專利名稱：?jiǎn)谓z狀超高分子量聚乙烯纖維及其連續(xù)制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超高分子量聚乙烯纖維制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種單絲狀超高分子量聚乙烯纖維及其連續(xù)制備方法。
背景技術(shù)：
聚乙烯纖維、繩索材料以其良好的抗拉強(qiáng)度、抗沖擊性、柔韌性，以及比重小、濾水性強(qiáng)、表面光滑等良好的漁用性能，廣泛應(yīng)用于繩網(wǎng)業(yè)、海洋和內(nèi)陸水域拖網(wǎng)捕撈、網(wǎng)箱、圍攔網(wǎng)養(yǎng)殖及釣魚線制作生產(chǎn)。傳統(tǒng)的聚乙烯單絲是以高密度聚乙烯為原料，經(jīng)塑料擠出機(jī)熔融擠出并經(jīng)噴絲板噴出、冷卻得到初生絲，然后將初生絲在一定溫度下進(jìn)行熱拉伸制成。中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所于2003年8月25日提交的中國(guó)專利申請(qǐng)《聚乙烯單絲高溫高倍牽伸工藝方法》，申請(qǐng)?zhí)枮?3150536. 8中所述的一種聚乙烯單絲高溫高倍牽伸工藝方法，其特征是將高密度聚乙烯原料用長(zhǎng)徑比為25:1的單螺桿擠出機(jī)熔融，配用長(zhǎng)徑比8:1的噴絲板制成初生絲；初生絲以乙二醇為牽伸加熱介質(zhì)，將加熱介質(zhì)溫度控制在112°C _124°C的范圍內(nèi)，牽伸12. 6-15. 7倍后，采用氣流法快速冷卻、收卷聚乙烯單絲。制得的聚乙烯單絲直徑為0. 19-0. 21mm,斷裂強(qiáng)度和結(jié)節(jié)強(qiáng)度分別達(dá)到6. 8-8. 5cN/dtex和4. 3-4. 7 cN/dtex。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)漁用纖維、繩索材料的性能，尤其是力學(xué)強(qiáng)度有了更高的要求。高強(qiáng)度的纖維、繩索材料對(duì)減少網(wǎng)具材料用量、節(jié)約原材料、降低拖網(wǎng)的作業(yè)阻力以及網(wǎng)箱、圍攔網(wǎng)的水動(dòng)阻力，提高網(wǎng)具的濾水性能，提高漁業(yè)生產(chǎn)效率、漁獲質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本具有極其重要的作用。超高分子量聚乙烯纖維是當(dāng)今世界三大高性能纖維(碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維)之一。超高分子量聚乙烯纖維具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、高模、斷裂伸長(zhǎng)低、撓曲壽命長(zhǎng)、耐沖擊、低導(dǎo)電性、高防水性等優(yōu)良性能；還具有很強(qiáng)的吸收能量的能力、突出的抗沖擊和抗切割韌性；摩擦系數(shù)比其他高強(qiáng)度纖維低，耐磨性好，能抗紫外線和耐各種化學(xué)腐蝕；也是唯一能夠漂浮在水面上的高性能纖維，使超高分子量聚乙烯纖維被廣泛應(yīng)用于安全防護(hù)、航空航天、體育用品、生物材料等領(lǐng)域，尤其適用于海洋工程用繩，如超級(jí)油輪、近海采油平臺(tái)、燈塔的固定錨繩等。在漁業(yè)工程領(lǐng)域，用超高分子量聚乙烯纖維加工成漁網(wǎng)重量比普通聚乙烯纖維漁網(wǎng)輕50%以上，或同樣重量的纖維可制造更大尺寸的網(wǎng)具，進(jìn)行捕撈作業(yè)時(shí)，可增加捕撈量、減輕網(wǎng)重，并減少拖網(wǎng)的水阻，從而能提高拖速和降低漁船的能耗。此外，超高分子量聚乙烯纖維在制作高檔釣魚線和球拍弦方面也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著大型遠(yuǎn)洋中層拖網(wǎng)、金槍魚延繩釣、金槍魚圍網(wǎng)及深水抗風(fēng)浪網(wǎng)箱等現(xiàn)代漁業(yè)的發(fā)展，超高分子量聚乙烯纖維在我國(guó)漁業(yè)中也將會(huì)逐步得到推廣應(yīng)用。超高分子量聚乙烯纖維通常是采用凍膠紡絲-超拉伸工藝制備而成的復(fù)絲纖維，集束性較差，用于繩網(wǎng)、漁具線繩制造過程中很難保持束絲中各單纖維及各股束絲間的張力平衡，從而在制繩過程中強(qiáng)力有較大損失，結(jié)節(jié)穩(wěn)定性和結(jié)節(jié)強(qiáng)度也較低。