專利名稱：高性能聚乙烯纖維及使用了該纖維的編織物以及其手套的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)率高、保溫性·耐磨耗性優(yōu)異、進(jìn)而后加工時的工序通過性優(yōu) 異的聚乙烯纖維及使用有該纖維的編織物以及耐切割手套。
背景技術(shù)：
目前，通常使用天然纖維的棉或有機(jī)纖維作為耐切割性材料，用這些纖維等編織 而成的手套大多用于需要耐切割性的領(lǐng)域。
于是，作為賦予耐切割性功能，已設(shè)計出由芳族聚酰胺纖維等高強(qiáng)度纖維的細(xì)紗 構(gòu)成的織物或編織物等。然而，從掉毛或耐久性的觀點(diǎn)考慮，還不能令人滿意。另外，作為 其他的方法，嘗試通過將金屬纖維與有機(jī)纖維或天然纖維并用來改善耐切割性，但存在因 摻入金屬纖維而導(dǎo)致手感變硬、影響柔軟性的問題。
另外，作為解決如上所述的課題的發(fā)明，提案有使用具有高彈性模量的聚乙烯纖 維的編織物或手套(參照例如專利文獻(xiàn)1、幻。但是，由于纖維的彈性模量過高，因此，不僅 手感硬，而且在使用防割性能試驗(yàn)(日文々一7 7 7夕一)的耐切割性測定中，作為指數(shù) 值最高只能得到3. 8。另外，還存在操作性下降的問題，S卩，由于提高強(qiáng)度和彈性模量來改善 耐切割性，因此，導(dǎo)熱率也變高，在肉類從業(yè)人員等處理生鮮食品時，手會變涼或相反地肉 等食品原料因手的熱量而解凍變軟，從而不能隨意切割等。另外，還存在如下問題由于使 用高分子量的聚乙烯樹脂，因此，不能提高拉伸速度，從而不能提高生產(chǎn)率；或者容易出現(xiàn) 拉伸共振等紡絲不穩(wěn)定性，形成絲條不勻，在后加工工序發(fā)生斷絲。
早期技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1 日本特開2002-180324號公報
專利文獻(xiàn)2 日本特開2004-19050號公報發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是以上述課題為背景而完成的，其課題在于，提供一種兼具高保溫性和耐 切割性、進(jìn)而生產(chǎn)性、后加工通過性優(yōu)異的高性能聚乙烯纖維、使用了該纖維的包覆彈性 絲、編織物及手套。
即，本發(fā)明的聚乙烯纖維包含如下構(gòu)成。
(1) 一種聚乙烯纖維，其特征在于，重復(fù)單元實(shí)質(zhì)上為亞乙基，包含纖維狀態(tài)的重 均分子量(Mw)為50，000-300, 000、重均分子量與數(shù)均分子量(Mn)之比(Mw/Mn)為4. 0以 下的聚乙烯，纖維中的凝膠分率為IOOppm 10，OOOppm。
(2) 一種聚乙烯纖維，其特征在于，重復(fù)單元實(shí)質(zhì)上為亞乙基，包含纖維狀態(tài)的重 均分子量(Mw)為50，000-300, 000、重均分子量與數(shù)均分子量(Mn)之比(Mw/Mn)為4. 0以 下的聚乙烯，在190°C的熔融狀態(tài)下的零剪切粘度為8，000 300，000 (Pa · s)。
上述聚乙烯纖維優(yōu)選單絲間的纖度的變異系數(shù)CV%小于5%。另外，上述的聚乙 烯纖維優(yōu)選紗線長度方向的纖度不均率小于30%，進(jìn)而，優(yōu)選在測定溫度300K的纖維3軸方向的導(dǎo)熱率為6 50W/mK。此外，對于上述聚乙烯纖維而言，推薦測定溫度100K 300K的纖維軸方向的導(dǎo)熱率的變化率為6W/mK · K以上。
本發(fā)明包括用上述聚乙烯纖維覆蓋彈性纖維而成的包覆彈性絲，包括至少部分使 用上述聚乙烯纖維及/或上述包覆彈性絲、防割性能試驗(yàn)的指數(shù)值為6以上的防護(hù)用編織 物，而且，由上述防護(hù)用編織物構(gòu)成的耐切割性手套是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
根據(jù)本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維有兼具高保溫性和耐切割性、特別是通過用作肉 類從業(yè)人員的手套可改善操作性等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而還有提高生產(chǎn)率、提高后加工時的工序通過 性這樣的經(jīng)濟(jì)性上的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面，詳細(xì)地說明本發(fā)明。
