專利名稱：一種超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超高分子量聚乙烯纖維，具體涉及超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液及其制備方法。
背景技術：
超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)，也稱高強高模聚乙烯纖維，是指由相對分子量在100萬以上的聚乙烯依次經過紡絲-萃取-干燥-超倍拉伸制成的高性能纖維。采用超高分子量聚乙烯纖維制成的纖維增強復合材料具有質量輕、耐沖擊、介電性能高等優(yōu)點，被廣泛用于航空航天領域、海域防御領域、武器裝備領域和日常工業(yè)領域。在現有技術中，制備超高分子量聚乙烯纖維通常使用凍膠紡絲技術，該項技術首先由荷蘭的DSM公司發(fā)明。在凍膠紡絲技術中，通常使用相對分子量在100萬以上的聚乙烯作為原料，將該原料與合適的溶劑混合溶脹得到的懸浮液作為紡絲原液，然后將該紡絲原液經螺桿擠出機的剪切、勻混、解纏，再經噴絲組件擠出成型獲得初生凍膠絲，然后將初生凍膠絲進行后續(xù)的萃取、干燥和超倍拉伸得到超高分子量聚乙烯纖維。理論計算結果表明，UHMWPE纖維的極限強度可以達到30士GPa，模量可以達到 350GPa?，F有技術中，UHMWPE纖維的實驗室產品強度已經達到了 9GPa，但是目前產業(yè)化生產的UHMWPE纖維的強度和模量遠遠低于理論值，如強度僅為2. 5 3. 5GPa,模量僅為 90 llOGPa。隨著相關產業(yè)對高強高模纖維需求的增長，越來越多的科研人員著手研究使 UHMWPE纖維的強度和模量向其理論值靠近的工藝。最經的研究結果表明，引起凍膠紡絲制備的UHMWPE纖維的強度遠低于其理論極限強度的原因很多，其中最主要的原因與纖維的分子結構及其結晶形態(tài)有關。在現有的凍膠紡絲工藝中，超高分子量聚乙烯紡絲原液在螺桿擠出機得到一定的解纏后，通過噴絲板擠出并驟冷形成凍膠預取向絲，在該預取向絲條內保持了分子鏈的解纏結狀態(tài)，在經過萃取及超倍多級熱拉伸的過程中，使PE纖維大分子鏈沿軸向充分伸展， 結晶度及取向度都相應提高；同時，分子結構內的折疊鏈片晶向伸直鏈轉化，從而獲得高強、高模的超高分子量聚乙烯纖維。但是，本發(fā)明人經過研究發(fā)現，分子鏈間的結晶并非僅出現于熱拉伸過程中。實際上，紡絲料液在螺桿中進行剪切并通過噴絲板噴出驟冷成型時得到初生絲條時，部分解纏的大分子鏈間在取向作用下首先形成具有伸直鏈晶體結構的串晶中心線部分，該串晶中心線部分可以作為晶核引發(fā)生成一些列的折疊鏈片晶，構成串晶結構。這樣，在后續(xù)的熱牽伸過程中，分子鏈的折疊鏈被逐漸打開并拉直后，片晶在被破壞的過程中發(fā)生重結晶，正交晶系部分轉化為更為穩(wěn)定的六方晶系，這樣可以有利于提高超高分子量聚乙烯纖維的強度和模量。也就是說，如果考慮在初生絲條中提高結晶的均勻性則有助于使纖維經過熱牽伸后使得更多的串晶正交晶系轉化為六方晶系從而最終提高纖維的性能?，F有技術中，超高分子量聚乙烯纖維強度較低的根本原因在于串晶在形成的過程中不夠均勻連續(xù)，因此使得CN 102534838 A
