一種超高分子量聚乙烯卷曲長絲和短纖維的制備方法
【專利摘要】一種超高分子量聚乙烯卷曲長絲和短纖維的制備方法。本發(fā)明利用由于分子量差別和鏈結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的復(fù)合纖維中兩組份具有不同的初始模量和熱收縮率的特性，采用復(fù)合紡絲方法，制備出纖維截面具有非對稱并列結(jié)構(gòu)和偏心結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維，使其在熱處理過程中自發(fā)形成卷曲結(jié)構(gòu)，并基本保持了UHMWPE纖維的力學(xué)。
【專利說明】一種超高分子量聚乙烯卷曲長絲和短纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯(UHMWPE)卷曲長絲和短纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維與碳纖維、對位芳綸纖維并稱為三大高性能纖維。由于UHMWPE纖維具有超輕、高比強(qiáng)度、高比模量、優(yōu)越的能量吸收性、較好的耐磨、耐腐蝕、耐紫外等多重優(yōu)異性能，已經(jīng)在航空航天、國防軍事、安全防護(hù)、體育器材、電力通訊、醫(yī)用材料、工業(yè)纜繩、海洋纜繩、遠(yuǎn)洋捕撈拖網(wǎng)、深海養(yǎng)殖網(wǎng)箱等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]UHMWPE短纖維制備的防割防刺面料、高等級防切割手套在安全防護(hù)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，使用者身著由防割防刺面料制備的防割防刺服能夠有效抵御外來襲擊以及避免操作人員在從事機(jī)械、汽車、玻璃、食品等加工時尖銳物體對手的傷害。同時UHMWPE短纖維可與天然與合成短纖維混合，制成具有不同風(fēng)格與手感的復(fù)合紗線，制備出高檔耐磨牛仔服、戶外運動等對耐磨性要求較高的功能服裝?，F(xiàn)有制備UHMWPE短纖維防割防刺面料的方法是將UHMWPE長纖維直接切成短纖維后，經(jīng)開松一梳理一鋪網(wǎng)一針刺一上膠一熱壓成型。但由于UHMWPE纖維具有高強(qiáng)度高模量特性，利用常規(guī)卷曲工藝時，卷曲結(jié)構(gòu)很難形成且穩(wěn)定性差，提高卷曲溫度易造成分子鏈取向結(jié)構(gòu)的松弛，使纖維性能下降；同時在卷曲工藝中由于卷曲輪的機(jī)械作用易在纖維表面誘發(fā)銀紋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致纖維性能的下降和缺陷增多；而且傳統(tǒng)工藝得到的短纖維的卷曲度不易保持，使其在后繼成網(wǎng)和混纖過程中纖維之間缺乏鉤結(jié)和抱合，不但影響防割防刺面料的防割防刺性能，而且妨礙后繼紡織加工的進(jìn)行。因此需要提供一種力學(xué)性能保持率高、卷曲度穩(wěn)定性高的UHMWPE長絲和短纖維的生產(chǎn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了提供一種力學(xué)性能保持率高、卷曲度穩(wěn)定性高的UHMWPE長絲和短纖維的生產(chǎn)方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案具體包括以下步驟:(I)采用UHMWPE樹脂，加入溶劑和抗氧劑等助劑，在A雙螺桿中制備均勻的UHMWPE溶液；(2)采用分子量低的聚乙烯與少量聚烯烴彈性體(polyolefin elastics, POE)混合,加入溶劑和抗氧劑等助劑,在B雙螺桿中制備均勻的聚乙烯溶液；(3)將上述兩種物質(zhì)形成的溶液經(jīng)過復(fù)合噴絲板組件，再經(jīng)過干噴濕法或干法紡絲工藝得到含上述A、B兩組份的復(fù)合纖維，冷卻形成的復(fù)合凍膠纖維的纖維截面具有不對稱并列結(jié)構(gòu)或偏心結(jié)構(gòu)；(4)將上述凍膠纖維去除溶劑后進(jìn)行多級超倍熱牽伸，然后再進(jìn)行在線熱處理使其卷曲結(jié)構(gòu)得以形成，從而得到卷曲型長纖維；(5)卷曲型長纖維再按照紡織加工的需要切割得到具有不同長度的UHMWPE卷曲短纖維。
[0006]所述的步驟(I) (2)中的溶劑為十氫化萘或白油。
[0007]所述的步驟(I)中的UHMWPE樹脂的分子量為200?700萬，溶液中UHMWPE的重量百分比為5?25%。