本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維的凝膠分率優(yōu)選為IOOppm 10，OOOppm0這是因?yàn)楸?發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，如果凝膠分率為上述范圍，即使不提高強(qiáng)度、彈性模量，也可發(fā)揮出優(yōu)異的 耐切割性。即，高強(qiáng)度聚乙烯纖維由于沿纖維軸方向高度地取向結(jié)晶，因此分子間的互相纏 繞極少，進(jìn)而由于不具有氫鍵基，因此分子間的相互作用極弱。因此，對垂直于纖維軸方向 的外力的抗力弱，分子間容易發(fā)生剝離。然而，對本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維而言，通過將 其凝膠分率設(shè)定為IOOppm以上，可改善對垂直于纖維軸方向的外力的抗力。因纖維中存在 凝膠而使耐切割性提高的原因尚不明確，但本發(fā)明人等認(rèn)為通過使纖維中適當(dāng)?shù)卮嬖谀?膠之類的硬質(zhì)結(jié)構(gòu)，可大大提高對外力的抗力。由此，雖然有強(qiáng)度·彈性模量下降的傾向， 但可發(fā)揮優(yōu)異的耐切割性。
另一方面，當(dāng)凝膠分率超過10，OOOppm時，纖維強(qiáng)度不充分。更優(yōu)選的凝膠分率為 400ppm 5，OOOppm，進(jìn)一步優(yōu)選的凝膠分率為1，OOOppm 4，OOOppm0
在此，所謂凝膠分率是指將聚乙烯纖維樣品放入成型為筒狀的過濾網(wǎng)中，之后， 僅萃取、除去在熱二甲苯中未凝膠化的聚乙烯，測定萃取了未凝膠化的聚乙烯部分的該過 濾器的質(zhì)量(W:3)，使用放入了樣品的萃取前的該過濾器的質(zhì)量(M)及僅該過濾器的質(zhì)量 (Wl)，由下述計算式計算凝膠分率而求得的值。
凝膠分率(ppm)= IO6X (W3-ffl)/(W2-ffl)
所謂凝膠分率是指不溶于溶劑的聚乙烯成分的含量，具體而言，是指高度互相纏 繞的分子鏈、凝聚物、交聯(lián)物等成分的含量。即，本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維包含分子間凝 聚性或鍵合性高的成分。
將凝膠分率設(shè)定為IOOppm以上的方法沒有特別限定，例如也可以包含交聯(lián)成分。 從容易控制凝膠分率方面考慮，優(yōu)選利用交聯(lián)使其生成不溶于溶劑的成分的方法。
聚烯烴的交聯(lián)法有利用過氧化物自由基生成物質(zhì)的自由基反應(yīng)工藝和利用電子 束照射的方法。即，在本發(fā)明中，作為聚烯烴的交聯(lián)法，不是使用用官能團(tuán)使之交聯(lián)的方法， 而是使用利用過氧化物自由基生成物質(zhì)或電子束照射使聚烯烴鏈產(chǎn)生自由基、進(jìn)行加熱而 使之連續(xù)地交聯(lián)的方法。
作為使聚乙烯中含有交聯(lián)成分的方法，可舉出例如將過氧化物或硅烷化合物等 交聯(lián)劑作為自由基生成物質(zhì)與聚乙烯樹脂混合后，進(jìn)行熱處理，由此將交聯(lián)結(jié)構(gòu)導(dǎo)入聚乙 烯中的方法。此時，也可以使用交聯(lián)助劑。
作為交聯(lián)劑，可舉出例如過氧化二異丙苯、1，3_雙_(叔丁基過氧化異丙 基)_苯、過氧化月桂酰、二叔丁基過氧化間苯二甲酸酯、4，4，_ 二(叔丁基過氧化)戊酸丁 酯、1，1- 二叔丁基過氧化_3，3，5-三甲基環(huán)己烷、2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基過氧化己烷、 2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基過氧化己炔、過氧化苯甲酰、α，α - 二叔丁基過氧化異丙基苯、 叔丁基過氧化酮、叔丁基過氧化苯甲酸酯等過氧化物；乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧 基硅烷、乙烯基三丁氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三 (β -甲氧基乙氧基)硅烷等硅烷化合物等。
另外，作為交聯(lián)助劑，可舉出例如二乙烯基苯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、1， 6-己二醇甲基丙烯酸酯、1，9-壬二醇二甲基丙烯酸酯、1，10-癸二醇二甲基丙烯酸酯、偏苯 三酸三烯丙基酯、三烯丙基異氰酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、1，2，4_苯三羧酸三烯丙基 酯、三環(huán)癸烷二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯。