東華大學(xué)于2010年6月23日提交的中國(guó)專利申請(qǐng)《一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法》，申請(qǐng)?zhí)枮?01010207623.8中所述的一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于，將重均分子量為100-700萬(wàn)的聚乙烯粉末溶解于白油中，配制成10-25wt%的紡絲溶液，在250-330°C的紡絲溫度下經(jīng)孔徑為5. 5-8mm的圓形噴絲孔噴出，進(jìn)入零下I (TC -零下1°C的凝固浴中驟冷成凍膠纖維，在凝固浴中停留1-2分鐘后出凝固浴，然后經(jīng)萃取、干燥、熱拉伸制得聚乙烯單絲。制得的聚乙烯單絲直徑為0. 1-0. 5mm，單絲斷裂強(qiáng)力為2. 5_40kg。然而，上述超高分子量聚乙烯單絲雖然解決了超高分子量聚乙烯纖維集束性差的問題，但在物理性能特別是纖維斷裂強(qiáng)度上效果不是很理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種集束性較好、高斷裂強(qiáng)力、抗耐磨的單絲狀超高分子量聚乙烯纖維。該單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，其特征在于它是由50-570根超高分子量聚乙烯纖維并排粘結(jié)為一體，外壁上涂覆有基體樹脂層。 所述的基體樹脂層，由基體樹脂制成。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種上述單絲狀超高分子量聚乙烯纖維連續(xù)制備方法。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該單絲狀超高分子量聚乙烯纖維連續(xù)制備方法，其特征在于它包括以下步驟制成
(1)、選材選用超高分子量聚乙烯纖維50-570根，纖維規(guī)格為200D-2400D，強(qiáng)力彡 32g/D ；
(2)、纖維表面處理對(duì)超高分子量聚乙烯纖維進(jìn)行常壓低溫等離子體表面處理；所述的常壓為86 106kPa ;所述的低溫為-10°C +40°C ；
(3 )、纖維加捻制成單股束狀將已進(jìn)行常壓低溫等離子表面處理的超高分子量聚乙烯纖維經(jīng)加捻機(jī)進(jìn)行加捻，捻數(shù)為每米在20-100個(gè)捻，加捻類型為S捻或Z捻；
(4)、纖維均勻張力、去除靜電將已均勻加捻的超高分子量聚乙烯纖維的單股束均勻張力、去除靜電；
(5)、上膠將上述的超高分子量聚乙烯纖維的單股束經(jīng)七輥牽伸機(jī)以5-20m/min速度，通過上膠機(jī)用已配制好的基體樹脂對(duì)超高分子量聚乙烯纖維的單股束進(jìn)行上膠，上膠時(shí)間為0. 8-1. 3s ；
(6)、熱定型將上膠后的超高分子量聚乙烯纖維的單股束經(jīng)過熱箱烘干定型后，成為單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，最后卷繞成卷，熱箱烘干定型溫度為80-130°C之間，烘干停留時(shí)間為l-4min。所述的基體樹脂，為聚氨脂樹脂、聚乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂，基體樹脂溶液的濃度為35%-80%。所述的單絲狀超高分子量聚乙烯纖維中基體樹脂的質(zhì)量百分比為18-35. 5%，纖維直徑為0. 2-0. 8mm，纖維強(qiáng)力損失為3_8%，纖維的強(qiáng)力不低于28g/D。根據(jù)本發(fā)明的方法，單絲狀超高分子量聚乙烯纖維被理解為這樣的產(chǎn)品，即它的外觀和手感與多絲紗線或者多絲線相比更類似于單絲，但其實(shí)際上是由超高分子量聚乙烯纖維的復(fù)絲進(jìn)行表面處理后再上膠制成的。采用常壓低溫等離子體對(duì)超高分子量聚乙烯纖維進(jìn)行表面處理，是一種有效物理改性技術(shù)。