正交晶系轉換為六方晶系的比例太低，因此超高分子量聚乙烯纖維的強度提高有限。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題在于提供一種超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液及其制備方法，與現有技術相比，本發(fā)明提供的紡絲原液可以有利于形成串晶結構，從而使用該紡絲原液制備的超高分子量聚乙烯纖維具有更高的強度。為了解決以上技術問題，本發(fā)明提供一種超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液，以重量百分計包括超高分子量聚乙烯 10% 15% ； 成核劑，所述成核劑占所述超高分子量聚乙烯的重量百分比為0. 02 % 6 % ；余量溶劑。優(yōu)選的，還包括抗氧劑，所述抗氧劑占所述紡絲原液中的超高分子量聚乙烯總量的重量百分比為0. 1%。優(yōu)選的，還包括表面活性劑，所述表面活性劑占紡絲原液中的超高分子量聚乙烯總量的重量百分比為0. 0. 5%。優(yōu)選的，所述成核劑包括無機硅酸鹽成核劑、金屬氧化物成核劑、有機酸成核劑、 有機酸鹽成核劑、聚合物成核劑、山梨糖醇或其衍生物成核劑、有機磷酸鹽成核劑、丙三羧酸型酰胺成核劑中的一種或多種。優(yōu)選的，所述無機硅酸鹽成核劑為滑石粉。優(yōu)選的，所述金屬氧化物成核劑包括氧化鈦、堿金屬氧化物或堿土金屬氧化物。優(yōu)選的，所述有機酸成核劑包括4-叔丁基苯甲酸、脂肪酸或二苯乙酸。優(yōu)選的，所述有機酸鹽成核劑包括琥珀酸鈉或苯甲酸鈉。優(yōu)選的，所述山梨糖醇或其衍生物成核劑包括二亞芐基山梨糖醇、二(對甲基芐叉)山梨糖醇、二(對氯芐叉)山梨糖醇、1，3-2，4 二亞G甲基)芐基-D-山梨糖醇、1，3， 5-苯三酸衍生物。優(yōu)選的，所述超高分子量聚乙烯紡絲原液中的溶劑為環(huán)烷烴和鏈烷烴按照85 90 10 15的比例混合得到的混合溶劑，所述環(huán)烷烴的碳原子個數為25個 50個，所述鏈烷烴的碳原子個數為25個 50個本發(fā)明還提供一種所述的超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液的制備方法，包括取超高分子量聚乙烯溶解液與超高分子量聚乙烯溶脹液按照重量比為0.42 2. 85的比例混合得到超高分子量聚乙烯重量含量為10% 15%的紡絲原液；所述超高分子量聚乙烯溶脹液中的超高分子量聚乙烯的含量為10 50% ；所述超高分子量聚乙烯溶脹液中的超高分子量聚乙烯與所述超高分子量聚乙烯溶解液中的超高分子量聚乙烯的重量比為2. 5 70 ；所述超高分子量聚乙烯溶解液中有成核劑，所述成核劑占所述超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液中的超高分子量聚乙烯的重量百分比為0. 02% 5%。優(yōu)選的，所述成核劑占所述超高分子量聚乙烯溶解液中的超高分子量聚乙烯的重量百分比為0.8% 80%。優(yōu)選的，所述超高分子量聚乙烯溶解液中還包括抗氧劑，所述抗氧劑占所述超高分子量聚乙烯溶解液中的超高分子量聚乙烯的重量百分比為1 % 8 %。優(yōu)選的，所述超高分子量聚乙烯溶脹液中還包括表面活性劑。優(yōu)選的，所述超高分子量聚乙烯溶脹液按照如下方法制備在第一份溶劑內加入超高分子量聚乙烯粉末進行攪拌；向所述第一份溶劑內加入第二份溶劑和第一乳化溶劑得到第一混合物；將所述第一混合物升溫至90°C 130°C保溫溶脹得到超高分子量聚乙烯溶脹液；所述第一乳化溶劑由第三份溶劑和表面活性劑經過乳化形成；第一份溶劑第二份溶劑第三份溶劑表面活性劑的重量比為45 55 45 55 1 20 0.05 0.1。優(yōu)選的，所述超高分子量聚乙烯溶脹液的溶脹度為1 2。優(yōu)選的，所述超高分子量聚乙烯溶解液按照如下方法制備向第四份溶劑中加入第二乳化溶劑、第三乳化溶劑、第五份溶劑攪拌均勻得到第二混合物，將所述第二混合物升溫至100°c 190°c攪拌得到超高分子量聚乙烯溶解液；所述第二乳化溶劑由第六份溶劑和超高分子量聚乙烯按照1 5 0. 