該交聯(lián)劑的含量優(yōu)選為8，OOOppm以下，可根據(jù)交聯(lián)劑的種類來確定，以使纖維中 的凝膠分率為IOOppm 10，OOOppm0然而，當(dāng)交聯(lián)劑的含量在聚乙烯中超過8，OOOppm時， 由于該交聯(lián)劑本身成為雜質(zhì)，使紡絲及拉伸時發(fā)生斷絲，因此不優(yōu)選。相對于聚乙烯樹脂的 交聯(lián)劑的含量更優(yōu)選為4，OOOppm以下、進(jìn)一步優(yōu)選為2，OOOppm以下、特別優(yōu)選為1，OOOppm 以下。
向聚乙烯導(dǎo)入交聯(lián)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)沒有特別限定，目前公知的方法均可以采用，可舉 出例如將聚乙烯樹脂和上述交聯(lián)劑或者交聯(lián)劑及交聯(lián)助劑在擠出機(jī)內(nèi)混合、加熱的方法等。
對于本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維而言，優(yōu)選由如下聚乙烯構(gòu)成纖維狀態(tài)的重均 分子量(Mw)為50，000 300，000、優(yōu)選為60，000 250，000、進(jìn)一步優(yōu)選為70，000 200，000，重均分子量和數(shù)均分子量(Mn)之比(Mw/Mn)為4. 0以下、優(yōu)選為3. 7以下，進(jìn)一 步優(yōu)選為3.3以下。
如果其Mw及Mw/Mn為上述范圍，則可以以高拉伸速度進(jìn)行拉伸?？墒?，Mw、Mw/Mn 為這樣的范圍的聚乙烯纖維易出現(xiàn)紗線不勻。本發(fā)明人等闡明這樣的紗線不勻是由于出現(xiàn) 了起因于拉伸共振的紡絲不穩(wěn)定性所致，發(fā)現(xiàn)通過設(shè)定為上述凝膠分率可改善紗線不勻。 其原因尚不明確，但通過使纖維中存在適量的凝膠，可以增大紡絲時的絲線張力?？梢哉J(rèn) 為，由此可減少紡絲時的紗線不勻。
另外，從制造時容易控制的觀點(diǎn)考慮，Mw/Mn比的下限優(yōu)選為1. 2、進(jìn)一步優(yōu)選為 1.5、特別優(yōu)選為2.0。
另外，本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維由纖維狀態(tài)的重均分子量(Mw)為50，000 300，000、重均分子量與數(shù)均分子量(Mn)之比(Mw/Mn)為4. 0以下的聚乙烯構(gòu)成，在190°C 的熔融狀態(tài)的零剪切粘度為8，000 300，000 (Pa · s)、優(yōu)選為9，000 250，000 (Pa · s)、 進(jìn)一步優(yōu)選為 10，000 200，000 (Pa · s)。
在上述咖、1^/^11中，零剪切粘度為8，000 0^^)以上是指包含交聯(lián)體、凝聚物等 顯示出彈性性能的成分，如上所述，可發(fā)揮優(yōu)異的耐切割性，而且可以減少高拉伸速度下的 紗線不勻。S卩，當(dāng)零剪切粘度小于8，000(1 ·S)時，拉伸時的張力極度下降，容易受干擾的 影響。因此，由于容易產(chǎn)生起因于上述問題的纖維長度方向的纖度不勻、結(jié)構(gòu)不勻，因此不 優(yōu)選。
另一方面，當(dāng)纖維狀態(tài)的重均分子量(Mw)超過300，000 (Pa · s)時，成為紡絲時產(chǎn) 生熔體斷裂等的主要原因，有纖維長度方向的纖度不勻增大的傾向，不優(yōu)選。
對本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維而言，優(yōu)選其單絲間的纖度的變異系數(shù)CV%小于 5%。這是因?yàn)橥ㄟ^使CV%為這樣的范圍，可以減少在直到制造最終產(chǎn)品的后加工工序出現(xiàn) 的例如解舒時的斷絲等麻煩。更優(yōu)選單絲間的纖度的變異系數(shù)CV%小于4%、進(jìn)一步優(yōu)選 小于3%。對單絲間的纖度的變異系數(shù)CV%的下限沒有特別的規(guī)定，但想要使變異系數(shù)小 于0. 01%，不僅技術(shù)上困難，而且對后加工工序通過性的影響也小。
對本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維而言，優(yōu)選其紗線長度方向的纖度不勻小于 30%。這是因?yàn)橥ㄟ^使為這樣的范圍，可以減少在直到制造最終產(chǎn)品的后加工工序出現(xiàn) 的例如解舒時的斷絲等麻煩。更優(yōu)選小于15%、進(jìn)一步優(yōu)選小于5%。對的下限沒 有特別的規(guī)定，但想要使其小于0. 1 %，不僅技術(shù)上困難，而且對后加工工序的通過性的影 響也小。
