[发明专利]UHMWPP与UHMWPE皮芯复合纤维、专用设备及其纺丝方法

说明书

技术领域

  本发明涉及一种皮芯复合纤维，尤其涉及一种 UHMWPP与UHMWPE 皮芯复合纤维、专用设备及其纺丝方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维耐温性低，较高温度下使用时，强度、模量等力学性能指标大幅度降低，纤维制品寿命缩短。由于超高分子量聚乙烯纤维内部分子机构呈现伸直链结构，使该纤维在一定的温度和外力下的蠕变现象明显增大。高度有序的内部分子结构及非极性性质导致该纤维做为复合材料原料纤维使用时，与树脂基体的界面粘结性不佳。例如，超高分子量聚乙烯纤维防弹复材料的抗冲击性能不够，因此，超高分子量聚乙烯纤维的上述缺陷，导致防弹材料、缆绳等产品具有一定的缺陷。

复合纤维是指由两种或两种以上聚合物，或具有不同性质的同一聚合物采用复合纺丝的方法制成的化学纤维，在纤维的截面上含有两种或两种以上不相混合的组份。按照结构划分，常见的复合纤维有并列型、皮芯型、海岛型、裂片型等。 

超高分子量聚乙烯纤维一般是指相对分子质量在100万以上的聚乙烯长丝。该纤维取向度高、结晶度高、模量高、密度低，具有优良的耐紫外线辐射、耐磨损、耐化学腐蚀、抗冲击性等性能，是制作绳索、质防弹衣、轻质防弹头盔、防弹复合材料的理想材料，在医疗器械、体育运动器械、航天航空结构材料等领域亦有广阔的应用前景。

尽管超高分子量聚乙烯具有上述优异的性能，但其分子结构的缺陷及非极性性质，导致该纤维在应力作用下容易发生大分子间滑移，产生蠕变；耐温性较差，在120℃环境下使用4小时后，其强度和模量仅仅为初始强度及模量的50%；另外，分子链上无极性基团，表面光滑，导致界面粘结性能差。上述缺陷，限制了超高分子量聚乙烯纤维防弹领域、海事缆绳领域等的应用。

目前，改善超高分子量聚乙烯性能的常规的技术方案为：在超高分子量聚乙烯的纺丝液中添加纳米微粒。例如：中国专利申请号为201210078324.8的文章超高分子量聚乙烯/石墨烯复合纤维的制备方法及其应用，所涉及是在超高分子量聚乙烯纺丝液中添加少量的纳米级的石墨烯，用来提高超高分子量聚乙烯纤维的拉伸强度及树脂基体的界面粘结性。

现有技术中，在超高分子量聚乙烯纺丝液中添加纳米微粒可以改善纤维力学性能，但纳米微粒添加物降低了纺丝液的流动性，纺丝难度增大；纳米微粒易发生团聚现象，堵塞喷丝孔；其次，纳米微粒在纤维内部使纤维聚集态结构中的弱点增多，外力下极易在微粒处形成断裂点。上述限制了纳米微粒在超高分子量聚乙烯纤维纺丝中的应用。

 发明内容

   本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种超高分子量聚丙烯为皮层，形成一个内腔，将超高分子量聚乙烯包裹在内部，得到一种以超高分子量聚丙烯为皮，超高分子量聚乙烯纤维为芯的皮芯复合纤维，由于超高分子量聚丙烯与超高分子量聚乙烯具有相同的结构单元，分子间相容较高，利用超高分子量聚丙烯的力学性能避免超高分子量聚乙烯纤维的蠕变、树脂基体粘结性差、耐温性差等缺陷的UHMWPP与UHMWPE皮芯复合纤维、专用设备及其纺丝方法。

   本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： 

  一种UHMWPP与UHMWPE的皮芯复合纤维，包括超高分子量聚丙烯层和超高分子量聚乙烯层，所述的超高分子量聚乙烯层外套有超高分子量聚丙烯层，超高分子量聚丙烯层为皮层，超高分子量聚乙烯层为芯层，超高分子量聚乙烯层的分子量为5×106～6×106g/mol，超高分子量聚丙烯层的分子量为5×105～6×105g/mol。