這種改性有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)一是對(duì)纖維表面的作用僅涉及幾到幾百納米，只會(huì)改善纖維表面性能而纖維整體結(jié)構(gòu)不受損傷、強(qiáng)度不受影響；二是處理時(shí)間短、效率高；三是常壓低溫等離子體表面處理技術(shù)屬干式工藝，對(duì)環(huán)境無污染，滿足節(jié)能和環(huán)保的需要；四是能耗低、生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、操作簡(jiǎn)單；五是能夠有效改善超高分子量聚乙烯纖維的浸潤(rùn)性和粘結(jié)性，與基體樹脂的浸潤(rùn)速度得到提高，浸潤(rùn)量增大，浸潤(rùn)效果改善，使其復(fù)合材料的成型工藝性和整體綜合性能更優(yōu)化，可滿足超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料使用方面的各項(xiàng)技術(shù)要求。本發(fā)明的有益效果在于一是超高分子量聚乙烯纖維在整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都獲得均勻張力，可得到集束性較好的單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，使纖維強(qiáng)力得到充分利用；二是在基本不影響纖維強(qiáng)力性能的前提下，極大提高纖維耐磨性，可大大延長(zhǎng)纖維使用壽命；三是生產(chǎn)方法工藝簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜專用設(shè)備，造價(jià)低廉；可廣泛地使用于工業(yè)、國(guó)防、體育、海洋等各個(gè)領(lǐng)域。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)斷面剖視放大示意 圖中1、超高分子量聚乙烯纖維；2、基體樹脂層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖I和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。實(shí)施例I
該單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，其特征在于它是由50根超高分子量聚乙烯纖維I并排粘結(jié)為一體，外壁上涂覆有基體樹脂層2。所述的基體樹脂層2，由基體樹脂構(gòu)成。上述單絲狀超高分子量聚乙烯纖維連續(xù)制備方法，其特征在于它包括以下步驟制成
(1)選材選用超高分子量聚乙烯纖維50根，纖維規(guī)格為200D，強(qiáng)力>32g/D ；
(2)纖維表面處理通過常壓低溫等離子體設(shè)備(輸出功率1KW;脈沖頻率14KHz ;輸出電壓12KV)對(duì)超高分子量聚乙烯纖維進(jìn)行常壓低溫等離子體表面處理；所述的常壓為86 106kPa ;所述的低溫為-10°C +40°C ；
(3)纖維加捻制成單股束狀將已進(jìn)行壓低溫等離子表面處理的超高分子量聚乙烯纖維經(jīng)加捻機(jī)進(jìn)行加捻，S捻，捻數(shù)為每米在20個(gè)捻；
(4)纖維均勻張力、去除靜電將已均勻加捻的超高分子量聚乙烯纖維單股束均勻張力、去除靜電；
(5)上膠將上述的超高分子量聚乙烯纖維單股束經(jīng)七輥牽伸機(jī)以5m/min速度，通過上膠機(jī)用已配制好的基體樹脂對(duì)超高分子量聚乙烯纖維單股束進(jìn)行上膠，上膠時(shí)間為0. 8s ；
(6)熱定型將上膠后的超高分子量聚乙烯纖維單股束經(jīng)過熱箱烘干定型后，制成單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，最后卷繞成卷，熱箱烘干定型溫度為80°C，烘干停留時(shí)間為4min。所述的基體樹脂，為聚氨脂樹脂，基體樹脂溶液的濃度為35%。經(jīng)檢測(cè)經(jīng)上述步驟制得的單絲狀超高分子量聚乙烯纖維中基體樹脂的質(zhì)量百分比為18%，纖維直徑為O. 2mm，纖維的強(qiáng)力不低于31. 5g/D。實(shí)施例2
該單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，其特征在于它是由190根超高分子量聚乙烯纖維I并排粘結(jié)為一體，外壁上涂覆有基體樹脂層2。所述的基體樹脂層2，由基體樹脂構(gòu)成。
上述單絲狀超高分子量聚乙烯纖維連續(xù)制備方法，其特征在于它包括以下步驟制成
(1)選材選用超高分子量聚乙烯纖維190根，纖維規(guī)格為800D，強(qiáng)力>32g/D ；
(2)纖維表面處理通過常壓低溫等離子體設(shè)備(輸出功率1.5KW ;脈沖頻率18KHz ；輸出電壓15KV)對(duì)超高分子量聚乙烯纖維進(jìn)行常壓低溫等離子體表面處理；所述的常壓為86 106kPa ;所述的低溫為_10°C +40°C ；