且本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維而言，優(yōu)選其在測定溫度300K的纖維軸方向的導(dǎo) 熱率為6W/mK 50W/mK。這是因?yàn)榭傻玫奖匦愿叩氖痔椎犬a(chǎn)品。更優(yōu)選為10W/mK 45W/mK、進(jìn)一步優(yōu)選為 15W/mK !35W/mK。
對本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維而言，優(yōu)選其在測定溫度100K 300K的纖維軸方 向的導(dǎo)熱率的變化率為6W/mK ·Κ以上。即，這是由于如果隨著溫度下降、環(huán)境更加惡劣，導(dǎo) 熱率變小，則不僅可在室溫環(huán)境下使用，而且還可在極低溫度下使用。
對本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維而言，優(yōu)選其平均拉伸強(qiáng)度為ScN/dtex以上。這是 因?yàn)橥ㄟ^具有這樣的強(qiáng)度，甚至于在用熔融紡絲法所得的普通纖維不能開發(fā)的用途上都可 以進(jìn)行開發(fā)。更優(yōu)選為lOcN/dtex以上、進(jìn)一步優(yōu)選為12cN/dteX以上。對于強(qiáng)度的上限 沒有特別的規(guī)定，但想要得到50cN/dteX以上的纖維，對熔融紡絲法而言，在技術(shù)上、工業(yè) 生產(chǎn)上都比較困難。另外，本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維即使強(qiáng)度小于15cN/dteX，也顯示出 高耐切割性。
對本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維而言，優(yōu)選其初始彈性模量為400cN/dtex 750cN/dteX。目前通常認(rèn)為初始彈性模量越高越優(yōu)選，但本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，對于刀等的切 開，初始彈性模量過低或過高都不優(yōu)選。如果是這樣的范圍，則在利用防割性能試驗(yàn)進(jìn)行的 耐切割性評價中容易得到5以上的數(shù)值。
考慮這些的原因是由于當(dāng)初始彈性模量過高時，在接觸刀等銳利的物體的瞬間， 其一部分接受了能量，但當(dāng)初始彈性模量為某一范圍時，分子鏈的取向略有余地，以在包含 其周圍的整體范圍內(nèi)吸收能量。而且，可以認(rèn)為是由于當(dāng)初始彈性模量過低時，分子鏈的 取向不充分，在進(jìn)行微觀觀察時分子鏈容易被抽出。所述初始彈性模量更優(yōu)選為450cN/ dtex 720cN/dtex、進(jìn)一步優(yōu)選為 500cN/dtex 700cN/dtex。
下面，說明為了得到本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維而使用熔融紡絲法的優(yōu)選制造方法。
即，將重均分子量(Mw)為50，000 300，000、重均分子量與數(shù)均分子量(Mn)之比 (Mw/Mn)為4.0以下的聚乙烯樹脂顆粒及粉末狀的自由基生成物質(zhì)(在本發(fā)明中有時稱為 交聯(lián)劑)混合，用熔融擠出機(jī)混煉。作為熔融擠出機(jī)，優(yōu)選雙軸擠出機(jī)。
另外，對聚乙烯樹脂中的交聯(lián)劑的摻合量而言，在相對于聚乙烯樹脂為5質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)，可根據(jù)交聯(lián)劑的種類進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使纖維中的凝膠分率為IOOppm 10，OOOppm或在190°C的熔融狀態(tài)下的零剪切粘度為8，000 300，000 (Pa · s)。
對于熔融擠出的聚乙烯樹脂組合物，用齒輪泵經(jīng)由紡絲頭進(jìn)行定量紡絲。利用從 熔融混煉時至離開紡絲頭的熱處理進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)。紡絲溫度優(yōu)選為(聚乙烯的熔點(diǎn)+90°C) 以上、小于(聚乙烯的熔點(diǎn)+200°C)。另外，優(yōu)選對吐出線速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使所述聚乙烯 樹脂組合物從進(jìn)入熔融擠出機(jī)至離開紡絲頭的加熱時間(滯留時間)小于60分鐘。
