinning bath. The temperature of each zone of the twin screw extruder is maintained in the range of 100-300°C. The nascent fiber is recovered, dried, and subjected to multi-stage thermal stretching to form an ultra high molecular weight polyethylene fiber with ultra high cutting resistance.

Преимущества решения по настоящему изобретению дополнительно описаны ниже в сочетании с конкретными способами осуществления.The advantages of the solution of the present invention are further described below in conjunction with specific implementation methods.

Пример осуществления 1Embodiment 1

Данный способ осуществления обеспечивает способ получения сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна со сверхвысоким сопротивлением резанию, включающий следующие этапы.This implementation method provides a method for producing ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance, including the following steps.

(1) 750 г порошка углеродного волокна с длиной частиц 10-20 мкм подвергают плазменной обработке поверхности в течение 1 часа.(1) 750 g of carbon fiber powder with a particle length of 10-20 µm is subjected to plasma surface treatment for 1 hour.

(2) взвешивают 100 кг беленого масла, отбирают 5 кг из 100 кг беленого масла для добавления к обработанному порошку углеродного волокна и 5 мл ПАВ (динатриймонолаурилсульфосукцинат) для эмульгирования с высоким усилием сдвига со скоростью сдвига 2800 об/мин в течение 30 мин для получения эмульгированного материала углеродного волокна.(2) Weigh 100 kg of bleached oil, select 5 kg of 100 kg of bleached oil to add to the treated carbon fiber powder, and 5 ml of surfactant (disodium monolaurylsulfosuccinate) for high shear emulsification at a shear rate of 2800 rpm for 30 minutes to obtain emulsified carbon fiber material.

(3) 15 кг порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой 2000000 и средним размером частиц 100 мкм и эмульгированный материал из углеродного волокна добавляют к оставшимся 95 кг беленого масла и равномерно перемешивают в течение 1 часа для получения смеси.(3) 15 kg of ultra-high molecular weight polyethylene powder with a molecular weight of 2,000,000 and an average particle size of 100 μm and an emulsified carbon fiber material are added to the remaining 95 kg of bleached oil and uniformly mixed for 1 hour to obtain a mixture.

(4) Смесь смешивают и экструдируют через двухшнековый экструдер, охлаждают и формуют в высадительной ванне для получения зарождающегося волокна. Полученное зарождающееся волокно извлекают, сушат и подвергают многостадийной термовытяжке с образованием волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию, в котором концентрация углеродного волокна, диспергированного в сверхвысокомолекулярном полиэтилене, составляет 5%.(4) The mixture is mixed and extruded through a twin screw extruder, cooled and shaped in a spinning pot to obtain a nascent fiber. The resultant nascent fiber is recovered, dried, and subjected to multi-stage thermal stretching to form an ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance, in which the concentration of carbon fiber dispersed in the ultra-high molecular weight polyethylene is 5%.

Порезостойкие перчатки из вышеуказанного волокна мягкие и удобные, не создают ощущения покалывания. В соответствии с испытанием стандарта EN388-2003 класс порезостойкости соответствует уровню 5.The cut-resistant gloves made from the above fiber are soft and comfortable without tingling sensation. According to EN388-2003 test, the cut resistance class is level 5.

Пример осуществления 2Embodiment 2

(1) 800 г порошка углеродного волокна с длиной частиц 20-30 мкм подвергают плазменной обработке поверхности в течение 1 часа.(1) 800 g of carbon fiber powder with a particle length of 20-30 µm is subjected to plasma surface treatment for 1 hour.

(2) взвешивают 100 кг беленого масла, отбирают 5 кг из 100 кг беленого масла для добавления к обработанному порошку углеродного волокна и 15 мл ПАВ (динатрийкокамид-мео-сульфосукцинат (DMSS)) для эмульгирования с высоким усилием сдвига со скоростью сдвига 2800 об/мин в течение 30 мин для получения эмульгированного материала углеродного волокна.(2) weigh 100 kg of bleached oil, select 5 kg of 100 kg of bleached oil to add to the treated carbon fiber powder, and 15 ml of surfactant (disodium cocamide-meo-sulfosuccinate (DMSS)) for high shear emulsification at a shear rate of 2800 rpm min for 30 min to obtain an emulsified carbon fiber material.