4 0. 6的比例乳化形成；所述第三乳化溶劑由第七份溶劑、抗氧劑和成核劑經過乳化形成；所述第四份溶劑第五份溶劑第六份溶劑第七份溶劑的重量比為67 75 15 25 2 10 2 4。本發(fā)明提供了一種超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液，與現有技術相比，本發(fā)明提供的紡絲原液中含有成核劑，成核劑的作用在于可以增加紡絲原液的塑性，降低了紡絲原液漿料的活化能，從而降低了紡絲原液中的超高分子量聚乙烯纖維大分子的解纏密度。另外，在對該紡絲原液進行解纏的過程中，成核劑可以作為成核核心分散在超高分子量聚乙烯大分子鏈段之間，有利于形成均勻的二維納米晶；這樣，在噴絲成型的過程中，會提高初生絲條結晶的均勻性，從而最終提高超高分子量聚乙烯纖維的性能。
具體實施例方式為了進一步了解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的限制。本發(fā)明提供一種超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液，以重量百分計包括超高分子量聚乙烯 10% 15% ；成核劑，所述成核劑占所述超高分子量聚乙烯的重量百分比為0. 02% 6% ；余量溶劑。本發(fā)明提供的紡絲原液中，超高分子量聚乙烯的重量含量優(yōu)選為11% 14%，更優(yōu)選為12 13%。本發(fā)明的紡絲原液中所使用的超高分子量聚乙烯的重均分子量Mw優(yōu)選為3 5 X 106，更優(yōu)選為3. 5 4. 5 X 106，超高分子量聚乙烯非線性率< 5% ；本發(fā)明優(yōu)選使用粒徑呈高斯分布的超高分子量聚乙烯粉末，所述粉末的粒徑優(yōu)選為60目 200目。按照本發(fā)明，所述成核劑包括無機硅酸鹽成核劑、金屬氧化物成核劑、有機酸成核劑、有機酸鹽成核劑、聚合物成核劑、山梨糖醇或其衍生物成核劑、有機磷酸鹽成核劑、丙三
6羧酸型酰胺成核劑中的一種或多種。本發(fā)明，所述無機硅酸鹽成核劑的具體例子可以為滑石粉，但不限于此。所述金屬氧化物成核劑包括氧化鈦、堿金屬氧化物，如NaO、K0、RuO ；堿土金屬氧化物如MgO、CaO、 BaO，但不限于此。所述有機酸成核劑的具體例子可以為4-叔丁基苯甲酸、脂肪酸或二苯乙酸，但不限于此。所述有機酸鹽成核劑的具體例子可以為琥珀酸鈉或苯甲酸鈉，但不限于此。所述山梨糖醇或其衍生物成核劑的具體例子包括二亞芐基山梨糖醇、二(對甲基芐叉) 山梨糖醇、二(對氯芐叉)山梨糖醇、1，3-2，4 二亞G甲基)芐基-D-山梨糖醇、1，3，5_苯三酸衍生物，但不限于此。按照本發(fā)明，當使用的成核劑為固體時，優(yōu)選使用粒徑小于200nm的成核劑，更優(yōu)選使用粒度小于IOOnm的成核劑，更優(yōu)選使用粒度小于50nm的成核劑。使用的成核劑為液體時，優(yōu)選使用易溶于所述紡絲原液中的成核劑。按照本發(fā)明，在紡絲原液中加入成核劑后，成核劑可以對紡絲原料實現增塑改性， 從而降低了紡絲漿液的活化性能，從而降低了紡絲漿液中的超高分子量聚乙烯大分子纏結密度。當將該紡絲原液在螺桿擠出機的剪切作用下，成核劑分散于超高分子量聚乙烯的鏈段之間，可以形成均勻的二維納米晶，在噴絲的過程中，經過適當牽伸后，解纏大分子鏈增加結晶率，使得基礎晶型的成型更加均勻，從而有利于提高超高分子量聚乙烯纖維的最終力學性能。