[0008]所述的步驟(2)中的聚烯烴彈性體為α -烯烴的共聚物，α -烯烴包括C3、C4、C6、CS，聚烯烴彈性體也可以是乙烯與不同α-烯烴共聚物的共混物，聚烯烴彈性體的熔融指數(shù)為0.5?30g/10min，聚烯烴彈性體在聚乙烯/聚烯烴彈性體共混物中的質(zhì)量百分比為2 ?15%。
[0009]所述的步驟(2)中的聚乙烯樹脂的分子量為50?200萬，溶液中聚乙烯/聚烯烴彈性體的重量百分比為5?25%。
[0010]所述的步驟(3)中的UHMWPE樹脂的質(zhì)量比例為86?99%，聚乙烯/聚烯烴彈性體的質(zhì)量比例為I?15%。
[0011]所述的步驟(4)中的多級超倍熱牽伸為2?4級，拉伸溫度為90?135°C，拉伸倍數(shù)為10?40倍。
[0012]所述的步驟(4)中的熱處理溫度為132?140°C，長絲卷曲率為10%?45%。
[0013]所述的步驟(5)中的短纖維的長度為I?78mm，卷曲率為3%?12%。
[0014]本發(fā)明利用由于分子量差別和鏈結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的具有不同熱收縮率的特性，采用復(fù)合紡絲方法，制備出纖維截面具有非對稱并列結(jié)構(gòu)和偏心結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維，使其在熱處理過程中自發(fā)形成卷曲結(jié)構(gòu)，纖維的卷曲度可由少量組分的含量以及熱定型工藝進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于低分子量聚乙烯及聚烯烴彈性體的含量在復(fù)合纖維中的質(zhì)量含量控制在1%?15%之間，因此基本保持了 UHMWPE纖維的力學(xué)性能，得到了高性能的UHMWPE卷曲長絲和短纖維。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為非對稱并列結(jié)構(gòu)的纖維截面示意圖；
[0016]圖2為偏心結(jié)構(gòu)的纖維截面示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面通過實施例進(jìn)一步描述發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明的范圍不只限制于這這些實施案例，所給的這些實施案例僅僅是說明性的，不可理解為是對本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域的普通專業(yè)人員根據(jù)發(fā)明的內(nèi)容，對發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]實施例1
[0019]將30KG分子量為200萬的UHMWPE樹脂、570KG十氫化萘和抗氧劑等助劑在A雙螺桿中制備成均勻的UHMWPE溶液，將4.8564KG分子量為50萬的聚乙烯與0.5396KG熔融指數(shù)為0.5g/10min乙烯-丙烯共聚物混合，然后與106KG十氫化萘和抗氧劑等助劑在B雙螺桿中制備成均勻的聚乙烯共混溶液，將上述兩種物質(zhì)形成的溶液經(jīng)過復(fù)合噴絲板組件，再經(jīng)過干噴濕法紡絲工藝得到含UHMWPE樹脂的質(zhì)量比例為85%、聚乙烯/乙烯-丙烯共聚物的質(zhì)量比例為15%的復(fù)合纖維，冷卻形成纖維截面具有偏心結(jié)構(gòu)的復(fù)合凍膠纖維，將凍膠纖維去除溶劑后進(jìn)行2級熱牽伸，一級熱牽伸溫度為90°C，二級熱牽伸溫度為110°C，熱牽伸總倍數(shù)為10倍，然后在132°C在線熱處理使其卷曲后得到卷曲型長纖維，再切割得到長度為Imm的UHMWPE卷曲短纖維。
[0020]對UHMWPE長絲取樣參照GB/T29554-2013的方法進(jìn)行力學(xué)性能測試，每次取10個樣，結(jié)果取平均值。長絲卷曲率參照GB/T6506-2001的方法進(jìn)行測試，每次取50個樣，結(jié)果取平均值。[0021]對UHMWPE短纖維取樣參照GB/T14337-1993的方法進(jìn)行力學(xué)性能測試，每次取10個樣，結(jié)果取平均值。短纖維卷曲率參照GB/T14338-2008的方法進(jìn)行測試，每次取100個樣，結(jié)果取平均值。
[0022]長絲力學(xué)性能:拉伸強(qiáng)度34.8cN/dtex，初始模量1100cN/dtex。