(3) 20 кг порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой 3000000 и средним размером частиц 100 мкм и эмульгированный материал из углеродного волокна добавляют к оставшимся 95 кг беленого масла и равномерно перемешивают в течение 1 часа для получения смеси.(3) 20 kg of ultra-high molecular weight polyethylene powder with a molecular weight of 3,000,000 and an average particle size of 100 μm and an emulsified carbon fiber material are added to the remaining 95 kg of bleached oil and uniformly mixed for 1 hour to obtain a mixture.

(4) Смесь смешивают и экструдируют через двухшнековый экструдер, охлаждают и формуют в высадительной ванне для получения зарождающегося волокна. Полученное зарождающееся волокно извлекают, сушат и подвергают многостадийной термовытяжке с образованием волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию, в котором концентрация углеродного волокна, диспергированного в сверхвысокомолекулярном полиэтилене, составляет 4%.(4) The mixture is mixed and extruded through a twin screw extruder, cooled and shaped in a spinning pot to obtain a nascent fiber. The resultant nascent fiber is recovered, dried, and subjected to multi-stage thermal stretching to form an ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance, in which the concentration of carbon fiber dispersed in the ultra-high molecular weight polyethylene is 4%.

Порезостойкие перчатки из вышеуказанного волокна мягкие и удобные, не вызывают покалывания. В соответствии с испытанием стандарта EN388-2003 класс порезостойкости соответствует уровню 5.Cut-resistant gloves made of the above fiber are soft and comfortable, without tingling. According to EN388-2003 test, the cut resistance class is level 5.

Пример осуществления 3Embodiment 3

(1) 1000 г порошка углеродного волокна с длиной частиц 30-60 мкм подвергают плазменной обработке поверхности в течение 1 часа.(1) 1000 g of carbon fiber powder with a particle length of 30-60 µm is subjected to plasma surface treatment for 1 hour.

(2) взвешивают 100 кг беленого масла, отбирают 5 кг из 100 кг беленого масла для добавления к обработанному порошку углеродного волокна и 10 мл ПАВ (сложный эфир фосфористой кислоты и лаурилового спирта (MAP)) для эмульгирования с высоким усилием сдвига со скоростью сдвига 2800 об/мин в течение 30 мин для получения эмульгированного материала углеродного волокна.(2) Weigh 100 kg of bleached oil, select 5 kg of 100 kg of bleached oil to add to the treated carbon fiber powder, and 10 ml of surfactant (MAP) for high shear emulsification at a shear rate of 2800 rpm for 30 min to obtain an emulsified carbon fiber material.

(3) 10 кг порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой 2 600000 и средним размером частиц 100 мкм и эмульгированный материал из углеродного волокна добавляют к оставшимся 95 кг беленого масла и равномерно перемешивают в течение 1 часа для получения смеси.(3) 10 kg of ultra-high molecular weight polyethylene powder with a molecular weight of 2600,000 and an average particle size of 100 μm and an emulsified carbon fiber material are added to the remaining 95 kg of bleached oil and uniformly mixed for 1 hour to obtain a mixture.

(4) Смесь смешивают и экструдируют через двухшнековый экструдер, охлаждают и формуют в высадительной ванне для получения зарождающегося волокна. Полученное зарождающееся волокно извлекают, сушат и подвергают многостадийной термовытяжке с образованием волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию, в котором концентрация углеродного волокна, диспергированного в сверхвысокомолекулярном полиэтилене, составляет 10%.(4) The mixture is mixed and extruded through a twin screw extruder, cooled and shaped in a spinning pot to obtain a nascent fiber. The resultant nascent fiber is recovered, dried, and subjected to multi-stage thermal stretching to form an ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance, in which the concentration of carbon fiber dispersed in the ultra-high molecular weight polyethylene is 10%.