本發(fā)明提供的紡絲原液中，溶劑優(yōu)選為環(huán)烷烴鏈烴異構體按照85 90 10 15的比例進行混合得到的混合物，所述環(huán)烷烴和鏈烷烴的碳原子個數優(yōu)選為25 50，更優(yōu)選為30 40。所述溶劑可以使用本領域技術人員熟知的用于超高分子量聚乙烯紡絲溶液的溶劑，例如可以使用優(yōu)選400°C以下無氣體揮發(fā)、初餾點優(yōu)選高于450°C，密度優(yōu)選為 0. 84 0. 87g/cm3,閃點優(yōu)選高于260°C的環(huán)烷油，具體例子可以為本領域技術人員熟知的 5#白油、7#白油、10#白油、15#白油、22#白油、26#白油、32#白油、46#白油、68#白油、100# 白油、150#白油，但不限于此。本發(fā)明還提供一種所述紡絲原液的制備方法，包括步驟取超高分子量聚乙烯溶解液與超高分子量聚乙烯溶脹液按照重量比為0.42 2. 85的比例混合得到超高分子量聚乙烯重量含量為10% 15%的紡絲原液；所述超高分子量聚乙烯溶脹液中的超高分子量聚乙烯的重量含量為10 50% ；所述超高分子量聚乙烯溶脹液中的超高分子量聚乙烯與所述超高分子量聚乙烯溶解液中的超高分子量聚乙烯的重量比為2. 5 70 ；所述超高分子量聚乙烯溶解液中包括成核劑，所述成核劑占所述紡絲原液的重量比為0. 10%。本發(fā)明提供的紡絲原液中，還可以包括抗氧劑，所述抗氧劑占所述紡絲原液中的超高分子量聚乙烯總量的重量百分比為0. 1<%，優(yōu)選為0.1% 0.5(%，優(yōu)選的，所述抗氧劑占所述超高分子量聚乙烯溶解液中的超高分子量聚乙烯的重量百分比為 8 %，更優(yōu)選為2 % 7 %，更優(yōu)選為4 % 6 %。所述抗氧劑可以為本領域技術人員熟知的受阻酚類抗氧劑、芳胺類抗氧劑，具體例子可以為2，6-三級丁基-4-甲基苯酚，雙(3，5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚、四(β (3，5-三級丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯等， 但不限于此。
本發(fā)明提供的紡絲原液中，還可以包括表面活性劑，所述表面活性劑占紡絲原液中的超高分子量聚乙烯總量的重量百分比為0. 0. 5%。所述表面活性劑可以為本領域技術人員熟知的陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑，具體例子可以為硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉、季銨化物、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦(司盤)、聚山梨酯(吐溫)等，但不限于此。按照本發(fā)明，所述超高分子量聚乙烯溶脹液是指本領域技術人員熟知的將超高分子量聚乙烯與溶劑混合后，溶劑小分子經過滲透擴散到超高分子量聚乙烯的大分子之間， 使超高分子量聚乙烯大分子膨脹后得到的懸浮液；所述超高分子量聚乙烯溶解液是指本領域技術人員熟知的將超高分子量聚乙烯溶解到溶劑中得到的溶液。按照本發(fā)明，所述超高分子量聚乙烯溶脹液中的超高分子量聚乙烯的重量含量優(yōu)選為11% 49%，更優(yōu)選為15% 40%，最優(yōu)選為20% 35%。所述超高分子量聚乙烯溶解液中的超高分子量聚乙烯的重量含量優(yōu)選為0. 2 % 5 %，更優(yōu)選為0. 3 % 2. 5 %，更優(yōu)選為0. 8% 2%。按照本發(fā)明，將所述超高分子量聚乙烯溶脹液和所述超高分子量聚乙烯溶解液混合攪拌制備紡絲原液時，所述超高分子量聚乙烯溶解液與所述超高分子量聚乙烯溶脹液的重量比優(yōu)選為0. 