專利名稱：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚乙烯纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紡織材料領(lǐng)域，特別是涉及ー種采用高密度聚こ烯制備網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維的方法。
背景技術(shù)：
近年來，蜘蛛絲成為關(guān)注焦點的主要原因在于其獨特的力學性能及環(huán)保優(yōu)勢，其在力學性能上具有蠶絲及一般合成纖維無法比擬的突出優(yōu)勢，目前市場上的蜘蛛絲纖維與強度最高的碳纖維強度相接近，但其在韌性上具有明顯優(yōu)勢，并且一束由蜘蛛絲組成的繩子比同樣粗細的不銹鋼鋼筋還要堅強有力，能夠承受比鋼筋還多5倍的重量而不會被折斷，它具有極好的弾性和強度，其強度明顯高于蠶絲、橡膠、合成纖維，與鋼筋束的強度相近，低于卡夫綸；伸長與蠶絲及合成纖維相似，高于鋼筋、棉和卡夫綸，因而韌性很好，在國防、軍事(防弾衣)、建筑等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。蜘蛛絲的研究借助于先進的結(jié)構(gòu)表征手段和生物技術(shù)，主要集中在轉(zhuǎn)基因技術(shù)及采用合適的仿生紡絲技術(shù)進行紡絲，目前結(jié)果都并不理想，隨著生物科學和高分子科學的發(fā)展，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)及模擬蜘蛛的紡絲行為，大量獲取蜘蛛絲蛋白并人工紡出性能卓越的蜘蛛絲尚在研究階段。另外，纖維的高性能、高功能和高感性一直是研究者對新型化纖材料研究的重點，高性能聚こ烯纖維是繼碳纖維、芳綸之后具有極其重要戰(zhàn)略意義的新型纖維材料，高性能纖維材料由于具有極好的力學性能常作為復合材料的增強體材料，包括玻璃纖維，強度大、且具有較好的耐熱和耐化學腐蝕性能，但玻璃纖維較脆，耐壓縮性能較差，其織物的變性能カ較差；碳纖維，耐高溫、耐化學腐蝕性能較好，但碳纖維較脆不易織造；芳香族聚酰胺纖維芳綸具有好的力學性能穩(wěn)定，但其為原纖化結(jié)構(gòu)，由于在織造過程中，經(jīng)緯紗都要受到反復多次的拉伸、曲折、摩擦等作用，會發(fā)生原纖劈裂現(xiàn)象，為織造成形帶了很大的麻煩，且材料的成本較高；高強高模聚こ烯纖維密度小，具有高的強度和模量且纖維的柔軟性較好，具有較好的耐疲勞和耐摩擦性能，但是由于高強高模聚こ烯纖維的斷裂伸長率較小，在織造過程中易出現(xiàn)斷經(jīng)斷緯現(xiàn)象，不易織造成型，因此，制備ー種高性能特種聚こ烯纖維尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供ー種新的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維制備方法，使得其制備的聚こ烯纖維在結(jié)構(gòu)上類似蜘蛛絲的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且強度高、韌性大。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維制備方法包括下列步驟
a.將高密度聚こ烯與石蠟按質(zhì)量比2:8 6:4在混合釜中高效剪切混勻，添加輻射敏 感劑，輻射敏感劑的加入量為高密度聚こ烯質(zhì)量的O. 2 I. O %，注入雙螺桿熔融擠出機，經(jīng)擠出成型，水浴固化，切割制得均一切粒；
