TW202104413A - 超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維及其製備方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維，其包含超高分子量聚乙烯基質和分散於其中的碳纖維粉末顆粒，所述碳纖維粉末顆粒的含量為0.25~10wt%。本發明還涉及超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的製備方法和由其編織的防切割手套。經測試證明，由所述超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維編織的手套，手感柔軟、無扎刺感、佩戴舒適，經EN388-2003測試，防切割等級為4-5級。相比較於以往其他無機高度硬度增強材料的應用，本發明的超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維生產過程對設備損耗較好，且編織的防切割手套耐用度更高，防切割性能保持得更久。

Description

超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維及其製備方法
本發明涉及聚乙烯纖維技術領域，尤其是一種超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維及其製備方法。
超高分子量聚乙烯纖維是目前已經工業化纖維材料中比強度最高的纖維，具有優異的高強、高模、耐磨、耐化學腐蝕等性能，廣泛地應用在國防軍事、海工纜繩、個體防護等領域。隨著軍民融合的不斷深入，超高分子量聚乙烯纖維在民用市場的應用逐漸增大，其中以防切割手套為主的民用市場逐漸佔據主導地位。目前，常用的400D超高分子量聚乙烯纖維製成的防護手套，其切割等級最高為EN388-2003標準3級，且非常不穩定，越來越不適應實際工作環境中對割傷危害防護的需求。
為提高手套的防切割等級，常用的方法是將玻璃纖維、鋼絲等材料與超高分子量聚乙烯纖維混紡編織，達到提超高防切割等級的目的。這種方法雖然可以提高手套的防切割性能，但是由於鋼絲比較硬（硬度大不易佩戴且舒適性差），而玻璃纖維比較脆易斷裂外露、手套手感差、佩戴舒適度低，且玻璃纖維毛刺容易對手部造成騷癢、扎傷、戳劃等二次傷害，無法實現防護性能與舒適性能的相容。
另外，目前業內有人提出通過將無機高硬度材料加入到高分子聚乙烯粉料中混煉製成高分子量聚乙烯初生纖維，以增強聚乙烯纖維的防切割性能。雖然該方法確實可提高聚乙烯纖維的防切割性能，但仍然存在兩個比較明顯的問題：（1）該些無機高硬度材料硬度較大，不僅對製備設備的磨損較大，需頻繁更換設備局部裝置，增加了設備投資，同時也影響了生產效率；（2）經實際使用亦發現，這些高硬度材料因柔韌度低、易在反復使用過程中刺破聚乙烯纖維基質，從聚乙烯纖維中脫出而使聚乙烯纖維表面受到損傷且高強防切割性能失效。
（一）要解決的技術問題
有鑑於此，發明人希望提供一種超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維及其製備方法，以克服現有技術存在的問題。所述超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維能編織成防切割手套或防切割防護服等，實現高強防護性能和較好的佩戴舒適性，並避免對生產設備造成磨損和損傷，節省生產成本，延長防切割手套或防切割防護服的性能時效性。
（二）技術方案
為了達到上述目的，本發明採用的主要技術方案包括：
本申請的一個方面，提供一種超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維，其包含超高分子量聚乙烯基質和分散於其中的碳纖維粉末顆粒，所述碳纖維粉末顆粒的含量為0.25~10wt%。