42-2. 85，更優(yōu)選為1. 0 2. 5，更優(yōu)選1. 4 1. 8。所述溶脹液和所述溶解液中的超高分子量聚乙烯的重量比優(yōu)選為2. 5 70，更優(yōu)選為5 50，更優(yōu)選為10 30。對于攪拌時間，優(yōu)選為20min 120min，更優(yōu)選為45min lOOmin，最優(yōu)選為60min 80mino將所述超高分子量聚乙烯溶脹液和所述超高分子量聚乙烯溶解液混合攪拌制備紡絲原液時，優(yōu)選采用如下步驟先將超高分子量聚乙烯溶脹液在混料釜中常溫常壓下攪拌，然后將所述超高分子量聚乙烯溶脹液升溫至高于溶脹液相分離溫度的溫度，優(yōu)選為高于相分離溫度8°C 15°C，更優(yōu)選為高于相分離溫度10°C。超高分子量聚乙烯的相轉變溫度屬于本領域技術人員公知的常識，依分子量不同而不同，大約在70°C 90°C之間。本發(fā)明將溶脹液升溫到 65 85°C后，再向所述溶脹液中加入超高分子量聚乙烯溶解液進行攪拌混合得到紡絲原液。在上述制備混合溶脹液和溶解液的過程中，將溶脹液升溫至高于相分離的溫度的目的是降低溶脹液的粘度，增加溶脹液的流動性。然后在上述攪拌過程中，溶解液的作用是對溶脹液起到增塑作用，可以較好的改善紡絲原液體系的粘度較大的情況，保證紡絲原液具有較好的流動性和出絲連續(xù)性，避免在后續(xù)的紡絲過程中出現毛絲、斷絲。此外，通過在溶脹液中加入溶解液，還可以使凍膠紡絲時產生的超高分子量聚乙烯凝膠絲條含有適量纏結，其目的是可以使在后續(xù)的牽伸過程中使張力在絲條中的傳遞能夠順利進行，以達到后續(xù)的超倍拉伸的目的，防止產生斷絲。按照本發(fā)明，制備所述超高分子量聚乙烯溶脹液時，優(yōu)選使用如下步驟在第一份溶劑內加入超高分子量聚乙烯粉末進行攪拌；向所述第一份溶劑內加入第二份溶劑和第一乳化溶劑得到第一混合物；將所述第一混合物升溫至90°C 130°C，優(yōu)選至95°C 120°C，更優(yōu)選至100°C 110°c，保溫溶脹得到超高分子量聚乙烯溶脹液；
所述第一乳化溶劑由第三份溶劑和表面活性劑經過乳化形成；所述第一份溶劑第二份溶劑第三份溶劑表面活性劑按照重量比為45 55 45 55 1 20 0. 05 0. 1，優(yōu)選為 45 55 45 55 2 10 0. 05 0.1，更優(yōu)選為 50 50 4 8 1.5 2. 5 0.05 0.1。按照本發(fā)明，所述第一份乳化溶劑優(yōu)選按照如下方法制備，將抗氧劑、表面活性劑加入到所述第三份溶劑中進行攪拌乳化，攪拌速度優(yōu)選為2500rpm (轉每分) 3500rpm，優(yōu)選為2750rpm 3250rpm，攪拌時間優(yōu)選為20min lOOmin，更優(yōu)選為30min 80min，更優(yōu)選為 40min lOOmin。按照本發(fā)明，將所述第一混合物進行保溫溶脹時，保溫時間根據溶脹度進行調整， 優(yōu)選使所述超高分子量的溶脹度達到1 2，更優(yōu)選為1. 1 1. 8，更優(yōu)選為1. 2 1. 6，然后停止保溫。對于保溫時間，優(yōu)選為30 lOOmin，更優(yōu)選為40 90min，更優(yōu)選為50 SOmin0本發(fā)明所述溶脹度η按照公式(I)進行計算n = W1Zff2 公式(I)公式(I)中，W1的含義是取一份超高分子量聚乙烯溶脹液，經20min抽濾后稱重所得；W2的含義是將所述經過抽濾得到的重量份數為W1的溶脹料用十氫萘進行三次萃取 90°C烘干至恒重稱量所得。