[发明专利]纺丝UHMWPE的方法、由其制成UHMWPE多丝纱线及包含该纱线的产品

说明书

本发明涉及一种用于生产具有高拉伸强度并且包含超低分特(dtex)细丝的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)多丝纱线的方法并且涉及由上述方法制成的UHMWPE多丝纱线。本发明还涉及包含上述纱线的产品。

例如由EP 1,699,954已知用于制造具有高拉伸强度的UHMWPE多丝纱线的凝胶纺丝方法。该专利文献中公开的方法包括如下步骤：

a)制备UHMWPE在溶剂中的溶液；

b)使步骤a)的溶液通过喷丝头纺丝到空气隙中，从而形成流体细丝，所述喷丝头包含多个喷丝孔，其中每个喷丝孔包含至少一个直径递减的区域，并且所述溶液由其流出进入空气隙的喷丝孔的下游直径介于0.1和1.5mm之间；

c)以流体拉伸比DR_fluid＝DR_sp×DR_ag拉伸所述流体细丝，其中，DR_sp和DR_ag分别是在喷丝孔中和在空气隙中的拉伸比；

d)使所述流体细丝冷却，从而形成含有溶剂的凝胶细丝；和

e)从所述凝胶细丝中至少部分除去剩余溶剂，从而形成固体细丝，此后、同时或此前以至少4的拉伸比DR_solid拉伸所述固体细丝。

由其制成的UHMWPE多丝纱线具有高达5GPa的拉伸强度，然而该纱线包含在1dtex范围内相当粗的细丝。

例如由中国专利1,400,342(CN1,400,342)已知的凝胶纺丝方法生产具有高强度的UHMWPE多丝纱线，但其包含较细的细丝。该出版物公开了熔融纺丝工艺和凝胶纺丝工艺。对于凝胶纺丝工艺，将分子量介于1×10⁶和6×10⁶g/mol之间的UHMWPE的4至15wt％溶液纺丝通过直径为0.6-1mm的喷丝孔的喷丝版，从而形成流体细丝。根据其实例1以最大35的拉伸比拉伸流体细丝。对凝胶纺丝细丝所实现的最高总拉伸比为约390。根据所引用的出版物，对于高浓度的UHMWPE溶液(即约15wt％)而言，应当应用低拉伸比，以防细丝断裂；对于UHMWPE稀溶液(即约4wt％)而言，可以提高流体拉伸比，所实现的最大值为35，即根据实例1，使用7wt％的UHMWPE浓溶液。根据CN 1,400,342通过进一步拉伸超过所公开的极限，不能获得具有“适度大分子缠结”结构的UHMWPE细丝。缺乏适度缠结，所得细丝难以进一步拉伸，这也解释了其中所实现的总拉伸比较低的原因。所得UHMWPE多丝纱线具有高达4.3GPa的拉伸强度并且包含不小于0.55dtex(0.5旦)的细丝。

由日本专利公开2000/226721(此后称为JP 2000/226721)已知一种用于获得UHMWPE多丝纱线(但该多丝纱线含有超低dtex的细丝)的凝胶纺丝工艺。其中公开的凝胶纺丝工艺使用的喷丝头的喷丝孔具有甚至更小的直径，在0.3-0.5mm范围内。挤出的流体细丝被拉伸至50拉伸比，在变成固体细丝后被拉伸至约200的总拉伸比。所得UHMWPE细丝具有低至0.121的dtex。然而，含有这些细丝的多丝纱线的拉伸强度相当低，即不高于3.2GPa。这个方法的另一个缺点是生产率下降，这是因为纺丝通过喷丝孔的UHMWPE溶液的量受喷丝孔非常小直径的限制。

因此，对于本领域普通技术人员来说，获得一种具有高拉伸强度并且含有超低dtex细丝的UHMWPE多丝纱线是很不容易的。但是更困难的是，很难设计出一种生产率良好的制造方法。

本发明的目的在于提供一种具有高拉伸强度同时含有超低dtex细丝的凝胶纺丝UHMWPE多丝纱线及其制造方法，上述高拉伸强度和超低dtex细丝的组合是现有凝胶纺丝UHMWPE多丝纱线中任意一种无法满足的。本发明进一步的目的是提供一种具有良好生产率的上述方法。

所提出的目标采用如下凝胶纺丝工艺实现，该凝胶纺丝工艺具有如下特征：以至少450的流体拉伸比拉伸流体细丝，附加条件是DR_ag为至少30。

令人惊讶地发现，采用本发明的方法得到一种新型的UHMWPE多丝纱线，这种UHMWPE多丝纱线具有至少3.5GPa的拉伸强度并且包含不大于0.5dtex的细丝；这种组合就本发明人所知迄今未能达成，因而其本身就是意想不到的。

还令人惊讶地发现，在本发明地方法中，在纺丝超低dtex UHMWPE细丝时由于在喷丝头处拉扯该细丝而出现的纺丝断点量减少了。纺丝断点量低对本方法的生产率具有积极益处。