接著，用冷風(fēng)冷卻該絲狀纖維，以規(guī)定的速度進(jìn)行提取。進(jìn)而，優(yōu)選將所卷繞的未 拉伸絲(a)在纖維的結(jié)晶分散溫度以上熔點(diǎn)以下的溫度、例如90°C以上進(jìn)行一段拉伸；或 者(b)在70°C以下實(shí)施拉伸，接著，進(jìn)行在高于所述拉伸溫度且為熔點(diǎn)以下的溫度、具體而 言在90°C以上熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)一步實(shí)施拉伸的二段拉伸。這種情況下，還可以進(jìn)一步對 纖維進(jìn)行多段拉伸。
拉伸速度及拉伸倍數(shù)可根據(jù)所期望的物性值(例如，平均拉伸強(qiáng)度為ScN/dtex 以上、或者初始彈性模量為400cN/dteX 750cN/dteX)適當(dāng)調(diào)節(jié)。只要為了使分子取向 變大而使用拉伸應(yīng)力變高的條件(拉伸溫度低(丨)、拉伸倍數(shù)高(丨)、拉伸速度高 ( ))、在不斷裂的范圍內(nèi)進(jìn)行拉伸，通常就會使上述物性值變高。另外，提高未拉伸絲的 拉伸比(紡絲速度(卷繞速度)/吐出線速度)也適于增大分子取向。設(shè)定這些條件對本 領(lǐng)域技術(shù)人員來說是無需過度實(shí)驗(yàn)的設(shè)計項(xiàng)目。
還可以將本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維包覆在彈性絲上制造包覆彈性絲。由于本發(fā) 明的高性能聚乙烯纖維的耐切割性、保溫性優(yōu)異，因此可以以薄布應(yīng)合市場的要求，這是因 為通過使用彈性絲賦予伸縮性、適合性，可以提供穿著感更優(yōu)異、舒適的布。
本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維的使用方法多種多樣，但為了發(fā)揮出上述特性，優(yōu)選 用于要求防割性能試驗(yàn)的指數(shù)值為6以上的防護(hù)用編織物。
本發(fā)明的高性能聚乙烯纖維的最終用途沒有特別限定，但通過用于耐切割性手 套，可以得到兼具耐切割性和保溫性、進(jìn)而富于輕質(zhì)感的手套。
實(shí)施例
下面，例示實(shí)施例，具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不受這些實(shí)施例所限定。需要 說明的是，實(shí)施例中的測定及評價如下所述進(jìn)行。
(A)拉伸強(qiáng)度和初始彈性模量
強(qiáng)度及彈性模量是由以下方式求出的使用株式會社才J工wy々制造的 “TENSILON萬能材料試驗(yàn)機(jī)”，以試樣長200mm、伸長速度100% /分鐘的條件，在環(huán)境溫度為 25°C、相對濕度為65%的條件下測定變形-應(yīng)力曲線，以曲線的斷裂點(diǎn)的應(yīng)力為強(qiáng)度(cN/ dtex)，由曲線原點(diǎn)附近的得到最大斜度的切線計算彈性模量(cN/dtex)。需要說明的是，各 值使用10次測定值的平均值。
(B)導(dǎo)熱率
用帶氦冷凍機(jī)的具有溫度控制裝置的系統(tǒng)，利用穩(wěn)態(tài)熱流法測定導(dǎo)熱 率。試樣長約25mm，纖維束是將大約5，000根單纖維并絲而得到的。將纖維兩端用 "STYCAST-GT"(Grace Japan公司制造的膠粘劑)固定，設(shè)置在試樣臺上。使用Au-鉻鎳合 金熱電偶測定溫度。電熱器使用IkQ電阻，將其用清漆膠粘在纖維束端。以測定溫度300K、 100K的2個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定。為了保持絕熱性，在10_5torr的真空中進(jìn)行測定。需要說明的是，為了使試樣為干燥狀態(tài)，將試樣在io_5torr的真空狀態(tài)下放置M小時后開始測定。
當(dāng)將纖維束的截面積設(shè)定為S、將熱電偶間的距離設(shè)定為L、將由電熱器給予的熱 量設(shè)定為Q、將熱電偶間的溫度差設(shè)定為ΔΤ時，所求的導(dǎo)熱率G可用G(mW/cmK) = (Q/ Δ Τ) · (L/S)來計算。需要說明的是，測定方法的詳細(xì)內(nèi)容在下述文獻(xiàn)中有記載。
H. Fujishiro, M. Ikebe, T. Kashima. A. Yamanaka, Jpn. J. Appl. Phys. , 36, 5633(1997)
H. Fujishiro, Μ. Ikebe, Τ. Kashima. Α. Yamanaka, Jpn. J. Appl. Phys. , 37, 1994(1998)
(C)耐切割性測定