按照本發(fā)明，制備所述超高分子量聚乙烯溶解液時，優(yōu)選使用如下步驟向第四乳化溶劑中加入第二乳化溶劑、第三乳化溶劑、第五份溶劑攪拌均勻得到第二混合物，攪拌轉速優(yōu)選為2500rpm 3500rpm，更優(yōu)選為3000rpm，然后將所述第二混合物升溫到100°C 190°C攪拌得到超高分子量聚乙烯溶解液。所述第二乳化溶劑由第六份溶劑和超高分子量聚乙烯按照1 5 0. 4 0. 6的比例乳化形成；所述第三乳化溶劑由第七份溶劑、抗氧劑和成核劑經過乳化形成，所述第七份溶劑以重量計優(yōu)選占所述超高分子量聚乙烯溶解液中的溶劑總量的2% 4%，本發(fā)明中， 所述成核劑以重量計優(yōu)選占所述超高分子量聚乙烯溶解液中的超高分子量聚乙烯總量的 0. 8% 80%，更優(yōu)選為0. 8 56%，更優(yōu)選為0. 8 對％。按照本發(fā)明，在制備超高分子量聚乙烯溶解液的過程中，所述第四份溶劑所述第五份溶劑第六份溶劑第七份溶劑按照重量比為67 75 15 25 2 10 2 4，更優(yōu)選為67 75 15 25 3 8 2 4，更優(yōu)選為67 75 20 4 6 3。按照本發(fā)明，配制所述第二乳化溶劑時，可以將所述第六份溶劑和超高分子量聚乙烯均勻的分成兩份分別進行乳化，乳化時間優(yōu)選為IOmin 60min，優(yōu)選為20min 50min，更優(yōu)選為 30min 40min。將所述第二混合物升溫到100°C 190°C攪拌得到超高分子量聚乙烯溶解液優(yōu)選使用如下步驟先將所述第二混合物升溫至10(TC 150°C，優(yōu)選至120°C 140°C進行低速攪拌，低速攪拌速度優(yōu)選為17rpm 25rpm，更優(yōu)選為ISrpm 20rpm ；攪拌至第二混合物的溫度優(yōu)選達到140°C 190°C，更優(yōu)選達到150°C 180°C，然后將轉速提高到35rpm 45rpm、更優(yōu)選提高到38rpm 42rpm進行高速攪拌，再進行保溫得到超高分子量聚乙烯溶解液，保溫時間優(yōu)選為30min lOOmin，更優(yōu)選為40min 80min。在制備超高分子量聚乙烯溶解液的過程中，將第二混合物先加熱進行低速攪拌，其目的是在加熱和低速攪拌的過程中，超高分子量聚乙烯原料顆粒完全溶脹并有大部分開始溶解，此時超高分子量聚乙烯中的高聚物大分子鏈間的纏結已基本消除，使得成核劑可進入解纏分子鏈間進行初步的分散。低速攪拌至第二混合物的溫度達到120°C 190°C，優(yōu)選達到150°C 180°C后進行高速攪拌，其目的是促進超高分子量聚乙烯的溶解及成核劑更加均勻的分散。按照本發(fā)明，制備的超高分子量聚乙烯纖維紡絲溶液可以按照本領域技術人員熟知的凍膠紡絲技術制備超高分子量聚乙烯纖維，具體例子可以為將紡絲溶液送入雙螺桿擠出機進行解纏，雙螺桿擠出機的入口溫度優(yōu)選為85°C 120°C，中間擠壓溫度為240°C 280°C，出口溫度為280°C 320°C。凍膠紡絲的工藝優(yōu)選為噴絲孔的孔徑為0. 6mm 5mm， 噴絲孔的長徑比L/D為6/1 30/1，紡絲溶液擠出速率為0. 5m/min lOm/min ；擠出后，噴絲頭拉伸比控制在5 20倍之間，優(yōu)選6 15倍之間，紡絲液經過0°C 36°C的冷卻定型得到凍膠絲條。得到凍膠絲條后，將凍膠絲條進行萃取，萃取劑優(yōu)選為已烷、庚烷、甲苯、氯甲烷、 溶劑油、煤油，更優(yōu)選為煤油。然后將萃取后的絲條進行干燥，干燥溫度優(yōu)選為40°C 80°C，然后將干燥絲條在70V 160°C的溫度范圍內施加30倍 130倍，優(yōu)選40-60倍的熱牽伸制成超高分子量聚乙烯纖維。