[发明专利]一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，具体涉及一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维，也称高强高模聚乙烯纤维，是指由相对分子量在100万以上的聚乙烯依次经过纺丝—萃取—干燥—超倍拉伸制成的高性能纤维。采用超高分子量聚乙烯纤维制成的纤维增强复合材料具有质量轻、耐冲击、介电性能高等优点，被广泛用于航空航天领域、海域防御领域、武器装备领域和日常工业领域，如防割手套、防割帐篷、防割绳索等。但由纯聚乙烯粉末制备出来的纤维耐切割能力有限，将其纺成400D的纱线后制成的工业手套也仅能达到工业手套防护欧洲标准EN388的三级标准(抗割性试验中割破前所承受的圈数达到5次)，无法完全满足对工业手套耐切割性能的要求。

现有技术中，人们通过改进超高分子量聚乙烯的配料及纺丝工艺、或向纺丝液中添加硬质组分、或者将成品丝与其他耐切割纱线混纺等多种方式来提高成品纤维的耐切割性。例如，通过添加玻璃纤维可以使耐切割性能达到工业手套防护欧洲标准EN388的五级标准(抗割性试验中割破前所承受的圈数达到20次)，但该方法制得的手套的舒适性较差，应用上受到极大的限制。

专利文献WO2008/046476公开了一种耐切割纤维的制备方法，该方法将硬质矿物纤维混入纺丝液，并通过干法纺丝制备耐切割超高分子量聚乙烯纤维。虽然该方法获得的超高分子量聚乙烯纤维的耐切割性得到有效地提高，但还存在以下问题：1)该方法使用的溶剂十氢化萘价格昂贵且具有毒性，对环境污染严重；2)由于硬质纤维质轻且比表面积大，而纺丝液为具有粘性的液体，所以硬质纤维在纺丝液中很难分散均匀，且容易出现团聚，从而使成品纤维的耐切割性能不稳定；3)初生冻胶丝未经连续平衡即开始脱除溶剂，影响矿物纤维在其中分散的均匀性，进而影响成品纤维耐切割性能的稳定性。

专利文献US5976998公开了一种填充抗切纤维，该纤维由成纤聚合物和一种莫氏硬度大于3的硬质填料制造。由于使用的硬质填料的颗粒度小，用量少，硬质填料在超高分子量聚乙烯纤维中很难成网状分布，所以，该方法获得的超高分子量聚乙烯纤维的耐切割性并未得到有效的改善，同时该方法还存在以下问题：1)该发明中采用的硬质填料具有粒径极小而比表面积较大的特点，故极易出现团聚现象，从而堵塞设备；2)硬质填料在纺丝液中很难分散均匀，从而使成品纤维的耐切割性能不稳定。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，采用本发明方法制备的耐切割超高分子量聚乙烯纤维耐切割性能稳定。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种耐切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括：

步骤1)，将硬质纤维分散在溶剂油中得到第一混合液；

步骤2)，将所述第一混合液与超高分子量聚乙烯溶解液混合，得到超高分子量聚乙烯纺丝原液；

步骤3)，将所述超高分子量聚乙烯纺丝原液送入纺丝箱体喷丝，液体冷却得到冻胶丝条；

步骤4)，将所述冻胶丝条进行萃取、干燥和牵伸得到耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

所述步骤1)之前包括：将硬质纤维加入高混机中进行搅拌。

所述溶剂油由70％-95％的含25-50个碳原子的环烷烃和5％-30％的含25-50个碳原子的链烃组成。

所述步骤1)中硬质纤维与溶剂油的重量比为：1:(2.5-4)。

所述硬质纤维为陶瓷纤维、碳纤维、碳化硅晶须中的一种或几种。

所述耐切割超高分子量聚乙烯纤维的单丝纤度为4-8旦。

所述步骤3)中的纺丝箱体内设置有过滤器，所述过滤器的孔径为30-100目。

所述步骤4)包括：

步骤41)将所述冻胶丝条进行预牵伸，萃取，干燥得预取向纤维；

步骤42)将经步骤41)所得的预取向纤维进行热牵伸得到耐切割超高分子量聚乙烯纤维。

所述的热牵伸在140-155℃范围内分3级进行牵伸。

所述3级热牵伸的牵伸倍率满足下述关系：

(1.2-1.5)(Q₂+Q₃)≤Q1≤(1.8-2.2)(Q₂+Q₃)

(0.8-1.1)Q₃≤Q₂≤(1.2-1.5)Q₃