典型但非限制的，所述碳纖維粉末在所述含超高分子量聚乙烯基質中的含量為0.25wt%、0.5wt%、1 wt%、1.2 wt%、1.5 wt%、2.0 wt%、2.5 wt%、3.0 wt%、3.5 wt%、4.0wt%、4.5 wt%、5.0wt%、5.5 wt%、6.0 wt%、6.5 wt%、7.0wt%、7.5 wt%、8.0 wt%、8.5 wt%、9.0wt%、9.5 wt%或10.0wt%。
若碳纖維粉末含量過高則導致聚乙烯基質比重過少，會使製得的聚乙烯纖維可紡性變差（在紡織過程中易斷），而碳纖維粉末含量過低則達不到預定的增加防切割性能的目的。
本發明還涉及一種超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，其包括：
S1:將碳纖維粉末與第一溶劑、表面活性劑混合乳化，製成碳纖維粉末乳化料；
S2:將所述碳纖維粉末乳化料與分子量為20-600萬的超高分子量聚乙烯粉料一同分散於第二溶劑中製得混合料；
S3:將所述混合料通過擠出機共混擠出，經過凝固浴冷卻成型製得初生纖維，將初生纖維萃取、乾燥、多級熱牽伸，製得超高防切割超高分子量聚乙烯纖維。
典型但非限制地，超高分子量聚乙烯的分子量為20萬、40萬、60萬、80萬、100萬、120萬、140萬、160萬、180萬、200萬、220萬、240萬、260萬、280萬、300萬、320萬、340萬、360萬、380萬、400萬、420萬、440萬、460萬、480萬、500萬、520萬、540萬、560萬、580萬或600萬。
在本發明的一個優選實施例中，所述碳纖維粉末的顆粒的直徑為0.1-10μm，長度為0.1-100μm。進一步地，所述碳纖維粉末的顆粒的形狀為長度大於直徑的長棒狀顆粒；更優選長度為20-60μm。典型但非限制的，所述碳纖維粉末的顆粒長度為20-30μm、30-40μm、40-50μm或50-60μm。
在本發明的一個優選實施例中，所述碳纖維粉末的主要成分是微晶石墨，既可由廢舊碳纖維粉碎製取也可由碳纖維長絲切割而成。
在本發明的一個優選實施例中，所述碳纖維粉末預先經過表面處理，使碳纖維粉末的顆粒表面活性化。藉此，可提高碳纖維粉末與溶劑、超高分子量聚乙烯粉料的界面融合性和/或濕潤性，從而獲得材料分佈均勻、性能更好更穩定的超高防切割聚乙烯纖維。
在本發明的一個優選實施例中，所述表面處理的方法為以下任一種或幾種的組合：氣相氧化、液相氧化、催化氧化、偶聯劑塗層、聚合物塗層、等離子體（電漿）處理。通過前述方式之一種的表面處理，使碳纖維顆粒表面帶有弱極性、防止碳纖維在溶劑中的團聚，提高其在溶劑中的分散度，從而可更均勻地分散於超高分子量聚乙烯基質中，並能夠與超高分子量聚乙烯基質緊密結合，防止碳纖維剝離，提高超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的性能均一性和時效性。
在本發明的一個優選實施例中，所述超高分子量聚乙烯、碳纖維粉末、溶劑的質量之比為10~40:0.1~1:100；所述溶劑的質量是指所述第一溶劑和第二溶劑質量之和。
按照上述質量配比，使製得的混合料為膏狀，且混合料內分散有足以起到較好防切割作用的碳纖維粉末。需要說明的本申請中，第一溶劑和第二溶劑只是溶劑使用的步驟不同，並不代表第一溶劑與第二溶劑不同。換句話說，第一溶劑和第二溶劑可為相同溶劑，也可為不同溶劑。
優選地，所述第一溶劑和第二溶劑均為選自白油、礦物油、植物油、石蠟油及十氫化萘中的一種或幾種。
在本發明的一個優選實施例中，所述超高分子量聚乙烯的分子量為200-500萬。
超高分子量聚乙烯的分子量越高，防切割性能和機械強度也越高，但若分子量過大則導致粘度太大，擠出製纖維絲時難度也較大，不易成絲，製備過程中對設備要求較高、設備損耗較大。經反復試驗，分子量為200-500萬時得到的防切割聚乙烯纖維絲各方面性能最優,且對設備損耗低。
在本發明的一個優選實施例中，所述擠出機為雙螺桿擠出機，其雙螺桿各區溫度控制在100-300℃之間。