Пример осуществления 4Embodiment 4

(1) 750 г порошка углеродного волокна с длиной частиц 20-30 мкм подвергают плазменной обработке поверхности в течение 1 часа.(1) 750 g of carbon fiber powder with a particle length of 20-30 µm is subjected to plasma surface treatment for 1 hour.

(2) взвешивают 100 кг беленого масла, отбирают 5 кг из 100 кг беленого масла для добавления к обработанному порошку углеродного волокна и 10 мл ПАВ (калия монолаурилфосфат (МАРК)) для эмульгирования с высоким усилием сдвига со скоростью сдвига 2800 об/мин в течение 30 мин для получения эмульгированного материала углеродного волокна.(2) Weigh 100 kg of bleached oil, select 5 kg from 100 kg of bleached oil to add to the treated carbon fiber powder, and 10 ml of surfactant (potassium monolauryl phosphate (MAP)) for high shear emulsification at a shear rate of 2800 rpm for 30 min to obtain an emulsified carbon fiber material.

(3) 20 кг порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой 3 600000 и средним размером частиц 100 мкм и эмульгированный материал из углеродного волокна добавляют к оставшимся 95 кг беленого масла и равномерно перемешивают в течение 1 часа для получения смеси.(3) 20 kg of ultra-high molecular weight polyethylene powder with a molecular weight of 3,600,000 and an average particle size of 100 μm and an emulsified carbon fiber material are added to the remaining 95 kg of bleached oil and uniformly mixed for 1 hour to obtain a mixture.

(4) Смесь смешивают и экструдируют через двухшнековый экструдер, охлаждают и формуют в высадительной ванне для получения зарождающегося волокна. Полученное зарождающееся волокно извлекают, сушат и подвергают многостадийной термовытяжке с образованием волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию, в котором концентрация углеродного волокна, диспергированного в сверхвысокомолекулярном полиэтилене, составляет 3,75%.(4) The mixture is mixed and extruded through a twin screw extruder, cooled and shaped in a spinning pot to obtain a nascent fiber. The resultant nascent fiber is recovered, dried, and subjected to multi-stage thermal stretching to form an ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance, in which the concentration of carbon fiber dispersed in the ultra-high molecular weight polyethylene is 3.75%.

Пример осуществления 5Embodiment 5

(1) 600 г порошка углеродного волокна с длиной частиц 40-60 мкм подвергают плазменной обработке поверхности в течение 1 часа.(1) 600 g of carbon fiber powder with a particle length of 40-60 µm is subjected to plasma surface treatment for 1 hour.

(2) взвешивают 100 кг растительного масла, отбирают 5 кг из 100 кг растительного масла для добавления к обработанному порошку углеродного волокна и 10 мл ПАВ (калия полиоксиэтилена лауриловый эфир фосфат (МАЕРК)) для эмульгирования с высоким усилием сдвига со скоростью сдвига 2800 об/мин в течение 30 мин для получения эмульгированного материала углеродного волокна.(2) Weigh 100 kg of vegetable oil, select 5 kg of 100 kg of vegetable oil to add to the treated carbon fiber powder, and 10 ml of surfactant (potassium polyoxyethylene lauryl ether phosphate (MAEP)) for high shear emulsification at a shear rate of 2800 rpm min for 30 min to obtain an emulsified carbon fiber material.

(3) 30 кг порошка сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой 400000 и средним размером частиц 100 мкм и эмульгированный материал из углеродного волокна добавляют к оставшимся 95 кг растительного масла и равномерно перемешивают в течение 1 часа для получения смеси.(3) 30 kg of ultra-high molecular weight polyethylene powder with a molecular weight of 400,000 and an average particle size of 100 μm and an emulsified carbon fiber material are added to the remaining 95 kg of vegetable oil and uniformly mixed for 1 hour to obtain a mixture.

