專利名稱：一種超高分子量聚乙稀高斷裂功高強纖維的制備方法
一種超高分子量聚乙稀高斷裂功高強纖維的制備方法項目背景高強高模聚乙烯纖維是目前世界上強度最高的高性能纖維材料，具有其它高性能纖維所無法比擬的力學性能。較低的密度、較高的斷裂伸長率、比強度和比模量最大，最宜 吸收低速的破片沖擊能量，防彈性能最好，是一種理想的防彈材料，也廣泛應用在保安和軍 事方面，是目前最好的纜繩材料和高技術軍備材料。被廣泛用于防切割手套、防彈衣、防彈 頭盔、纜繩等多種領域中。反映纖維的能量吸收能力的指標是斷裂功，纖維斷裂功越大，吸 收能量能力越強。纖維斷裂功是指纖維承受拉伸載荷發生斷裂時所做的功，在恒速拉伸到 斷裂時比應力和伸長率曲線下所包含的面積。為提高纖維斷裂功在保證足夠斷裂強度的前 提下，盡可能提高斷裂延伸，即斷裂強度與斷裂延伸有一最佳匹配。本發明采用高剪切實現超高分子量聚乙烯的快速溶脹、溶解，同時添加硅油或 其衍生物通過調節剪切速率、溫度及溶液停留時間控制纏結點密度確保纖維斷裂強度在 28CN/dtex以上的前提下，適當控制超拉伸倍數，使其斷裂延伸在3.7% _5%，斷裂功在 300CN · mm/dtex 以上。本發明的方法是在溶解、紡絲的過程中加入一定量的硅油或其衍生物，可以將 硅油或其衍生物與超高分子量聚乙烯粉末一起和溶劑按比例注入解纏釜內，在溶劑中高剪 切使超高分子量聚乙烯大分子之間適度解纏，形成均一乳液狀混和液，剪切速率在IOOiT1 秒-3500秒―1然后乳液狀混和液通過儲料罐，邊攪拌邊定量喂入螺桿擠出機擠出紡絲，冷 卻、凝固、萃取、干燥超倍拉伸。螺桿溫度在220C° -300C°，溶液的停留時間在20-60分鐘 內。纖維中含有的硅油或其衍生物為纖維重量的0.05% _5%，纖維得到20倍以上適當的 拉伸，纖維的強度達到28cN/dtex，斷裂延伸在3. 7% -5%，斷裂功在300CN .HimAltex以上。實例1超高分子量聚乙烯(相對平均分子質量400萬)，溶劑白油(70#)在室溫下將上述 聚乙烯和白油按公稱濃度為10% (重量)分別注入解纏釜內，同時加入的環氧改性硅 油，氮氣保護下剪切10分鐘，剪切速度2000秒―1，得到均一乳液狀混和液輸入儲料罐邊攪 拌邊定量喂入雙螺桿擠出機。擠出機直徑25mm，L/D = (24)，溫度控制在250°C，螺桿擠出 機轉速30rpm，物料停留時間30分鐘，擠出物經過濾器箱體到計量泵被計量后從噴絲孔噴 出，然后入水浴經處理后萃取干燥超倍拉伸，拉伸總倍數為30，得到的纖維強度達到30cN/ dtex,斷裂功在 300CN · mm/dtex 以上。實例2超高分子量聚乙烯(相對平均分子質量450萬)，溶劑白油(90#)在室溫下將上 述聚乙烯和白油按公稱濃度為8. 5% (重量)分別注入解纏釜內，氮氣保護下剪切10分 鐘，剪切速度2000秒―1，得到均一乳液狀混和液輸入儲料罐，邊攪拌邊定量喂入雙螺桿擠出 機。擠出機直徑25mm，L/D = (24)，溫度控制在250°C，螺桿擠出機轉速35rpm。物料停留 時間30分鐘，擠出物經過濾器箱體到計量泵被計量后從噴絲孔噴出，然后入加了 1. 5%環 氧改性硅油的水浴，經處理后萃取、干燥、超倍拉伸，拉伸總倍數為35，得到的纖維強度達到 32cN/dtex,斷裂功在 300CN · mm/dtex 以上。