在本發明的一個優選實施例中，所述表面活性劑為烷基醇醯胺（6502），其是採用椰子油或棕櫚仁油和二乙醇胺縮合反應而成的溫和非離子型表面活性劑，或所述表面活性劑為烷基醇醯胺磷酸酯。這些表面活性劑具有增溶、乳化的作用，具有抗靜電調理作用，無皮膚刺激性的特點，常用作洗潔精、衣物護理劑等。當然，表面活性劑不限於前述所列，但凡能起到乳化和增加碳纖維粉末在溶劑中分散度的表面活性劑均可，如硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉、烷基葡糖苷（APG）、三乙醇胺、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦（司盤）、聚山梨酯（吐溫）、二辛基琥珀酸磺酸鈉（阿洛索-OT）、甘膽酸鈉等等。
本發明涉及一種超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維，其是採用上述任一實施例所載的製備方法製備得到。
本發明還涉及一種超高防切割手套或防切割服，包含上述任一實施例或製備方法製備的所述超高防切割超高分子量聚乙烯纖維維編織而成的編織物。
碳纖維（carbon fiber，簡稱CF，是一種微晶石墨材料），是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維“外柔內剛”，品質比金屬鋁輕，但強度卻高於鋼鐵，並且具有耐腐蝕、高模量的特性，碳纖維具有碳材料的固有本征特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。其主要特點有：（1）兼具紡織纖維的柔軟可加工性；（2）抗拉強度在3500兆帕以上；（3）抗拉彈性模量 230到430G帕。
等離子表面處理：使用等離子表面處理器進行處理，處於非熱力學平衡狀態下的低溫等離子體中，電子具有較高的能量，可以斷裂材料表面分子的化學鍵，提高粒子的化學反應活性(大於熱等離子體)，而中性粒子的溫度接近室溫，這些優點為熱敏性高分子聚合物表面改性提供了適宜的條件。通過低溫等離子體表面處理，材料面發生多種的物理、化學變化。表面得到了清潔，去除了碳化氫類汙物，如油脂，輔助添加劑等，或產生刻蝕而粗糙，或形成緻密的交聯層，或引入含氧極性基團（羥基、羧基），這些基因對各類塗敷材料具有促進其粘合的作用，在粘合和油漆應用時得到了優化。
（三）有益效果
本發明的有益效果是：
(1)本發明通過將碳纖維粉末作為添加劑，分散在超高分子量聚乙烯纖維基質材料中，獲得一種具有超高防切割性能的超高分子量聚乙烯纖維。相比於現有技術中，將玻璃纖維、鋼絲等材料與超高分子量聚乙烯纖維混紡編織的方法，本發明的超高防切割性能的超高分子量聚乙烯纖維編織成的手套或手套胚具有更佳的佩戴舒適性，如更柔軟、觸摸感更好、無毛刺騷癢、戳劃等問題，易於佩戴等。
(2)相較於其他的如氮化硼、碳化鎢等無機高硬度材料作為增強添加劑，本發明使用的碳纖維粉末與超高分子量聚乙烯粉料共混擠出製造超高分子量聚乙烯初生纖維時，由於碳纖維硬度較低而韌性較大，故不僅不會削弱超高分子量聚乙烯初生纖維抗切割性能，並且對設備磨損較小，減少設備和生產成本，對生產效率也不會產生負面影響。此外，碳纖維粉末具有較強的柔軟性，不容易刺破超高分子量聚乙烯纖維基質表面而脫出並造成纖維損傷，故可使碳纖維粉末更持久地保留在聚乙烯纖維基質中，使高防切割聚乙烯纖維具有更持久的防切割性能。
(3)進一步地，本發明在製備超高防切割性能的超高分子量聚乙烯纖維時，將碳纖維粉末先經過表面活化處理，以提高碳纖維粉末的分散度，防止在溶劑分散中團聚，然後將碳纖維粉末先製成添加劑乳化料，然後與超高分子量聚乙烯粉料一同分散於溶劑中製成混合料，採用螺杆擠出機共混擠出製得初生纖維，使碳纖維粉末能夠均勻且十分穩定地融合到超高分子量聚乙烯纖維基質中，與超高分子量聚乙烯纖維結合為穩固體、使超高分子量聚乙烯纖維充當了碳纖維粉末的固體分散劑，製得防切割性能更優異、更均一、品質更好的超高分子量聚乙烯纖維。