(4) Смесь смешивают и экструдируют через двухшнековый экструдер, охлаждают и формуют в высадительной ванне для получения зарождающегося волокна. Полученное зарождающееся волокно извлекают, сушат и подвергают многостадийной термовытяжке с образованием волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию, в котором концентрация углеродного волокна, диспергированного в сверхвысокомолекулярном полиэтилене, составляет 2%.(4) The mixture is mixed and extruded through a twin screw extruder, cooled and shaped in a spinning pot to obtain a nascent fiber. The resultant nascent fiber is recovered, dried, and subjected to multi-stage thermal stretching to form an ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance, in which the concentration of carbon fiber dispersed in the ultra-high molecular weight polyethylene is 2%.

Порезостойкие перчатки из вышеуказанного волокна мягкие и удобные, не создают ощущения покалывания. В соответствии с испытанием стандарта EN388-2003 класс порезостойкости соответствует уровню 4.The cut-resistant gloves made from the above fiber are soft and comfortable without tingling sensation. According to EN388-2003 test, the cut resistance class is level 4.

Пример осуществления 6Embodiment 6

Данный способ осуществления основан на способе осуществления 1, в котором не выполняют какой-либо обработки поверхности углеродного волокна, и оно агломерирует в эмульгированном материале. Остальные условия и процедуры обработки такие же, как в способе осуществления 1. Получают сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно со сверхвысоким сопротивлением резанию, в котором углеродное волокно диспергировано в сверхвысокомолекулярном полиэтилене в концентрации 5%. Углеродное волокно без обработки ПАВ склонно к агломерации, и полученные филаментные нити волокна менее прядильны, а сопротивление резанию перчаток, сотканных из волокна, также является нестабильным.This embodiment is based on the embodiment 1, in which no surface treatment is performed on the carbon fiber, and it is agglomerated in an emulsified material. The rest of the processing conditions and procedures are the same as in Method 1. An ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance is obtained in which the carbon fiber is dispersed in the ultra-high molecular weight polyethylene at a concentration of 5%. Carbon fiber without surfactant treatment is prone to agglomeration, and the resulting fiber filaments are less spinnable, and the cutting resistance of fiber woven gloves is also unstable.

Сравнительный пример 1Comparative Example 1

Углеродное волокно в способе осуществления 1 заменяют на 750 г нитрида бора с длиной частиц 10-20 мкм. Остальные условия и процедуры обработки такие же, как в способе осуществления 1. Получают сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно со сверхвысоким сопротивлением резанию, в котором нитрид бора диспергирован в сверхвысокомолекулярном полиэтилене в концентрации 5%. Полученные филаментные нити волокна менее пригодны для прядения. Сопротивление резанию перчаток, сотканных из волокна, быстро снижается, и перчатки становятся твердыми, неудобными и колючими при постоянном расходе перчаток.The carbon fiber in the implementation method 1 is replaced by 750 g of boron nitride with a particle length of 10-20 μm. The rest of the processing conditions and procedures are the same as in method 1. Ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance is obtained, in which boron nitride is dispersed in ultra-high molecular weight polyethylene at a concentration of 5%. The resulting filament yarns are less suitable for spinning. The cutting resistance of gloves woven from fiber quickly decreases and the gloves become hard, uncomfortable and prickly with constant consumption of gloves.