實例3 超高分子量聚乙烯(相對平均分子質量350萬)，溶劑白油(90#)，在室溫下將白 油按公稱濃度為88% (重量)注入解纏釜內，超高分子量聚乙烯以公稱濃度為12%重量 由螺旋推進器以0. 5kg/Min速度加入解纏釜內，氮氣保護下邊剪切邊加入，剪切速度1000 秒―1，得到均一乳液狀混和液輸入儲料罐邊攪拌邊定量喂入雙螺桿擠出機。擠出機直徑 25mm, L/D = (24)，溫度控制在250°C。螺桿擠出機轉速30rpm。物料停留時間25分鐘，擠 出物經過濾器箱體到計量泵被計量后從噴絲孔噴出。然后入加了 2%聚醚-環氧改性硅油 的水浴經處理后萃取、干燥、超倍拉伸，拉伸總倍數為32，得到的纖維強度達到28cN/dteX， 斷裂功在300CN · mm/dtex以上。
權利要求
1.一種超高分子量高斷裂功高強聚乙稀纖維的制備方法其包括將超高相對分子質 量聚乙烯(重均分子量在100萬以上)粉末，溶解在適當的溶劑中配制成固含量為4% 60 %的溶液，將超高分子量聚乙烯粉末和溶劑按比例注入解纏釜內，在溶解、紡絲的過程中 加入一定量的硅油或其衍生物，可以將硅油或其衍生物與超高分子量聚乙烯粉末一起和 溶劑按比例注入解纏釜內，解纏釜內同時可加入抗氧劑、穩定劑、染色劑、阻燃劑、硅油或 其衍生物中的一種或幾種助劑，在溶劑中高剪切使超高分子量聚乙烯大分子之間適度解 纏，形成均一乳液狀混和液，剪切速率在1000—1秒-3500秒―1，然后乳液狀混和液通過儲料 罐，邊攪拌邊定量喂入螺桿擠出機擠出紡絲，冷卻、凝固、萃取、干燥超倍拉伸。螺桿溫度在 220C° -300C0，溶液的停留時間在20-60分鐘內。纖維中含有的硅油或其衍生物為纖維重 量的0. 05% -5%，纖維得到20倍以上適當的拉伸，纖維的強度達到28cN/dteX，斷裂延伸在 3. 8% -5%，斷裂功在 300CN · mm/dtex 以上。
2.按照權利要求1所述方法超高分子量聚乙烯和溶劑中添加一定比例的硅油或其衍 生物，纖維中含有的硅油或其衍生物為纖維重量的0. 05% -5%。
3.按照權利要求1所述方法超高分子量聚乙烯和溶劑的公稱濃度為1-50%(質量)。
4.按照權利要求1所述方法解纏釜內同時可加入抗氧劑、穩定劑、染色劑、阻燃劑、硅 油或其衍生物中的一種或幾種助劑。
5.按照權利要求1所述方法螺桿溫度在220C°-300C°，溶液的停留時間在20-60分 鐘內。
6.按照權利要求1所述方法超高分子量聚乙烯相對平均分子質量至少為100萬，特 別是在350萬以上。
7.按照權利要求1所述方法纖維中含有的硅油或其衍生物為纖維重量的 0. 05% -5%。
8.按照權利要求1所述方法凍膠纖維至少得到20倍以上的拉伸，最好在25-35倍。
9.按照權利要求1所述方法解纏釜能提供至少1000秒―1的剪切速度，可以是攪拌器、 膠體磨、均質器、文氏管中任何一種或它們的組合。
全文摘要
本發明涉及一種超高分子量聚乙烯高斷裂功高強纖維的制備方法，屬纖維制備領域。步驟包括將超高相對分子質量聚乙烯(重均分子量在100萬以上)粉末，溶解在適當的溶劑中配制成固含量為4％～60％的溶液，高剪切實現超高分子量聚乙烯的快速溶脹、溶解然后通過雙螺桿擠出經噴絲板成型后冷卻、高倍拉伸制得。在溶液中添加硅油或其衍生物通過調節剪切速率1000-1秒-3500秒-1、控制螺桿溫度在220C°-300C°，使溶液的停留時間在20-60分鐘內達到控制纏結點密度確保纖維斷裂強度在28CN/dtex以上的前提下，適當控制超拉伸倍數，使其斷裂延伸在3.7％-5％，斷裂功在300CN·mm/dtex以上。
文檔編號D01F1/10GK102041574SQ20091019693
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月10日 優先權日2009年10月10日
發明者胡盼盼 申請人:胡盼盼