(3)纖維加捻制成單股束狀將已進(jìn)行壓低溫等離子表面處理的超高分子量聚乙烯纖維經(jīng)加捻機(jī)進(jìn)行加捻，Z捻，捻數(shù)為每米在50個(gè)捻；
(4)纖維均勻張力、去除靜電將已均勻加捻的超高分子量聚乙烯纖維單股束均勻張力、去除靜電；
(5)上膠將上述的超高分子量聚乙烯纖維單股束經(jīng)七輥牽伸機(jī)以10m/min速度，通過上膠機(jī)用已配制好的基體樹脂對(duì)超高分子量聚乙烯纖維單股束進(jìn)行上膠，上膠時(shí)間為
I.3s ；
(6)熱定型將上膠后的超高分子量聚乙烯纖維單股束經(jīng)過熱箱烘干定型，制成單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，最后卷繞成卷，熱箱烘干定型溫度為100°C，烘干停留時(shí)間為2min。所述的基體樹脂，為聚乙稀基樹脂，基體樹脂溶液的濃度為40%。經(jīng)檢測(cè)經(jīng)上述步驟制得的單絲狀超高分子量聚乙烯纖維中基體樹脂的質(zhì)量百分比為21. 5%，纖維直徑為O. 35mm，纖維的強(qiáng)力不低于29. 5g/D。實(shí)施例3
該單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，其特征在于它是由360根超高分子量聚乙烯纖維I并排粘結(jié)為一體，外壁上涂覆有基體樹脂層2。所述的基體樹脂層2，由基體樹脂構(gòu)成。上述單絲狀超高分子量聚乙烯纖維連續(xù)制備方法，其特征在于它包括以下步驟制成
(1)選材選用超高分子量聚乙烯纖維360根，纖維規(guī)格為1600D，強(qiáng)力>32g/D ；
(2)纖維表面處理通過常壓低溫等離子體設(shè)備(輸出功率2KW;脈沖頻率20KHz ;輸出電壓18KV)對(duì)超高分子量聚乙烯纖維進(jìn)行常壓低溫等離子體表面處理；所述的常壓為86 106kPa ;所述的低溫為_10°C +40°C ；
(3)纖維加捻制成單股束狀將已進(jìn)行壓低溫等離子表面處理的超高分子量聚乙烯纖維經(jīng)加捻機(jī)進(jìn)行加捻，S捻，捻數(shù)為每米在80個(gè)捻；
(4)纖維均勻張力、去除靜電將已均勻加捻的超高分子量聚乙烯纖維單股束均勻張力、去除靜電；
(5)上膠將上述的超高分子量聚乙烯纖維單股束經(jīng)七輥牽伸機(jī)以15m/min速度，通過上膠機(jī)用已配制好的基體樹脂對(duì)超高分子量聚乙烯纖維單股束進(jìn)行上膠，上膠時(shí)間為O. 9s ；
(6 )熱定型將上膠后的超高分子量聚乙烯纖維經(jīng)過熱箱烘干定型，制成單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，最后卷繞成卷，熱箱烘干定型溫度為110°C，烘干停留時(shí)間為1.4min。所述的基體樹脂，為環(huán)氧樹脂，基體樹脂溶液的濃度為60%。經(jīng)檢測(cè)經(jīng)上述步驟制得的單絲狀超高分子量聚乙烯纖維中基體樹脂的質(zhì)量百分比為27. 4%，纖維直徑為O. 5mm，纖維的強(qiáng)力不低于31. 5g/D。實(shí)施例4
該單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，其特征在于它是由570根超高分子量聚乙烯纖維I并排粘結(jié)為一體，外壁上涂覆有基體樹脂層2。所述的基體樹脂層2，由基體樹脂構(gòu)成。上述單絲狀超高分子量聚乙烯纖維連續(xù)制備方法，其特征在于它包括以下步驟制成
(1)選材選用超高分子量聚乙烯纖維570，纖維規(guī)格為2400D，強(qiáng)力>32g/D ；
(2)纖維表面處理通過常壓低溫等離子體設(shè)備(輸出功率2.5KW ;脈沖頻率25KHz ；輸出電壓20KV)對(duì)超高分子量聚乙烯纖維進(jìn)行常壓低溫等離子體表面處理；所述的常壓為86 106kPa ;所述的低溫為_10°C +40°C ；
(3)纖維加捻制成單股束狀將已進(jìn)行壓低溫等離子表面處理的超高分子量聚乙烯纖維經(jīng)加捻機(jī)進(jìn)行加捻，Z捻，捻數(shù)為每米在100個(gè)捻；
(4)纖維均勻張力、去除靜電將已均勻加捻的超高分子量聚乙烯纖維單股束均勻張力、去除靜電；
(5)上膠將上述的超高分子量聚乙烯纖維單股束經(jīng)七輥牽伸機(jī)以20m/min速度，通過上膠機(jī)用已配制好的基體樹脂對(duì)超高分子量聚乙烯纖維單股束進(jìn)行上膠，上膠時(shí)間為