b.將制得的切粒送入熔融紡絲機，脫泡擠出，由噴絲頭噴絲進入驟冷環(huán)境凝固定型，再浸潰到帶牽伸裝置的ニ甲苯溶劑浴中萃取，使纖維牽伸取向，制得聚こ烯纖維半成品絲； C.將所制得的聚こ烯纖維半成品絲置于輻照環(huán)境下處理，輻射劑量為80 150 kGy,再經(jīng)溫度梯度熱處理甬道并牽伸，使纖維進一步獲的取向和結(jié)晶，最終獲得到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維。所述步驟a中，雙螺桿熔融擠出機設(shè)有七個溫度控制區(qū)，七區(qū)溫度分別設(shè)為40 600C>80 100°C、110 130°C、120 140°C、130 150°C、135 155°C、140 165°C。所述高密度聚こ烯的分子量范圍是40000 300000，熔點為125 135°C，相對密度為 O. 941 O. 960。所述的輻射敏感劑為端こ烯基聚ニ甲基硅氧烷，它經(jīng)輻照能發(fā)生交聯(lián)，井能改善材料的耐候性、耐老化性、抗紫外線以及增強韌性，如吉林市祥友高分子材料有限公司，牌號 XY-202-B。所述的ニ甲苯是由體積百分比為45 70 %的間ニ甲苯、15 25 %的對ニ甲苯和10 15 %鄰ニ甲苯三種異構(gòu)體所組成的混合物。所述的熔融紡絲環(huán)節(jié)中，紡絲機四區(qū)溫度分別控制在170 180°C、190 210°C、220 230°C、230 235°C ;驟冷環(huán)境是在噴絲頭下連接吹冷風甬道，溫度在-15 15°C ；牽伸通過調(diào)節(jié)牽伸ー親和ニ棍的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速比為1/1. 5 1/1000 ;噴絲板與浴槽液面之間的垂直距離為15 20 cm。所述的輻照環(huán)境可以是高能電子束輻照或6tlCo- Y輻照。所述的溫度梯度熱處理甬道分三區(qū)，分別為軟化區(qū)120 130°C、降溫區(qū)80 90°C、結(jié)晶區(qū)50 70°C ;二次牽伸ー輥和ニ輥轉(zhuǎn)速比為1/70 1/100。通過上述エ藝，所獲得的網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)特種聚こ烯纖維凝膠的質(zhì)量分數(shù)在60 80 %，強度為16 25 cN/dtex，模量為1600 2000 cN/dtex，應(yīng)變?yōu)? 27 %，適用于復合材料的織物基材及防護用紡織品等領(lǐng)域。實際測試，本發(fā)明的高強聚こ烯纖維性具有超高的強度和良好的應(yīng)變，比芳綸、碳纖維、超高模量聚こ烯纖維等特種纖維更適宜于紡織加エ。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進ー步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。實施例I :
將高密度聚こ烯(牌號2800，韓國SK)與石蠟(52號)按質(zhì)量比攪拌混勻，注入雙螺桿熔融擠出機，添加輻射敏感劑，利用熔融紡絲法結(jié)合凍膠紡絲法，后期采用輻照加工技木，制備ー種網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)特種聚こ烯纖維的方法，包括下列步驟
O將高密度聚こ烯與石蠟按質(zhì)量比2:8在混合釜中高效剪切混勻，添加輻射敏感劑(高密度聚こ烯質(zhì)量的O. 2 %)，注入雙螺桿熔融擠出機(JSH-45雙螺桿擠出機，南京康發(fā)橡塑機械制造有限公司)，雙螺桿熔融擠出機設(shè)有七個溫度控制區(qū)，七區(qū)溫度分別設(shè)為40°C、80°C、110°C、120°C、130°C、135°C、140°C，經(jīng)擠出成型，常溫(25°C )水浴固化，切割制得均一切粒；
2)將制得的切粒送入熔融紡絲機料斗，紡絲機四區(qū)溫度分別設(shè)為170で、190で、220で、230°C，脫泡擠出，由噴絲頭噴絲進入驟冷環(huán)境(在噴絲頭下連接吹冷風甬道)凝固定型，吹冷風甬道溫度設(shè)為_15°C，再浸潰到帶牽伸裝置的ニ甲苯溶劑浴中萃取，以1/1. 5低倍率牽伸取向，制得聚こ烯纖維半成品絲；
3)將所制得的聚こ烯纖維置于輻照環(huán)境下處理(6tlCo-Y輻照)，輻射劑量為80 kGy，再經(jīng)溫度梯度熱處理甬道，軟化區(qū)120°C、降溫區(qū)80°C、結(jié)晶區(qū)50°C，并以1/70高倍率牽伸，纖維進ー步獲得取向和一定的結(jié)晶，制得一種網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)特種聚こ烯纖維，纖維凝膠質(zhì)量分數(shù)為60 %，強度為16 cN/dtex，模量為1600 cN/dtex，應(yīng)變?yōu)?7 %。實施例2:
將高密度聚こ烯(牌號5301AA，上海賽科)與石蠟(52號)按質(zhì)量比攪拌混勻，注入雙螺桿熔融擠出機，添加輻射敏感劑，利用熔融紡絲法結(jié)合凍膠紡絲法，后期采用輻照加工技術(shù)，制備ー種網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)特種聚こ烯纖維的方法，包括下列步驟 O將高密度聚こ烯與石蠟按質(zhì)量比4:6在混合釜中高效剪切混勻，添加輻射敏感劑(高密度聚こ烯質(zhì)量的O. 4 %)，注入雙螺桿熔融擠出機(JSH-45雙螺桿擠出機，南京康發(fā)橡塑機械制造有限公司)，雙螺桿熔融擠出機設(shè)有七個溫度控制區(qū)，七區(qū)溫度分別設(shè)為60°C、IOO0C、1300C、140°C、150°C、155°C、165°C，經(jīng)擠出成型，常溫(25°C )水浴固化，切割制得均一切粒；
2)將制得的切粒送入熔融紡絲機料斗，紡絲機四區(qū)溫度分別設(shè)為180で、210で、230で、235°C，脫泡擠出，由噴絲頭噴絲進入驟冷環(huán)境(在噴絲頭下連接吹冷風甬道)凝固定型，吹冷風甬道溫度設(shè)為15°C，再浸潰到帶牽伸裝置的ニ甲苯溶劑浴中萃取，以1/1. 5低倍率牽伸取向，制得聚こ烯纖維半成品絲；
3)將所制得的聚こ烯纖維置于輻照環(huán)境下處理(6tlCo-Y輻照)，輻射劑量為150kGy,再經(jīng)溫度梯度熱處理甬道，軟化區(qū)130°C、降溫區(qū)90°C、結(jié)晶區(qū)70°C，并以1/100高倍率牽イ申，纖維進一步獲得取向和一定的結(jié)晶，制得一種網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)特種聚こ烯纖維，纖維凝膠質(zhì)量分數(shù)為80 %，強度為18 cN/dtex，模量為1700 cN/dtex，應(yīng)變?yōu)?7 %。實施例3:
將高密度聚こ烯(牌號5401AA，上海賽科)與石蠟(52號)按質(zhì)量比攪拌混勻，注入雙螺桿熔融擠出機，添加輻射敏感劑，利用熔融紡絲法結(jié)合凍膠紡絲法，后期采用輻照加工技術(shù)，制備ー種網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)特種聚こ烯纖維的方法，包括下列步驟
O將高密度聚こ烯與石蠟按質(zhì)量比5:5在混合釜中高效剪切混勻，添加輻射敏感劑(高密度聚こ烯質(zhì)量的O. 6 %)，注入雙螺桿熔融擠出機(JSH-45雙螺桿擠出機，南京康發(fā)橡塑機械制造有限公司)，雙螺桿熔融擠出機設(shè)有七個溫度控制區(qū)，七區(qū)溫度分別設(shè)為50°C、90°C、120°C、130°C、140°C、140°C、150°C，經(jīng)擠出成型，常溫(25°C )水浴固化，切割制得均一切粒；
2)將制得的切粒送入熔融紡絲機料斗，紡絲機四區(qū)溫度分別設(shè)為175°C、200°C、225°C、235°C，脫泡擠出，由噴絲頭噴絲進入驟冷環(huán)境(在噴絲頭下連接吹冷風甬道)凝固定型，吹冷風甬道溫度設(shè)為-10°C，再浸潰到帶牽伸裝置的ニ甲苯溶劑浴中萃取，以1/100倍率牽伸取向，制得聚こ烯纖維半成品絲；
3)將所制得的聚こ烯纖維置于輻照環(huán)境下處理(6tlCo-Y輻照)，輻射劑量為100kGy,再經(jīng)溫度梯度熱處理甬道，軟化區(qū)125°C、降溫區(qū)85°C、結(jié)晶區(qū)60°C，并以1/90高倍率牽伸，纖維進一步獲得取向和一定的結(jié)晶，制得一種網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)特種聚こ烯纖維，纖維凝膠質(zhì)量分數(shù)為65 %，強度為21 cN/dtex，模量為1900 cN/dtex，應(yīng)變?yōu)?1 %。實施例4:
將高密度聚こ烯(牌號2800，韓國SK)與石蠟(52號)按質(zhì)量比攪拌混勻，注入雙螺桿熔融擠出機，添加輻射敏感劑，利用熔融紡絲法結(jié)合凍膠紡絲法，后期采用輻照加工技木，制備ー種網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)特種聚こ烯纖維的方法，包括下列步驟