Сравнительный пример 2Comparative Example 2

Углеродное волокно в способе осуществления 1 заменяют на 750 г углеродистого вольфрама с длиной частиц 10-20 мкм. Остальные условия и процедуры обработки такие же, как в способе осуществления 1. Получают сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно со сверхвысоким сопротивлением резанию, в котором углеродистый вольфрам диспергирован в сверхвысокомолекулярном полиэтилене в концентрации 5%. Полученные филаментные нити волокна менее прядомые. Сопротивление резанию перчаток, сотканных из волокна, быстро снижается, и перчатки становятся твердыми, неудобными и колючими при постоянном расходе перчаток.The carbon fiber in the implementation method 1 is replaced by 750 g of carbon tungsten with a particle length of 10-20 μm. The rest of the processing conditions and procedures are the same as in method 1. Ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cutting resistance is obtained in which tungsten carbon is dispersed in ultra-high molecular weight polyethylene at a concentration of 5%. The resulting fiber filaments are less spinnable. The cutting resistance of gloves woven from fiber quickly decreases and the gloves become hard, uncomfortable and prickly with constant consumption of gloves.

Волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена со сверхвысоким сопротивлением резанию, полученные согласно примерам 1-6 и сравнительных примеров 1-2, вплетены в 13-игольные защитные перчатки, соответственно. После того, как перчатки надеты и использованы работниками одной и той же должности и с одними и теми же должностными обязанностями в течение 1 дня (1 день) и 20 дней (20 дней), рабочие характеристики перчаток соответственно проверяют. Результаты испытания приведены в следующей таблице.Ultra-high molecular weight polyethylene fibers with ultra-high cutting resistance, obtained according to examples 1-6 and comparative examples 1-2, are woven into 13-needle protective gloves, respectively. After gloves are put on and used by workers in the same position and with the same job duties for 1 day (1 day) and 20 days (20 days), the performance of the gloves is checked accordingly. The test results are shown in the following table.

Показатель
ГруппаIndex
Group Данные испытания согласно EN388-2003 (1 день)Test data according to EN388-2003 (1 day) Класс согласно EN388-2003 (1 день)Class according to EN388-2003 (1 day) Данные испытания согласно
EN388-2003 (20 дней)Test data according to
EN388-2003 (20 days) Описание перчаток через 20 дней использованияDescription of gloves after 20 days of use Пример осуществления 1Embodiment 1 20,720.7 55 19,519.5 Поверхность перчаток мягкая и гладкаяThe surface of the gloves is soft and smooth Пример осуществления 2Embodiment 2 22,122.1 55 20,620.6 Поверхность перчаток мягкая и гладкаяThe surface of the gloves is soft and smooth Пример осуществления 3Embodiment 3 21,621.6 55 20,320.3 Поверхность перчаток мягкая и гладкаяThe surface of the gloves is soft and smooth Пример осуществления 4Embodiment 4 22,822.8 55 21,821.8 Поверхность перчаток мягкая и гладкаяThe surface of the gloves is soft and smooth Пример осуществления 5Embodiment 5 12,612.6 4four 12,212.2 Поверхность перчаток мягкая и гладкаяThe surface of the gloves is soft and smooth Пример осуществления 6Embodiment 6 9,8-20,29.8-20.2 3-53-5 9,1-15,79.1-15.7 Поверхность перчаток мягкая и гладкаяThe surface of the gloves is soft and smooth Сравнительный пример 1Comparative Example 1 13,013.0 4four 4,84.8 Поверхность перчаток шероховатая и твердаяThe surface of the gloves is rough and hard Сравнительный пример 2Comparative Example 2 20,520.5 55 7,67.6 Поверхность перчаток шероховатая и твердаяThe surface of the gloves is rough and hard