[0023]長絲卷曲率:35%。
[0024]短纖維力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度為34.5cN/dtex,初始模量為1080cN/dtex。
[0025]短纖維卷曲率為10%。
[0026]實施例2
[0027]將30KG分子量為400萬的UHMWPE樹脂、570KG十氫化萘和抗氧劑等助劑在A雙螺桿中制備成均勻的UHMWPE溶液，將4.587KG分子量為200萬的聚乙烯與0.8094KG熔融指數(shù)為0.5g/10min乙烯-α -辛烯共聚物混合，然后與106KG十氫化萘和抗氧劑等助劑在B雙螺桿中制備成均勻的聚乙烯共混溶液，將上述兩種物質(zhì)形成的溶液經(jīng)過復(fù)合噴絲板組件，再經(jīng)過干噴濕法紡絲工藝得到含UHMWPE樹脂的質(zhì)量比例為85%、聚乙烯/乙烯-α -辛烯共聚物的質(zhì)量比例為15%的復(fù)合纖維，冷卻形成不對稱并列結(jié)構(gòu)的并列型復(fù)合凍膠纖維，將凍膠纖維去除溶劑后進(jìn)行3級熱牽伸，一級熱牽伸溫度為110°C，二級熱牽伸溫度為125°C，三級熱牽伸溫度為135°C，熱牽伸總倍數(shù)為40倍，然后在140°C在線熱處理使其卷曲后得到卷曲型長纖維，再切割得到長度為Imm的UHMWPE卷曲短纖維。
[0028]對UHMWPE長絲取樣參照GB/T29554-2013的方法進(jìn)行力學(xué)性能測試，每次取10個樣，結(jié)果取平均值。長絲卷曲率參照GB/T6506-2001的方法進(jìn)行測試，每次取50個樣，結(jié)果取平均值。
[0029]對UHMWPE短纖維取樣參照GB/T14337-1993的方法進(jìn)行力學(xué)性能測試，每次取10個樣，結(jié)果取平均值。短纖維卷曲率參照GB/T14338-2008的方法進(jìn)行測試，每次取100個樣，結(jié)果取平均值。
[0030]長絲力學(xué)性能:拉伸強(qiáng)度36.3cN/dtex，初始模量1130cN/dtex。
[0031]長絲卷曲率:45%。
[0032]短纖維力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度為35.8cN/dtex,初始模量為1050cN/dtex。
[0033]短纖維卷曲率為12%。
[0034]實施例3
[0035]將IOKG分子量為400萬的UHMWPE樹脂、70KG十氫化萘和抗氧劑等助劑在A雙螺桿中制備成均勻的UHMWPE溶液，將IKG分子量為100萬的聚乙烯與0.05KG熔融指數(shù)為10g/10min的乙烯-α - 丁烯共聚物混合，然后與7KG十氫化萘和抗氧劑等助劑在B雙螺桿中制備成均勻的聚乙烯共混溶液，將上述兩種物質(zhì)形成的溶液經(jīng)過復(fù)合噴絲板組件，再經(jīng)過干法紡絲工藝得到含UHMWPE樹脂的質(zhì)量比例為90.5%、聚乙烯共混物的質(zhì)量比例為
9.5%的復(fù)合纖維，通過熱氮氣氣氛的甬道，脫除溶劑形成偏心型復(fù)合凍膠纖維，將凍膠纖維再后進(jìn)行3級熱牽伸，一級熱牽伸溫度為90°C，二級熱牽伸溫度為110°C，三級熱牽伸溫度為120°C，熱牽伸總倍數(shù)為20倍，然后在134°C在線熱處理使其卷曲后得到卷曲型長纖維，再切割得到長度為18mm的UHMWPE卷曲短纖維。
[0036]對UHMWPE長絲取樣參照GB/T29554-2013的方法進(jìn)行力學(xué)性能測試，每次取10個樣，結(jié)果取平均值。長絲卷曲率參照GB/T6506-2001的方法進(jìn)行測試，每次取50個樣，結(jié)果取平均值。
[0037]對UHMWPE短纖維取樣參照GB/T14337-1993的方法進(jìn)行力學(xué)性能測試，每次取10個樣，結(jié)果取平均值。短纖維卷曲率參照GB/T14338-2008的方法進(jìn)行測試，每次取100個樣，結(jié)果取平均值。
[0038]長絲力學(xué)性能:拉伸強(qiáng)度36.7cN/dtex，初始模量1130cN/dtex。
[0039]長絲卷曲率:28%。
[0040]短纖維力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度為36.5cN/dtex，初始模量為1100cN/dtex。
[0041]短纖維卷曲率為9%。
[0042]實施例4