綜上所述，本發明的超高防切割超高分子量聚乙烯纖維大大提高了聚乙烯纖維的防切割性能，所織成的手套等織物的抗切割等級可穩定達到EN388-2003標準5級。更重要的是，根據本發明生產的超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維，不需與鋼絲、玻璃纖維等材料混紡補強，而製得的防護手套質地柔軟、輕巧靈敏，長時間穿著不易疲勞，實現了超高防切割和佩戴舒適度的兼顧。
為了更好的解釋本發明，以便於理解，下面通過具體實施例，對本發明作詳細描述。
本發明的整體構思為：將一定量的碳纖維粉末作為超高分子量聚乙烯初生纖維的製備原料之一，使碳纖維粉末顆粒均勻且穩定地融合到超高分子量聚乙烯纖維基質中，與超高分子量聚乙烯纖維結合為穩固體，得到超高防切割超高分子量聚乙烯纖維。相比較於其他高硬度無機增強材料，碳纖維具有不可比擬的“外柔內剛”特性，不僅可取代其他高硬度無機增強材料使超高分子量聚乙烯纖維具備高防切割性能，同時在減少對設備磨損、在反復使用中防止刺破超高分子量聚乙烯纖維基質導致防切割性能變弱等方面，具有顯著優勢。
優選地，本發明的具體的製備方法可按照如下步驟進行：
（1）準備碳纖維粉末
碳纖維粉末的顆粒優選為棒狀，直徑為0.1-10μm，長度為0.1-100μm；而更優選的長度為20-60μm。
碳纖維粉末的主要成分是微晶石墨，可由廢舊的碳纖維粉碎、過篩製取；也可以碳纖維長絲切割製得。
（2）將碳纖維粉末進行表面處理
表面處理的主要作用是使碳纖維粉末的顆粒表面活化，可採用的方法包括：氣相氧化、液相氧化、催化氧化、偶聯劑塗層、聚合物塗層、等離子體處理。
碳纖維顆粒經活化處理後，使碳纖維表面帶有弱極性，可提高碳纖維顆粒在溶劑中的分散度，防止碳纖維粉末團聚、從而進一步提高碳纖維顆粒在超高分子量聚乙烯基質中的分散均勻度、界面融合性和/或濕潤性，從而獲得性能更好的超高防切割聚乙烯纖維。
（3）製碳纖維粉末的乳化料
取一部分溶劑，將處理好的碳纖維粉末與表面活性劑一起加入到該部分溶劑中，進行高剪切乳化，製成碳纖維粉末乳化料。溶劑為選自白油、礦物油、植物油、石蠟油及十氫化萘中的一種或幾種。
（4）製混合料：將分子量為20-600萬（優選40-80萬）的超高分子量聚乙烯粉料和碳纖維粉末乳化料加入到剩餘的溶劑中製成混合料。
其中，超高分子量聚乙烯：碳纖維乳化料：溶劑總品質之比為（10~40）：（0.1~1）：100。
其中，溶劑為選自白油、礦物油、植物油、石蠟油及十氫化萘中的一種或幾種。
（5）製防切割聚乙烯纖維
將混合料通過雙螺桿擠出機共混擠出，經過凝固浴冷卻成型製得初生纖維，其雙螺桿各區溫度控制在100-300℃之間；將初生纖維萃取、乾燥、經過多級熱牽伸後製成超高防切割超高分子量聚乙烯纖維。
以下結合具體實施例對本發明方案的技術效果進一步說明。
實施例1
本實施例提供一種超高防切割超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，其包括如下步驟：
（1）取長度為10-20μm的 750g碳纖維粉末，用等離子體對碳纖維粉末進行表面處理，處理時間為1h。
（2）稱量100kg白油，取出5kg，將處理好的碳纖維粉末及5ml表面活性劑（月桂基磺化琥珀酸單酯二鈉）加入到所取5kg白油中進行高剪切乳化，剪切速率為2800r/min，乳化時間30min，得到碳纖維乳化料。
（3）取分子量為200萬、平均粒徑100μm的超高分子量聚乙烯粉料15kg，將所取15kg超高分子量聚乙烯粉料及乳化好的碳纖維乳化料加入到所剩95kg白油中混合均勻，混合時間1h，得到混合料。
（4）將混合好的混合料經雙螺桿擠出機共混擠出，經過凝固浴冷卻成型製得初生纖維，所得的初生纖維經萃取、乾燥、經過多級熱牽伸後製成超高分子量聚乙烯超高防切割纖維,其中碳纖維在超高分子量聚乙烯分散濃度為5%。
利用上述纖維製得的防切割手套，手感柔軟、無扎刺感、佩戴舒適，經EN388-2003測試，防切割等級為5級。
實施例2