對所述干燥后的絲條進行熱牽伸時，優(yōu)選對所述絲條進行至少兩級的正牽倍的熱牽伸，第一級熱牽伸的溫度優(yōu)選為120°C 160°C，牽倍優(yōu)選為 2倍 10倍，更優(yōu)選為5倍 10倍；第二級熱牽伸的溫度優(yōu)選為130°C 160°C，牽倍優(yōu)選為2倍 10倍，更優(yōu)選為5倍 10倍。進行兩級正牽倍的熱牽伸后，還可以對絲條進行一級的負牽伸，負牽伸溫度優(yōu)選為120°C 140°C，牽倍優(yōu)選為0. 91倍 0. 99倍。本發(fā)明中纖維力學性能是按照GB/T19975-2005測試。為了進一步了解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求范圍的限制。為了更好的比較效果，在以下的實施例和比較例中使用了相同的原料，所用超高分子聚乙烯的重均分子量^為4.2\106，粉末粒度為8(^!11 12(^111，所用溶劑120#白油。以下實施例和比較例中使用的成核劑、抗氧劑和表面活性劑規(guī)格如表1 :表1本發(fā)明實施例所使用的成核劑規(guī)格
權利要求
1.一種超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液，其特征在于，以重量百分計包括超高分子量聚乙烯 10% 15% ；成核劑，所述成核劑占所述超高分子量聚乙烯的重量百分比為0. 02% 6% ；余量溶劑。
2.根據權利要求1所述的紡絲原液，其特征在于，還包括抗氧劑，所述抗氧劑占所述紡絲原液中的超高分子量聚乙烯總量的重量百分比為0. 1%。
3.根據權利要求1所述的紡絲原液，其特征在于，還包括表面活性劑，所述表面活性劑占紡絲原液中的超高分子量聚乙烯總量的重量百分比為0. 0. 5%。
4.根據權利要求1至3任一項所述的紡絲原液，其特征在于，所述成核劑包括無機硅酸鹽成核劑、金屬氧化物成核劑、有機酸成核劑、有機酸鹽成核劑、聚合物成核劑、山梨糖醇或其衍生物成核劑、有機磷酸鹽成核劑、丙三羧酸型酰胺成核劑中的一種或多種。
5.根據權利要求4所述的紡絲原液，其特征在于，所述無機硅酸鹽成核劑為滑石粉。
6.根據權利要求4所述的紡絲原液，其特征在于，所述金屬氧化物成核劑包括氧化鈦、 堿金屬氧化物或堿土金屬氧化物。
7.根據權利要求4所述的紡絲原液，其特征在于，所述有機酸成核劑包括4-叔丁基苯甲酸、脂肪酸或二苯乙酸。
8.根據權利要求4所述的紡絲原液，其特征在于，所述有機酸鹽成核劑包括琥珀酸鈉或苯甲酸鈉。
9.根據權利要求4所述的紡絲原液，其特征在于，所述山梨糖醇或其衍生物成核劑包括二亞芐基山梨糖醇、二(對甲基芐叉)山梨糖醇、二(對氯芐叉)山梨糖醇、1，3-2，4 二亞 G甲基)芐基-D-山梨糖醇、1，3，5-苯三酸衍生物。
10.根據權利要求1至9任一項所述的紡絲原液，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯紡絲原液中的溶劑為環(huán)烷烴和鏈烷烴按照85 90 10 15的比例混合得到的混合溶劑， 所述環(huán)烷烴的碳原子個數為25個 50個，所述鏈烷烴的碳原子個數為25個 50個。