[0043]將100KG分子量為700萬的UHMWPE樹脂、300KG白油和抗氧劑等助劑在A雙螺桿中制備成均勻的UHMWPE溶液，將5.87KG分子量為200萬的聚乙烯與0.5IKG熔融指數(shù)為50g/10min乙烯-a -己烯共聚物混合，然后與3KG白油和抗氧劑等助劑在B雙螺桿中制備成均勻的聚乙烯溶液，將上述兩種物質(zhì)形成的溶液經(jīng)過復(fù)合噴絲板組件，再經(jīng)過干噴濕法紡絲工藝得到含UHMWPE樹脂的質(zhì)量比例為94%、聚乙烯共混物的質(zhì)量比例為6%的復(fù)合纖維，冷卻形成偏心型復(fù)合凍膠纖維，將凍膠纖維去除溶劑后進(jìn)行3級熱牽伸，一級熱牽伸溫度為90°C，二級熱牽伸溫度為120°C，三級熱牽伸溫度為130°C，熱牽伸總倍數(shù)為30倍，然后在137°C在線熱處理使其卷曲后得到卷曲型長纖維，再切割得到長度為38mm的UHMWPE卷曲短纖維。
[0044]對UHMWPE長絲取樣參照GB/T29554-2013的方法進(jìn)行力學(xué)性能測試，每次取10個樣，結(jié)果取平均值。長絲卷曲率參照GB/T6506-2001的方法進(jìn)行測試，每次取50個樣，結(jié)果取平均值。
[0045]對UHMWPE短纖維取樣參照GB/T14337-1993的方法進(jìn)行力學(xué)性能測試，每次取10個樣，結(jié)果取平均值。短纖維卷曲率參照GB/T14338-2008的方法進(jìn)行測試，每次取100個樣，結(jié)果取平均值。
[0046]長絲力學(xué)性能:拉伸強(qiáng)度37.9cN/dtex,初始模量1330cN/dtex。
[0047]長絲卷曲率:24%。
[0048]短纖維力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度為37.5cN/dtex,初始模量為1300cN/dtex。
[0049]短纖維卷曲率為8%。
[0050]實施例5
[0051]將100KG分子量為700萬的UHMWPE樹脂、300KG白油和抗氧劑等助劑在A雙螺桿中制備成均勻的UHMWPE溶液，將0.98KG分子量為50萬的聚乙烯與0.0lKG熔融指數(shù)為50g/10min乙烯- α -辛烯共聚物、0.0lKG熔融指數(shù)為10g/10min的乙烯- α - 丁烯共聚物共混，然后與3KG白油和抗氧劑等助劑在B雙螺桿中制備成均勻的聚乙烯共混溶液，將上述兩種物質(zhì)形成的溶液經(jīng)過復(fù)合噴絲板組件，再經(jīng)過干噴濕法紡絲工藝得到含UHMWPE樹脂的質(zhì)量比例為99%、聚乙烯共混物的質(zhì)量比例為1%的復(fù)合纖維，冷卻形成偏心型復(fù)合凍膠纖維，將凍膠纖維去除溶劑后進(jìn)行4級熱牽伸，一級熱牽伸溫度為90°C，二級熱牽伸溫度為110°C，三級熱牽伸溫度為120°C，四級熱牽伸溫度為130°C，熱牽伸總倍數(shù)為35倍，然后在138°C在線熱處理使其卷曲后得到卷曲型長纖維，再切割得到長度為58mm的UHMWPE卷曲短纖維。[0052]對UHMWPE長絲取樣參照GB/T29554-2013的方法進(jìn)行力學(xué)性能測試，每次取10個樣，結(jié)果取平均值。長絲卷曲率參照GB/T6506-2001的方法進(jìn)行測試，每次取50個樣，結(jié)果取平均值。
[0053]對UHMWPE短纖維取樣參照GB/T14337-1993的方法進(jìn)行力學(xué)性能測試，每次取10個樣，結(jié)果取平均值。短纖維卷曲率參照GB/T14338-2008的方法進(jìn)行測試，每次取100個樣，結(jié)果取平均值。
[0054]長絲力學(xué)性能:拉伸強(qiáng)度38.9cN/dtex,初始模量1450cN/dtex。
[0055]長絲卷曲率:15%。
[0056]短纖維力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度為38.5cN/dtex,初始模量為1430cN/dtex。
[0057]短纖維卷曲率為3%。
[0058]實施例6
[0059]將100KG分子量為700萬的UHMWPE樹脂、300KG白油和抗氧劑等助劑在A雙螺桿中制備成均勻的UHMWPE溶液，將9KG分子量為200萬的聚乙烯與IKG熔融指數(shù)為50g/10min乙烯-α -辛烯共聚物的共混物混合，然后與3KG白油和抗氧劑等助劑在B雙螺桿中制備成均勻的聚乙烯共混溶液，將上述兩種物質(zhì)形成的溶液經(jīng)過復(fù)合噴絲板組件，再經(jīng)過干噴濕法紡絲工藝得到含UHMWPE樹脂的質(zhì)量比例為91%、聚乙烯共混物的質(zhì)量比例為9%的復(fù)合纖維，冷卻形成偏心型復(fù)合凍膠纖維，將凍膠纖維去除溶劑后進(jìn)行4級熱牽伸，一級熱牽伸溫度為90°C，二級熱牽伸溫度為110°C，三級熱牽伸溫度為120°C，四級熱牽伸溫度為130°C，熱牽伸總倍數(shù)為40倍，然后在140°C在線熱處理使其卷曲后得到卷曲型長纖維，再切割得到長度為78mm的UHMWPE卷曲短纖維。