本實施例提供一種超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，其包括如下步驟：
（1）取長度為20-30μm 的800g碳纖維粉末，用等離子體對碳纖維粉末進行表面處理，處理時間為1h。
（2）稱量100kg白油，取出5kg，將處理好的碳纖維粉末及15ml表面活性劑（椰油酸單乙醇醯胺磺基琥珀酸單酯二鈉DMSS）加入到所取5kg白油中進行高剪切乳化，剪切速率為2800r/min，乳化時間30min，得到碳纖維粉末乳化料。
（3）取分子量為300萬，平均粒徑100μm的超高分子量聚乙烯粉料20kg，將所取20kg超高分子量聚乙烯粉料及乳化好的碳纖維粉末乳化料加入到所剩95kg白油中混合均勻，混合時間1h，得到混合料。
（4）將混合好的混合料經雙螺桿擠出機共混擠出，經過凝固浴冷卻成型製得初生纖維，所得的初生纖維經萃取、乾燥、經過多級熱牽伸後製成超高分子量聚乙烯超高防切割纖維，其中碳纖維在超高分子量聚乙烯分散濃度為4%。
利用上述纖維製得的防切割手套，手感柔軟、無扎刺感、佩戴舒適，經EN388-2003測試，防切割等級為5級。
實施例3
本實施例提供一種超高防切割超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，其包括如下步驟：
（1）取長度為30-60μm 的1000g碳纖維粉末，用等離子體對碳纖維粉末進行表面處理，處理時間為1h。
（2）稱量100kg白油，取出5kg，將處理好的碳纖維粉末及10ml表面活性劑（單月桂基磷酸酯MAP）加入到所取5kg白油中進行高剪切乳化，剪切速率為2800r/min，乳化時間30min，得到碳纖維粉末乳化料。
（3）取分子量為260萬，平均粒徑100μm的超高分子量聚乙烯粉料10kg，將所取10kg超高分子量聚乙烯粉料及乳化好的碳纖維粉末乳化料加入到所剩95kg白油中混合均勻，混合時間1h，得到混合料。
（4）將混合好的混合料經雙螺桿擠出機共混擠出，經過凝固浴冷卻成型製得初生纖維，所得的初生纖維經萃取、乾燥、經過多級熱牽伸後製成超高分子量聚乙烯超高防切割纖維，其中碳纖維在超高分子量聚乙烯分散濃度為10%。
利用上述纖維製得的防切割手套，手感柔軟、無扎刺感、佩戴舒適，經EN388-2003測試，防切割等級為5級。
實施例4
本實施例提供一種超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，其包括如下步驟：
（1）取長度為20-30μm 的750g碳纖維粉末，用等離子體對碳纖維粉末進行表面處理，處理時間為1h。
（2）稱量100kg白油，取出5kg，將處理好的碳纖維粉末及10ml表面活性劑（單十二烷基磷酸酯鉀MAPK）加入到所取5kg白油中進行高剪切乳化，剪切速率為2800r/min，乳化時間30min，得到碳纖維粉末乳化料。
（3）取分子量為360萬，平均粒徑100μm的超高分子量聚乙烯粉料20kg，將所取20kg超高分子量聚乙烯粉料及乳化好的碳纖維粉末乳化料加入到所剩95kg白油中混合均勻，混合時間1h，得到混合料。
（4）將混合好的混合料經雙螺桿擠出機共混擠出，經過凝固浴冷卻成型製得初生纖維，所得的初生纖維經萃取、乾燥、經過多級熱牽伸後製成超高分子量聚乙烯超高防切割纖維，其中碳纖維在超高分子量聚乙烯分散濃度為3.75%。
利用上述纖維製得的防切割手套，手感柔軟、無扎刺感、佩戴舒適，經EN388-2003測試，防切割等級為5級。
實施例5
本實施例提供一種超高防切割超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，其包括如下步驟：
（1）取長度為40-60μm 的600g碳纖維粉末，用等離子體對碳纖維粉末進行表面處理，處理時間為1h。
（2）稱量100kg植物油，取出5kg，將處理好的碳纖維粉末及10ml表面活性劑（月桂醇醚磷酸酯鉀MAEPK）加入到所取5kg植物油中進行高剪切乳化，剪切速率為2800r/min，乳化時間30min，製得碳纖維粉末乳化料。