作為評價方法，使用防割性能試驗(yàn)機(jī)(切斷試驗(yàn)機(jī)、” K 1 y卜(SODMAT)公司 制)。該裝置的試樣臺上設(shè)置有鋁箔，在其上載置試樣。接著，一邊使裝置中備有的圓形刀 沿與行進(jìn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，一邊使其在試樣上行進(jìn)。當(dāng)試樣被切斷時，圓形刀與鋁箔接 觸而通電，來感知耐切割性試驗(yàn)結(jié)束。在圓形刀旋轉(zhuǎn)期間，安裝在裝置中的計數(shù)器計數(shù)與圓 形刀的轉(zhuǎn)數(shù)聯(lián)動的數(shù)值，因此記錄其數(shù)值。
該試驗(yàn)以單位面積重量約為200g/m2的平紋棉布為空白試樣，評價試驗(yàn)樣品(手 套)的切割水平。由空白試樣開始測試，依次進(jìn)行空白試樣的測試和試驗(yàn)樣品的測試，測試 5次試驗(yàn)樣品，最后，對第6次的空白試樣進(jìn)行測試，結(jié)束1組的試驗(yàn)。將以上的試驗(yàn)進(jìn)行5 組，以5組的平均指數(shù)值作為耐切割性的代用評價。指數(shù)值越高，表示耐切割性越優(yōu)異。
在此計算的評價值稱為指數(shù)，可由下式算出。
A =(樣品測試前的棉布的計數(shù)值+樣品測試后的棉布的計數(shù)值)/2
指數(shù)=(樣品的計數(shù)值+A)/A
用于本次的評價的切斷機(jī)使用OLFA株式會社制造的旋轉(zhuǎn)切割機(jī)L型用Φ45πιπι。 材質(zhì)為SKS-7鎢鋼，刃厚為0.3毫米。另外，測試時，使負(fù)荷為3. 14N(320gf)進(jìn)行評價。
(D)重均分子量Mw、數(shù)均分子量Mn及Mw/Mn
利用凝膠滲透色譜法(GPC)測定重均分子量Mw、數(shù)均分子量Mn及Mw/Mn。使用 Waters制造的GPC 150C ALC/GPC作為GPC裝置、使用一根SHODEX制造的GPC UT802. 5和 2根UT806M作為色譜柱、使用差示折射率計(RI檢測器)作為檢測器進(jìn)行測定。測定溶劑 使用鄰二氯苯，將色譜柱溫度設(shè)定為145°C。試樣濃度設(shè)定為1.0mg/ml，注入200微升進(jìn)行 測定。分子量的標(biāo)準(zhǔn)曲線是使用分子量已知的聚苯乙烯試樣利用普適標(biāo)定法制作的。
(E)凝膠分率
將三宅金屬株式會社制造的斜紋編織密紋網(wǎng)1000目(孔徑尺寸25μπι)的不銹 鋼過濾器裁成180mmX60mm的大小。其次，使用筆等成型為內(nèi)徑15 20mm、長度IOOmm的 筒狀，將一側(cè)的端部折疊大約10mm。測定該筒狀過濾器的質(zhì)量(W1)。其后，將5g IOg纖 維樣品放入筒狀過濾器中。接著，將筒狀過濾器的另外一側(cè)的端部折疊大約10_，封住樣 品。測定放入該樣品的筒狀過濾器的質(zhì)量(M)。
將放入了樣品的該筒狀過濾器放入加入了 3粒沸石和400ml 二甲苯的燒瓶中，將 該燒瓶內(nèi)的溶液加熱到250°C 260°C左右，從該過濾器中萃取未凝膠化的聚乙烯部分。該 萃取時間設(shè)定為9小時。萃取后，將凝膠狀物連同不銹鋼過濾器一起取出，在50°C真空干燥 12小時，測定其質(zhì)量，即萃取及干燥處理后的凝膠狀物和該過濾器的質(zhì)量(W;3)。使用放入所述樣品的萃取前的該過濾器質(zhì)量_及僅該過濾器的質(zhì)量(Wl)，由下述計算式計算凝 膠分率。需要說明的是，稱量精確到0. Olmg，將數(shù)值的小數(shù)點(diǎn)后面第2位四舍五入，進(jìn)位到 小數(shù)點(diǎn)后第1位中。
凝膠分率(ppm)= IO6X (W3-ffl)/(W2-ffl)
(F)零剪切粘度
為了進(jìn)行粘度測定，將纖維樣品裁剪為Icm左右，使用該樣品進(jìn)行加壓成型，特 別小心以免氣泡進(jìn)入到該樣品中，制成直徑25mm、厚度Imm的成型品。此時的加壓條件設(shè) 定為加壓溫度160°C、加壓壓力20kg/cm2、加壓時間5分鐘。作為粘度測定裝置，使用TA Instruments Japan株式會社制造的流變儀(ARES)。將測定氛氣設(shè)定為氮?dú)夥眨褂弥睆?25mm的錐-板型的夾具，將測定溫度設(shè)定為190°C。用動態(tài)測定進(jìn)行剪切流動，變形量設(shè)定 為5%。另外，測定頻率從lOOrad/sec開始，測定至O.Olrad/sec。需要說明的是，在將樣 品固定在夾具上后，將至測定開始的等待時間設(shè)定為15分鐘。求得零剪切粘度時，使用TA Instruments Japan株式會社制造的Orchestrator-7作為分析軟件進(jìn)行計算。