O.8s ；
(6)熱定型將上膠后的超高分子量聚乙烯纖維單股束經(jīng)過熱箱烘干定型，制成單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，最后卷繞成卷，熱箱烘干定型溫度為130°C，烘干停留時(shí)間為Imin0所述的基體樹脂，為酚醛樹脂，基體樹脂溶液的濃度為80%。經(jīng)檢測(cè)經(jīng)上述步驟制得的單絲狀超高分子量聚乙烯纖維中基體樹脂的質(zhì)量百分比為35. 5%,纖維直徑為O. 8mm,纖維的強(qiáng)力不低于30. 5g/D。
權(quán)利要求
1.單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，其特征在于它是由50-570根超高分子量聚乙烯纖維(I)并排粘結(jié)為一體，外壁上涂覆有基體樹脂層(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，其特征在于所述的基體樹脂層(2)，由基體樹脂制成。
3.單絲狀超高分子量聚乙烯纖維連續(xù)制備方法，其特征在于它包括以下步驟制成 (1)、選材選用超高分子量聚乙烯纖維50-570根，纖維規(guī)格為200D-2400D，強(qiáng)力>32g/D； (2)、纖維表面處理對(duì)超高分子量聚乙烯纖維進(jìn)行常壓低溫等離子體表面處理；所述的常壓為86 106kPa ;所述的低溫為-10°C +40°C ； (3)、纖維加捻制成單股束狀將已進(jìn)行常壓低溫等離子表面處理的超高分子量聚乙烯纖維經(jīng)加捻機(jī)進(jìn)行加捻，捻數(shù)為每米在20-100個(gè)捻，加捻類型為S捻或Z捻； (4)、纖維均勻張力、去除靜電將已均勻加捻的超高分子量聚乙烯纖維的單股束均勻張力、去除靜電； (5)、上膠將上述的超高分子量聚乙烯纖維的單股束經(jīng)七輥牽伸機(jī)以5-20m/min速度，通過上膠機(jī)用已配制好的基體樹脂對(duì)超高分子量聚乙烯纖維的單股束進(jìn)行上膠，上膠時(shí)間為0. 8-1. 3s ； (6)、熱定型將上膠后的超高分子量聚乙烯纖維的單股束經(jīng)過熱箱烘干定型后，成為單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，最后卷繞成卷，熱箱烘干定型溫度為80-130°C之間，烘干停留時(shí)間為l-4min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單絲狀超高分子量聚乙烯纖維連續(xù)制備方法，其特征在于所述的基體樹脂，為聚氨脂樹脂、聚乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂，基體樹脂溶液的濃度為 35%-80%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單絲狀超高分子量聚乙烯纖維連續(xù)制備方法，其特征在于所述的單絲狀超高分子量聚乙烯纖維中基體樹脂的質(zhì)量百分比為18-35. 5%，纖維直徑為.0.2-0. 8mm，纖維強(qiáng)力損失為3_8%，纖維的強(qiáng)力不低于28g/D。
全文摘要
本發(fā)明公開了單絲狀超高分子量聚乙烯纖維及其連續(xù)制備方法，它是由50-570根超高分子量聚乙烯纖維并排粘結(jié)為一體，外壁上涂覆有基體樹脂層。它包括以下步驟制成(1)選材選用超高分子量聚乙烯纖維50-570根；(2)纖維表面處理；(3)纖維加捻制成單股束狀；(4)纖維均勻張力、去除靜電；(5)上膠；(6)熱定型；成為單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，最后卷繞成卷。該單絲狀超高分子量聚乙烯纖維及其連續(xù)制備方法，在基本不影響纖維強(qiáng)力性能的前提下，極大提高纖維耐磨性，可大大延長(zhǎng)纖維使用壽命，不需要復(fù)雜專用設(shè)備，造價(jià)低廉；可廣泛地使用于工業(yè)、國(guó)防、體育、海洋等各個(gè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)D02G3/40GK102797089SQ20121034007
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者任維軍, 亓秀斌, 李強(qiáng) 申請(qǐng)人:山東愛地高分子材料有限公司