O將高密度聚こ烯與石蠟按質(zhì)量比3:7在混合釜中高效剪切混勻，添加輻射敏感劑(高密度聚こ烯質(zhì)量的1.0 %)，注入雙螺桿熔融擠出機(JSH-45雙螺桿擠出機，南京康發(fā)橡 塑機械制造有限公司)，雙螺桿熔融擠出機設(shè)有七個溫度控制區(qū)，七區(qū)溫度分別設(shè)為50°C、90°C、120°C、125°C、135°C、140°C、145°C，經(jīng)擠出成型，常溫(25°C )水浴固化，切割制得均一切粒；
2)將制得的切粒送入熔融紡絲機料斗，紡絲機四區(qū)溫度分別設(shè)為180で、200で、220で、230°C，脫泡擠出，由噴絲頭噴絲進入驟冷環(huán)境(在噴絲頭下連接吹冷風甬道)凝固定型，吹冷風甬道溫度設(shè)為0°C，再浸潰到帶牽伸裝置的ニ甲苯溶劑浴中萃取，以1/700高倍率牽伸取向，制得聚こ烯纖維半成品絲；
3)將所制得的聚こ烯纖維置于輻照環(huán)境下處理(高能電子束輻照)，輻射劑量為120kGy，再經(jīng)溫度梯度熱處理甬道，軟化區(qū)120°C、降溫區(qū)80°C、結(jié)晶區(qū)60°C，并以1/80高倍率牽伸，纖維進一步獲得取向和一定的結(jié)晶，制得一種網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)特種聚こ烯纖維，纖維凝膠質(zhì)量分數(shù)為75 %，強度為24 cN/dtex，模量為1900 cN/dtex，應(yīng)變?yōu)?3 %。實施例5
將高密度聚こ烯(牌號7000F，揚子石化)與石蠟(52號)按質(zhì)量比攪拌混勻，注入雙螺桿熔融擠出機，添加輻射敏感劑，利用熔融紡絲法結(jié)合凍膠紡絲法，后期采用輻照加工技術(shù)，制備ー種網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)特種聚こ烯纖維的方法，包括下列步驟
O將高密度聚こ烯與石蠟按質(zhì)量比6:4在混合釜中高效剪切混勻，添加輻射敏感劑(高密度聚こ烯質(zhì)量的O. 8 %)，注入雙螺桿熔融擠出機(JSH-45雙螺桿擠出機，南京康發(fā)橡塑機械制造有限公司)，雙螺桿熔融擠出機設(shè)有七個溫度控制區(qū)，七區(qū)溫度分別設(shè)為55°C、95°C、125°C、135°C、145°C、150°C、160°C，經(jīng)擠出成型，常溫(25°C )水浴固化，切割制得均一切粒；
2)將制得的切粒送入熔融紡絲機料斗，紡絲機四區(qū)溫度分別設(shè)為175°C、200°C、225°C、235°C，脫泡擠出，由噴絲頭噴絲進入驟冷環(huán)境(在噴絲頭下連接吹冷風甬道)凝固定型，吹冷風甬道溫度設(shè)為15°C，再浸潰到帶牽伸裝置的ニ甲苯溶劑浴中萃取，以1/1000高倍率牽伸取向，制得聚こ烯纖維半成品絲；
3)將所制得的聚こ烯纖維置于輻照環(huán)境下處理(高能電子束輻照)，輻射劑量為110kGy，再經(jīng)溫度梯度熱處理甬道，軟化區(qū)120°C、降溫區(qū)90°C、結(jié)晶區(qū)60°C，并以1/90高倍率牽伸，纖維進一步獲得取向和一定的結(jié)晶，制得一種網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)特種聚こ烯纖維，纖維凝膠質(zhì)量分數(shù)為70 %，強度為25 cN/dtex，模量為2000 cN/dtex，應(yīng)變?yōu)? %。本發(fā)明所列舉的各エ藝參數(shù)的上下限取值，都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實施例。
權(quán)利要求