（3）取分子量為40萬，平均粒徑100μm的超高分子量聚乙烯粉料30kg，將所取30kg超高分子量聚乙烯粉料及乳化好的碳纖維粉末乳化料加入到所剩95kg植物油中混合均勻，混合時間1h，得到混合料。
（4）將混合好的混合料經雙螺桿擠出機共混擠出，經過凝固浴冷卻成型製得初生纖維，所得的初生纖維經萃取、乾燥、經過多級熱牽伸後製成超高分子量聚乙烯超高防切割纖維，其中碳纖維在超高分子量聚乙烯分散濃度為2%。
利用上述纖維製得的防切割手套，手感柔軟、無扎刺感、佩戴舒適，經EN388-2003測試，防切割等級為4級。
實施例6
本實施例是在實施例1的基礎上，不對碳纖維進行任何表面處理，碳纖維在乳化料呈團聚狀。其他條件和處理常式參見實施例1，製得超高分子量聚乙烯超高防切割纖維，且碳纖維在超高分子量聚乙烯分散濃度為5%。不經表面活化處理的碳纖維容易聚團，所製得的纖維絲可紡性較差，由該纖維編織的手套其防切割性能也表現得不穩定。
對比例1
將實施例1中碳纖維替換為長度為10-20μm的 750g的氮化硼。其他條件和處理常式參見實施例1，製得超高分子量聚乙烯超高防切割纖維，且氮化硼在超高分子量聚乙烯分散濃度為5%。所製得的纖維絲其可紡性較差。由該纖維編織的手套隨著使用時間的延長，其防切割性能快速變差，且手套表面表現得毛刺、質硬，手感和佩戴舒適些都較差。
對比例2
將實施例1中碳纖維替換為長度為10-20μm的 750g的碳化鎢。其他條件和處理常式參見實施例1，製得超高分子量聚乙烯超高防切割纖維，且碳化鎢在超高分子量聚乙烯分散濃度為5%。所製得的纖維絲其可紡性較差。由該纖維編織的手套隨著使用時間的延長，其防切割性能快速變差，且手套表面表現得毛刺、質硬，手感和佩戴舒適些都較差。
將實施例1-6和對比例1-2所製備的超高防切割超高分子量聚乙烯纖維編織成13針防護手套，經同種崗位同種操作的工人穿戴使用1天(1d)和20天（20d）後，分別測試手套的性能，測試結果如下表：
指標 組別 EN388-2003 測試資料（1d） EN388-2003等級（1d） EN388-2003 測試資料（20d） 使用20天后 手套外觀  
實施例1 20.7 5 19.5 手套表面柔軟光滑
實施例2 22.1 5 20.6 手套表面柔軟光滑
實施例3 21.6 5 20.3 手套表面柔軟光滑
實施例4 22.8 5 21.8 手套表面柔軟光滑
實施例5 12.6 4 12.2 手套表面柔軟光滑
實施例6 9.8-20.2 3-5 9.1~15.7 手套表面柔軟光滑
對比例1 13.0 4 4.8 手套表面毛糙較硬
對比例2 20.5 5 7.6 手套表面毛糙較硬
由以上實施例測試結果可知，本發明的超高防切割超高分子量聚乙烯纖維所織成的手套等織物，防切割等級確實可穩定達到EN388-2003標準4-5級。更重要的是，根據本發明生產的超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維，不需與鋼絲、玻璃纖維等材料混紡進行補強，而製得的防護手套質地柔軟、輕巧、靈敏、佩戴舒適度好，長時間穿著不易疲勞。
此外，由實施例1-5與實施例6比較可知，實施例6的測試結果不太穩定，主要是由於碳纖維在超高分子聚乙烯基質中分佈不均所致。
實施例1-6與對比例1-2比較，對比例1-2的高防切割手套在使用約1天時，其防切割值和等級與本發明實施例1-6相當，但在使用20天后，對比例1-2的手套防切割性能激劇下降，且表面出現毛糙現象、手套變得較硬，舒適感很差。其中實施例6截取3個不同位置進行取樣測試，得到一個範圍值。對比例1-2的手套主要是因為在20天的使用過程中，反復彎折扭捏等原因，其中的高硬度無機增強材料因不具有柔韌性、會直接刺破聚乙烯基質，導致聚乙烯基質表面破損產生毛刺，而無機增強材料部分脫出也削弱了防切割性能。反之，本發明採用碳纖維增強的聚乙烯手套，則表現出異常耐用性、反復使用後，防切割性能與剛製得的產品幾乎相當，且質軟光滑，佩戴者體驗很好。