(G)單絲間的纖度的變異系數(shù)CV%
裁剪Im紗線，由裁剪好的該紗線開松30 50根單絲。測定開松的該單絲的質(zhì)量， 由下述式求得CV %。
單絲間的纖度的變異系數(shù)CV%
= IOOX (單絲纖度的標(biāo)準(zhǔn)偏差)/(單絲纖度的平均值)
(H)導(dǎo)熱率的變化率
由上述⑶導(dǎo)熱率的測定所得的在300K的導(dǎo)熱率的值(G3J和在IOOK的導(dǎo)熱率 的值(Gltltl)，利用下式計算導(dǎo)熱率的變化率。
導(dǎo)熱率的變化率(W/mK· K) = (G300-G100)/200
(I)紗線長度方向的纖度不均率
烏斯特測定使用計測器工業(yè)株式會社制造的“Evenness Tester Model KET-80C”。由樣品的測定速度25m/min、加捻S，以加捻轉(zhuǎn)數(shù)為55X試樣速度的方式測定5 分鐘。將該測定信號導(dǎo)入積分儀求得烏斯特常態(tài)U0Z0。
實(shí)施例1
在重均分子量100，000、重均分子量與數(shù)均分子量之比(Mw/Mn)為2. 6的高密度聚 乙烯中，添加20ppm的2，5_ 二甲基-2，5-二(過氧化叔丁基)己烷作為交聯(lián)劑，使用雙軸 擠出機(jī)進(jìn)行混煉。將該交聯(lián)聚乙烯在300°C從包含直徑0. 8mm、孔數(shù)10H的紡絲頭以單孔吐 出量0. 6g/min的速度擠出。使擠出的纖維通過加熱到270°C的長度60mm的熱管，其后，利 用保持在20°C的空氣進(jìn)行淬火，以90m/min速度進(jìn)行卷繞，得到未拉伸絲。確認(rèn)所得的未拉 伸絲在100°C、拉伸倍數(shù)為15倍時的最大拉伸速度(斷裂的拉伸速度)，結(jié)果為600m/min。 將該未拉伸絲加熱到100°C，以拉伸速度300m/min、拉伸倍數(shù)18倍得到拉伸絲。
將所得的纖維作為鞘絲，芯紗使用155分特的氨綸纖維(東洋紡績株式會社制“工 W (注冊商標(biāo))”)，制成單包覆紗。使用所得的單包覆紗，用島精機(jī)制作所的手套編織機(jī) 編織成單位面積重量500g/m2的手套。將防割性能試驗(yàn)的指數(shù)值示于表1。所得到的手套 的穿脫性也優(yōu)異。
實(shí)施例29
按表1記載的交聯(lián)劑量、以拉伸倍數(shù)為16倍得到拉伸絲，除此之外，與實(shí)施例1同 樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
實(shí)施例3
將交聯(lián)劑的添加量設(shè)定為5ppm，將該未拉伸絲加熱到20°C，使其以lOm/min移動 進(jìn)行2倍的拉伸，進(jìn)而，其后加熱到100°C，實(shí)施16倍的拉伸，得到拉伸絲，除此之外，與實(shí) 施例1同樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。需要說明的是，實(shí)施例3所得到的未拉伸絲在100°C、拉伸倍數(shù)為15 倍時的最大拉伸速度為580m/min。
(比較例1)
將重均分子量115，000、重均分子量和數(shù)均分子量之比為2. 3的高密度聚乙烯在 300°C從包含直徑0. 8mm、孔數(shù)IOH的紡絲頭以單孔吐出量0. 6g/min的速度擠出。使擠出的 纖維通過加熱到270°C的長度60mm的熱管，其后，利用保持在20°C的空氣進(jìn)行淬火，以90m/ min速度進(jìn)行卷繞。確認(rèn)所得到的未拉伸絲在100°C、拉伸倍數(shù)為15倍時的最大拉伸速度 (斷裂的拉伸速度)，結(jié)果為400m/min。將該未拉伸絲加熱到20°C，使其以lOm/min行進(jìn)并 進(jìn)行2倍的拉伸。進(jìn)而，其后加熱到100°C，以拉伸倍數(shù)6倍得到拉伸絲。將所得到的纖維 的物性示于表1。
將得到的纖維作為鞘絲，芯紗使用155分特的氨綸纖維(東洋紡績株式會社制“工 卞八(注冊商標(biāo))”)，制成單包覆紗。使用得到的單包覆紗，用島精機(jī)制作所的手套編織機(jī) 編織成單位面積重量500g/m2的手套。將防割性能試驗(yàn)的指數(shù)值示于表1。
(比較例2)
對比較例1所得到的該未拉伸絲，不實(shí)施冷拉伸(在溫度20°C、以lOm/min進(jìn)行 的2倍拉伸)，加熱到100°C實(shí)施12倍拉伸，得到拉伸絲，除此之外，與比較例1同樣進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)。在拉伸倍數(shù)為15倍時的最大拉伸速度為350m/min。
(比較例3)