[0060]對UHMWPE長絲取樣參照GB/T29554-2013的方法進(jìn)行力學(xué)性能測試，每次取10個樣，結(jié)果取平均值。長絲卷曲率參照GB/T6506-2001的方法進(jìn)行測試，每次取50個樣，結(jié)果取平均值。
[0061]對UHMWPE短纖維取樣參照GB/T14337-1993的方法進(jìn)行力學(xué)性能測試，每次取10個樣，結(jié)果取平均值。短纖維卷曲率參照GB/T14338-2008的方法進(jìn)行測試，每次取100個樣，結(jié)果取平均值。
[0062]長絲力學(xué)性能:拉伸強(qiáng)度37.9cN/dtex，初始模量1160cN/dtex。
[0063]長絲卷曲率:10%。
[0064]短纖維力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度為37.5cN/dtex，初始模量為1100cN/dtex。
[0065]短纖維卷曲率為5%。
【權(quán)利要求】
1.一種超高分子量聚乙烯卷曲長絲和短纖維的制備方法，其特征是包括以下步驟: (1)采用UHMWPE樹脂，加入溶劑和抗氧劑等助劑，在A雙螺桿中制備均勻的UHMWPE溶液； (2)采用分子量低的聚乙烯與少量聚烯烴彈性體混合，加入溶劑和抗氧劑等助劑，在B雙螺桿中制備均勻的聚乙烯溶液； (3)將上述兩種物質(zhì)形成的溶液經(jīng)過復(fù)合噴絲板組件，再經(jīng)過干噴濕法或干法紡絲工藝得到含上述A、B兩組份的復(fù)合纖維，冷卻形成的復(fù)合凍膠纖維；復(fù)合纖維的纖維截面具有不對稱的并列結(jié)構(gòu)或偏心結(jié)構(gòu)； (4)將上述凍膠纖維去除溶劑后進(jìn)行多級超倍熱牽伸，然后再進(jìn)行在線熱處理使其卷曲結(jié)構(gòu)得以形成，從而得到卷曲型長纖維； (5)卷曲型長纖維再按照紡織加工的需要切割得到具有不同長度的UHMWPE卷曲短纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:步驟(I)(2)中的溶劑為十氫化萘或白油。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:步驟(I)中的UHMWPE分子量為200?700萬，溶液中UHMWPE的重量百分比為5?25%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:步驟(2)中的聚烯烴彈性體為α-烯烴的共聚物，α-烯烴包括C3、C4、C6、C8，聚烯烴彈性體也可以是乙烯與不同α-烯烴共聚物的共混物，聚烯烴彈性體的熔融指數(shù)為0.5?30g/10min，聚烯烴彈性體在聚乙烯/聚烯烴彈性體共混物中的質(zhì)量百分比為2?15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:步驟(2)中的分子量低的聚乙烯樹脂的分子量為50?200萬，溶液中聚乙烯/聚烯烴彈性體共混物的重量百分比為5?25%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:步驟(3)中的UHMWPE樹脂的質(zhì)量比例為85?99%，聚乙烯/聚烯烴彈性體共混物的質(zhì)量比例為I?15%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:步驟(4)中的多級超倍熱牽伸為2?4級，拉伸溫度為90?135°C，拉伸倍數(shù)為10?40倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:步驟(4)中的熱處理溫度為132?140°C，長絲卷曲率為10%?45%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是:步驟(5)中的短纖維的長度為I?78mm，卷曲率為3%?12%。
【文檔編號】D01D5/12GK103882554SQ201410105480
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】顧群, 王宗寶, 王劍, 王霖鵬 申請人:劍喬科技江蘇有限公司