Результаты испытаний вышеуказанных вариантов осуществления изобретения показывают, что сопротивление резанию тканных материалов, сотканных из сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна со сверхвысокой стойкостью резанию, полученных в соответствии с настоящим изобретением, действительно может достигать уровней 4-5 согласно стандарту EN388-2003. Что еще более важно, сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно со сверхвысоким сопротивлением резанию, полученное в соответствии с настоящим изобретением, не нуждается в смешивании со стальной проволокой, стекловолокном и другими армирующими материалами. Полученные защитные перчатки мягкие, легкие, чувствительные и удобные, с низким усталостным изменением после длительного использования.The test results of the above embodiments of the invention show that the cutting resistance of woven fabrics woven from ultra-high molecular weight polyethylene fiber with ultra-high cut resistance obtained in accordance with the present invention can indeed reach levels 4-5 according to EN388-2003. More importantly, the ultra high molecular weight polyethylene fiber with ultra high cutting resistance obtained in accordance with the present invention does not need to be mixed with steel wire, glass fiber and other reinforcing materials. The resulting protective gloves are soft, light, sensitive and comfortable, with low fatigue change after prolonged use.

Кроме того, по сравнению с вариантами осуществления изобретения 1-5, вариант осуществления изобретения 6 показывает нестабильный результат испытания, который в основном обусловлен неравномерным распределением углеродного волокна в матрице сверхвысокомолекулярного полиэтилена.In addition, compared with Embodiments 1 to 5, Embodiment 6 shows an unstable test result, which is mainly due to uneven distribution of carbon fiber in the matrix of ultra-high molecular weight polyethylene.

По сравнению с вариантами осуществления изобретения 1-6 порезостойкие перчатки в сравнительных примерах 1-2 показывают значение сопротивления резанию и класс, эквивалентные показателям вариантов осуществления изобретения 1-6 по настоящему изобретению при использовании в течение приблизительно 1 дня. Однако после 20 дней использования сопротивление резанию перчаток сравнительных примеров 1-2 резко падает, и перчатки становятся зазубренными, твердыми и неудобными. В варианте осуществления изобретения 6 для испытания взяты три различных участка с получением диапазона значений. В перчатках сравнительных примеров 1-2, главным образом из-за многократных изгибов и скручиваний в течение 20 дней использования, негибкий неорганический армирующий материал высокой твердости непосредственно проникает в полиэтиленовую матрицу, что приводит к повреждению поверхности полиэтиленовой матрицы и образованию заусенцев. Между тем, частичное высвобождение неорганического армирующего материала еще больше снижает сопротивление резанию. Напротив, армированные по настоящему изобретению углеродным волокном полиэтиленовые перчатки демонстрируют исключительную долговечность, и после многократного использования сопротивление резанию практически эквивалентно сопротивлению резания только что изготовленного продукта. Кроме того, полиэтиленовая перчатка, армированная углеродным волокном, мягкая и гладкая, а ощущения при носке - хорошие.Compared with Embodiments 1-6, the cut-resistant gloves in Comparative Examples 1-2 show a cutting resistance value and grade equivalent to those of Embodiments 1-6 of the present invention when used for about 1 day. However, after 20 days of use, the cutting resistance of the gloves of Comparative Examples 1 to 2 dropped sharply, and the gloves became jagged, hard, and uncomfortable. In Embodiment 6, three different areas were taken for testing to obtain a range of values. In the gloves of Comparative Examples 1 to 2, mainly due to repeated bending and twisting during 20 days of use, the inflexible high hardness inorganic reinforcing material directly penetrates the polyethylene matrix, resulting in damage to the surface of the polyethylene matrix and burr formation. Meanwhile, the partial release of the inorganic reinforcing material further reduces the cutting resistance. In contrast, the carbon fiber-reinforced polyethylene gloves of the present invention exhibit exceptional durability, and after repeated use, the cutting resistance is almost equivalent to that of a freshly manufactured product. In addition, the carbon fiber reinforced polyethylene glove is soft and smooth, and the wearing feeling is good.