對于使IOwt %重均分子量3，200, 000、重均分子量與數(shù)均分子量之比(Mw/Mn)為 6. 3的超高分子量聚乙烯分散在90wt%十氫化萘中而成的漿液狀混合物，邊攪拌邊用設(shè)定 為230°C的溫度的螺旋型混煉機(jī)使其熔解，用計量泵以單孔吐出量0. 08g/min供給設(shè)定為 170°C的具有2000孔直徑0. 2mm的吐出孔的噴頭。用設(shè)置在噴嘴正下方的狹縫狀的氣體供 給節(jié)流孔，以1. 2m/min的速度將調(diào)節(jié)為100°C的氮?dú)獗M量均勻地噴在紗條上，使纖維表面 的十氫化萘積極地蒸發(fā)，緊接著用設(shè)定為30°C的氣流對紗條進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的冷卻，用設(shè)置在 噴嘴下游的納爾遜(日語彳、> 〃 > )狀的輥以50m/min的速度領(lǐng)取紗條。此時，紗狀物中 所含的溶劑下降至原質(zhì)量的大約一半。接下來，將所得到的纖維在100°C的加熱爐下拉伸到 3倍。接下來將該纖維在設(shè)置為149°C的加熱爐中以4.6倍進(jìn)行拉伸。在拉伸倍數(shù)為15倍 時的最大拉伸速度為300m/min。可以得到加工過程中不斷裂的均勻纖維。將所得到的纖維 的物性示于表1。
(比較例4)
將交聯(lián)劑的添加量設(shè)定為10，OOOppm,除此之外，用與實(shí)施例1同樣的方法得到聚 乙烯樹脂。用所得到的聚乙烯樹脂試著進(jìn)行紡絲，但背壓上升劇烈，無法進(jìn)行紡絲。將比較 例4所得到的聚乙烯樹脂的凝膠分率、零剪切粘度示于表1。
權(quán)利要求
1.一種聚乙烯纖維，其特征在于，重復(fù)單元實(shí)質(zhì)上為亞乙基，包含纖維狀態(tài)的重均分子量(Mw)為50，000 300,000、 重均分子量與數(shù)均分子量(Mn)之比(Mw/Mn)為4. 0以下的聚乙烯，纖維中的凝膠分率為 IOOppm 10，OOOppm0
2.—種聚乙烯纖維，其特征在于，重復(fù)單元實(shí)質(zhì)上為亞乙基，包含纖維狀態(tài)的重均分子量(Mw)為50，000 300，000、重 均分子量與數(shù)均分子量(Mn)之比(Mw/Mn)為4. 0以下的聚乙烯，在190°C的熔融狀態(tài)下的 零剪切粘度為8, 000 300，000 (Pa · s)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚乙烯纖維，其中， 單絲間的纖度的變異系數(shù)CV%小于5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的聚乙烯纖維，其中， 紗線長度方向的纖度不勻率小于30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的聚乙烯纖維，其中， 在測定溫度300K時的纖維軸方向的導(dǎo)熱率為6 50W/mK。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的聚乙烯纖維，其特征在于，在測定溫度100K 300K時的纖維軸方向的導(dǎo)熱率的變化率為6W/mK · K以上。
7.一種包覆彈性絲，其特征在于，用權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的聚乙烯纖維包覆了彈性纖維。
8.一種防護(hù)用編織物，其特征在于，至少一部分使用權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的聚乙烯纖維及/或權(quán)利要求7所述的 包覆彈性絲，防割性能試驗(yàn)的指數(shù)值為6以上。
9.一種耐切割性手套，其由權(quán)利要求8所述的防護(hù)用編織物構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種兼具高保溫性和耐切割性、進(jìn)而生產(chǎn)率、后加工通過性優(yōu)異的高性能聚乙烯纖維、使用了該纖維的包覆彈性絲、編織物及手套。本發(fā)明的聚乙烯纖維的重復(fù)單元實(shí)質(zhì)上為亞乙基，包含纖維狀態(tài)的重均分子量(Mw)為50,000～300,000、重均分子量與數(shù)均分子量(Mn)之比(Mw/Mn)為4.0以下的聚乙烯，纖維中的凝膠分率為100ppm～10,000ppm，或者在190℃的熔融狀態(tài)下的零剪切粘度為8,000～300,000(Pa·s)。
文檔編號D01F6/04GK102037169SQ20098011886
公開日2011年4月27日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者增田實(shí), 小田勝二, 福島靖憲 申請人:東洋紡織株式會社