1.ー種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維制備方法，其特征是包括下列步驟 a.將高密度聚こ烯與石蠟按質(zhì)量比2:8 6:4在混合釜中高效剪切混勻，添加輻射敏感劑，輻射敏感劑的加入量為高密度聚こ烯質(zhì)量的O. 2 I. O %，注入雙螺桿熔融擠出機，經(jīng)擠出成型，水浴固化，切割制得均一切粒； b.將制得的切粒送入熔融紡絲機，脫泡擠出，由噴絲頭噴絲進入驟冷環(huán)境凝固定型，再浸潰到帶牽伸裝置的ニ甲苯溶劑浴中萃取，使纖維牽伸取向，制得聚こ烯纖維半成品絲； c.將所制得的聚こ烯纖維半成品絲置于輻照環(huán)境下處理，輻射劑量為80 150kGy，再經(jīng)溫度梯度熱處理甬道并牽伸，使纖維進一步獲的取向和結(jié)晶，最終獲得到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維制備方法，其特征是所述步驟a 中，雙螺桿熔融擠出機設(shè)有七個溫度控制區(qū)，七區(qū)溫度分別設(shè)為40 60°C、80 100°C、110 130°C、120 140°C、130 150°C、135 155°C、140 165°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維制備方法，其特征是所述高密度聚こ烯的分子量范圍是40000 300000，熔點為125 135°C，相對密度為O. 941 O. 960。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維制備方法，其特征是所述的輻射敏感劑為端こ稀基聚~■甲基娃氧燒。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維制備方法，其特征是所述的ニ甲苯是由體積百分比為45 70 %的間ニ甲苯、15 25 %的對ニ甲苯和10 15 %鄰ニ甲苯三種異構(gòu)體所組成的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維制備方法，其特征是步驟b中，所述的熔融紡絲機四區(qū)溫度分別控制在170 180°C、190 210°C、220 230°C、230 235°C ;驟冷環(huán)境是在噴絲頭下連接吹冷風甬道，溫度在-15 15°C ;牽伸通過調(diào)節(jié)牽伸ー輥和ニ輥的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速比為1/1. 5 1/1000 ;噴絲板與浴槽液面之間的垂直距離為15 20cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維制備方法，其特征是所述的輻照環(huán)境是高能電子束輻照或6ciCo-Y輻照。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚こ烯纖維制備方法，其特征是所述的溫度梯度熱處理甬道分三區(qū)，分別為軟化區(qū)120 130°C、降溫區(qū)80 90°C、結(jié)晶區(qū)50 70°C;二次牽伸ー輥和ニ輥轉(zhuǎn)速比為1/70 1/100。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用高密度聚乙烯制備網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚乙烯纖維的方法。該方法包括下列步驟a.將高密度聚乙烯與石蠟在混合釜中高效剪切混勻，添加輻射敏感劑，注入雙螺桿熔融擠出機，經(jīng)擠出成型，制得均一切粒；b.將切粒送入熔融紡絲機，脫泡擠出，由噴絲頭噴絲進入驟冷環(huán)境凝固定型，再浸漬到帶牽伸裝置的二甲苯溶劑浴中萃取，使纖維牽伸取向，制得聚乙烯纖維半成品絲；c.將半成品絲置于輻照環(huán)境下處理，輻射劑量為80～150kGy，再經(jīng)溫度梯度熱處理甬道并牽伸，最終獲得到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高強聚乙烯纖維。本發(fā)明的高強聚乙烯纖維性具有超高的強度和良好的應(yīng)變，比芳綸、碳纖維、超高模量聚乙烯纖維等特種纖維更適宜于紡織加工。
文檔編號D01D1/04GK102644126SQ20121011977
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者吳濟宏, 吳海燕, 周曉潔, 張尚勇, 王曉廣, 鄧兵, 黃年華, 龔小舟 申請人:江蘇紡科新復合材料有限公司