Это свидетельствует о том, что, поскольку неорганический армирующий материал высокой твердости, используемый в сравнительном примере 1, имеет высокую твердость, но низкую мягкость, он легко проникает в поверхность матрицы из сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, что вызывает истирание и потерю высокой твердости армирующего материала, приводя к быстрому снижению сопротивления резанию. Кроме того, порезостойкая перчатка, изготовленная с использованием углеродного волокна в качестве добавки к армирующему материалу в настоящем изобретении, обладает сопротивлением резанию, сравнимым с перчатками с добавками неорганических материалов высокой твердости, таких как нитрид бора и карбид вольфрама.This indicates that since the high hardness inorganic reinforcing material used in Comparative Example 1 has high hardness but low softness, it easily penetrates into the surface of the UHMWPE fiber matrix, which causes abrasion and loss of high hardness of the reinforcing material, resulting in to a rapid reduction in cutting resistance. In addition, the cut-resistant glove made using carbon fiber as a reinforcing material additive in the present invention has a cutting resistance comparable to gloves containing high hardness inorganic materials such as boron nitride and tungsten carbide.

При этом, в соответствии с экспериментальными исследованиями заявителя, проведенными в последние шесть месяцев, было установлено, что при использовании неорганических присадок высокой твердости в сравнительных примерах 1-2 для повышения сопротивления резанию сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых волокон, происходит серьезное и явное повреждение и быстрый износ такого оборудование, как шнеки экструдера. Однако в настоящем изобретении для замены этих неорганических армирующих материалов высокой твердости используют углеродное волокно, и степень абразивного износа оборудования практически равна таковой для производства обычных сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых волокон.Meanwhile, in accordance with the applicant's experimental studies conducted in the past six months, it was found that when using high hardness inorganic additives in comparative examples 1-2 to increase the cutting resistance of ultra-high molecular weight polyethylene fibers, serious and obvious damage and rapid wear of such equipment occurs. like extruder screws. However, in the present invention, carbon fiber is used to replace these high hardness inorganic reinforcing materials, and the abrasion rate of the equipment is almost equal to that of conventional ultra-high molecular weight polyethylene fibers.

Claims

1. An ultra-high molecular weight polyethylene fiber comprising an ultra-high molecular weight polyethylene matrix and carbon fiber powder particles dispersed therein, in which the content of carbon fiber powder particles is 0.25-10 wt.% and said carbon fiber powder particles are activated by plasma treatment.

2. A method for producing ultra-high molecular weight polyethylene fiber, including

S1: performing plasma pretreatment of the carbon fiber powder particles to activate the surface of the carbon fiber powder particles;

S2: mixing and emulsifying carbon fiber powder particles with a first solvent and a surfactant to obtain an emulsified carbon fiber powder material;

S3: dispersing an emulsified material of carbon fiber powder and ultra high molecular weight polyethylene powder with a molecular weight of 200,000 to 6,000,000 in a second solvent to obtain a mixture; and

S4: mixing and extruding the mixture through an extruder, cooling and spinning in a spinning bath to obtain a nascent fiber, extracting, drying and multi-stage thermostretching of the nascent fiber to obtain an ultra-high molecular weight polyethylene fiber.

3. The method according to claim 2, wherein the carbon fiber powder particles are 0.1-10 µm in diameter and 0.1-100 µm in length, preferably the carbon fiber powder particles are in the form of a long rod with a length greater than the diameter.

4. The method according to claim 3, in which the main component of the carbon fiber powder particles is microcrystalline graphite, and the carbon fiber powder particles are obtained by grinding waste carbon fibers.

5. The method according to claim 2 or 3, wherein the weight ratio of ultra-high molecular weight polyethylene, carbon fiber powder and solvent is (10-40):(0.1-1):100 and the weight of the solvent is equal to the sum of the weights of the first and second solvents.

6. The method according to claim 2, in which the molecular weight of ultra-high molecular weight polyethylene is 2000000 - 5000000.

7. The method of claim. 2, in which the extruder is a twin screw extruder and the temperature of each zone of the twin screw extruder is maintained in the range of 100-300°C.

8. A glove containing a knitted fabric obtained from ultra-high molecular weight polyethylene fiber according to claim 1.

9. An element of clothing containing a knitted fabric obtained from ultra-high molecular weight polyethylene fiber according to claim 1.