11.權利要求1至10任一項所述的超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液的制備方法，其特征在于，包括取超高分子量聚乙烯溶解液與超高分子量聚乙烯溶脹液按照重量比為0. 42 2. 85的比例混合得到超高分子量聚乙烯重量含量為10% 15%的紡絲原液；所述超高分子量聚乙烯溶脹液中的超高分子量聚乙烯的含量為10 50% ；所述超高分子量聚乙烯溶脹液中的超高分子量聚乙烯與所述超高分子量聚乙烯溶解液中的超高分子量聚乙烯的重量比為2. 5 70 ；所述超高分子量聚乙烯溶解液中有成核劑，所述成核劑占所述超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液中的超高分子量聚乙烯的重量百分比為0. 02% 5%。
12.根據權利要求11所述的制備方法，其特征在于，所述成核劑占所述超高分子量聚乙烯溶解液中的超高分子量聚乙烯的重量百分比為0. 8% 80%。
13.根據權利要求12所述的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯溶解液中還包括抗氧劑，所述抗氧劑占所述超高分子量聚乙烯溶解液中的超高分子量聚乙烯的重量百分比為 8%。
14.根據權利要求13所述的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯溶脹液中還包括表面活性劑。
15.根據權利要求14所述的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯溶脹液按照如下方法制備在第一份溶劑內加入超高分子量聚乙烯粉末進行攪拌； 向所述第一份溶劑內加入第二份溶劑和第一乳化溶劑得到第一混合物； 將所述第一混合物升溫至90°C 130°C保溫溶脹得到超高分子量聚乙烯溶脹液； 所述第一乳化溶劑由第三份溶劑和表面活性劑經過乳化形成； 第一份溶劑第二份溶劑第三份溶劑表面活性劑的重量比為45 55 45 55 1 20 0. 05 0. 1。
16.根據權利要求15所述的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯溶脹液的溶脹度為1 2。
17.根據權利要求16所述的制備方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯溶解液按照如下方法制備向第四份溶劑中加入第二乳化溶劑、第三乳化溶劑、第五份溶劑攪拌均勻得到第二混合物，將所述第二混合物升溫至100°C 190°C攪拌得到超高分子量聚乙烯溶解液；所述第二乳化溶劑由第六份溶劑和超高分子量聚乙烯按照1 5 0.4 0.6的比例乳化形成；所述第三乳化溶劑由第七份溶劑、抗氧劑和成核劑經過乳化形成； 所述第四份溶劑第五份溶劑第六份溶劑第七份溶劑的重量比為67 75 15 25 2 10 2 4。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液，以重量百分計包括超高分子量聚乙烯10％～15％；成核劑，所述成核劑占所述超高分子量聚乙烯的重量百分比為0.02％～6％；余量溶劑。與現有技術相比，本發(fā)明提供的紡絲原液中含有成核劑，成核劑的作用在于可以增加紡絲原液的塑性，降低了紡絲原液漿料的活化能，從而降低了紡絲原液中的超高分子量聚乙烯纖維大分子的纏結密度。另外，在對該紡絲原液進行解纏的過程中，成核劑可以作為成核核心分散在超高分子量聚乙烯大分子鏈段之間，有利于形成均勻的二維納米晶；這樣，在噴絲成型的過程中，會提高初生絲條結晶的均勻性，從而最終提高超高分子量聚乙烯纖維的性能。
文檔編號D01F1/10GK102534838SQ201010576928
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權日2010年12月7日
發(fā)明者牛艷豐, 王曙光, 葛兆剛, 賀鵬, 黃興良 申請人:北京同益中特種纖維技術開發(fā)有限公司