由此說明，由於對比例1使用的無機高硬度增強材料硬度雖高、但柔軟性較差，導致其容易刺破超高分子量聚乙烯纖維基質表面，造成損傷同時部分高硬度增強材料脫落，導致防切割性能下降較快。且本發明使用碳纖維作為防切割增強材料添加劑，製備的防切割手套，其防切割性能確實能與添加氮化硼、碳化鎢等無機高硬度材料相媲美。
此外，據申請人近半年的實驗製備研究，發現以對比例1-2中的無機高硬度添加材料增強高分子量聚乙烯纖維的防切割性能時，該高分子量聚乙烯纖維在製備過程中對擠出機的螺桿等設備磨損十分嚴重，設備折舊非常快，對設備的磨損表現十分顯著；而本發明用碳纖維替代這些無機高硬度增強材料後，則幾乎與以往單純生產超高分子量聚乙烯纖維對設備的磨損狀況相當。
無
無

Claims (11)

  1. 一種超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維，包含有超高分子量聚乙烯基質和分散於所述超高分子量聚乙烯基質中的碳纖維粉末顆粒，所述碳纖維粉末顆粒的含量為0.25~10wt%。
  2. 一種用以製備如請求項1所述的超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，係包含有： S1:將碳纖維粉末與第一溶劑、表面活性劑混合乳化，製成碳纖維粉末乳化料； S2:將所述碳纖維粉末乳化料與分子量為20-600萬的超高分子量聚乙烯粉料一同分散於第二溶劑中製得混合料； S3:將所述混合料通過擠出機共混擠出，經過凝固浴冷卻成型製得初生纖維，將初生纖維萃取、乾燥、多級熱牽伸，製得超高防切割超高分子量聚乙烯纖維。
  3. 如請求項2所述超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，其中，所述碳纖維粉末的顆粒直徑為0.1-10μm，長度為0.1-100μm；所述碳纖維粉末的顆粒的形狀為長度大於直徑的長棒狀顆粒。
  4. 如請求項3所述超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，其中，所述碳纖維粉末的主要成分是微晶石墨，由廢舊碳纖維粉碎製取。
  5. 如請求項2或3所述超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，其中，所述碳纖維粉末預先經過表面處理，使碳纖維粉末的顆粒表面活性化。
  6. 如請求項5所述的製備方法，其中，所述表面處理的方法為以下任一種或幾種的組合：氣相氧化、液相氧化、催化氧化、偶聯劑塗層、聚合物塗層和等離子體處理。
  7. 如請求項2或3所述超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，其中，所述超高分子量聚乙烯、碳纖維粉末、溶劑的品質之比為（10-40）:（0.1-1）:100；所述溶劑的品質是指所述第一溶劑和第二溶劑品質之和。
  8. 如請求項2所述超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，其中，所述超高分子量聚乙烯粉料的分子量優選為200-500萬。
  9. 如請求項2所述超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的製備方法，其中，所述擠出機為雙螺桿擠出機，其雙螺桿各區溫度控制在100-300℃。
  10. 一種超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維，其是採用如請求項2-9中任一項所述超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維的製備方法製備得到。
  11. 一種超高防切割手套或防切割服，包含由以請求項10所述的超高防切割性超高分子量聚乙烯纖維編織而成的編織物。
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