[发明专利]耐热抗静电超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于纤维生产技术领域，具体涉及一种耐热抗静电超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。

背景技术

UHMWPE纤维（超高分子量聚乙烯纤维）是继碳纤维和芳纶纤维之后出现的第三代高性能纤维，具有耐化学性和耐侯性、高能量吸收性、耐低温和电绝缘等多种优异性能，被广泛的应用在军事、航天航海工程和高性能、轻质复合材料及运动器械等领域，用来生产诸如绳索、网、医疗器械、织物、叠层、复合制品以及防弹制品。

纳米改性UHMWPE，国内外有学者作过一定的研究。Krasnor等制得UHMWPE/Fe复合材料，铁粒子在高速摩擦过程中，发生化学反应，可起活性中心作用。复合材料具有低的摩擦系数，并且稳定性好。有些学者推出了层状硅酸盐熔融插层改性UHMWPE，研究发现，层状硅酸盐剥离分散在UHMWPE基体中，使材料的流动加工性能有所改善，但是这种改性方法的对象是粘均分子量150万左右的UHMWPE，对于粘均分子量较高的UHMWPE，层状硅酸盐就无法剥离分散在UHMWPE基体中。

纳米粒子改性UHMWPE，如果没有解决好纳米粒子与UHMWPE的相容和分散，纳米粒子与UHMWPE的界面会有缝隙空穴或纳米粒子团聚在UHMWPE基体里，材料的力学性能尤其是耐磨性和耐冲击性大幅度下降，失去了作为输送浆体、粉体介质的UHMWPE管材最为关键的耐磨、耐压特性。所以，纳米材料表面处理及高效分散技术是其功能有效发挥的重要条件。

由于UHMWPE本身熔体粘度极高，无法用常规的挤出设备加工成型管材，而纳米粒子的加入，使得体系的熔体粘度进一步加大。纳米粒子在高熔体粘度的基体中的分散及微结构控制技术是实现高性能UHMWPE复合材料工业化生产和应用的关键。

中国专利CN031153003公开了一种同时提高高强聚乙烯纤维耐热、抗蠕变和粘接性的方法。该方法中，将已制好的超高分子量聚乙烯纤维用丙酮洗涤表面杂质后，在光敏剂二苯甲酮和交联剂丙烯酸酯的有机溶剂中进行浸泡，取出后再通过紫外光照进行交联聚合。该方法属于纤维的交联改性范畴，在一定程度上提高了纤维的耐热性、抗蠕变性和粘接性。但是，交联聚合的过程比较复杂，工业化生产过程中的控制比较困难，另一方面，由于聚乙烯高度结晶，光敏剂和交联剂主要集中在纤维表面，很难进入纤维内部，因此无法从根本上改善纤维的耐热性和抗蠕变性能。

专利CN101538793A公开了提高超高分子量聚乙烯纤维抗蠕变性能的方法。首先对超高分子量聚乙烯纤维通过溶有光敏剂的超临界二氧化碳辅助渗透预处理后，再经紫外光辐照使超高分子量聚乙烯纤维内部分子链间发生交联，从而提高它的抗蠕变性能。使用超临界二氧化碳辅助渗透预处理的目的是提高小分子在纤维中的渗透深度，而紫外辐照技术的目的是使小分子在纤维内部发生交联。该方法的处理工艺条件为：超临界二氧化碳流体处理温度为80℃~120 ℃，处理压力为9~15 MPa，循环时间为30~90min；光敏剂添加量为纤维质量的10~30，紫外辐照时间为2~16min。经过改性后超高分子量聚乙烯纤维的抗蠕变性能有所提高，由于超临界二氧化碳流体处理条件苛刻，难以工业化生产。

USP5578374和USP5958582公开了一种采用再次拉伸提高UHMWPE纤维耐热性和抗蠕变性能的方法，在135℃~160℃下对UHMWPE成品纤维进行多次拉伸或先对纤维进行热处理再进行多次拉伸，可有效提高UHMWPE纤维的耐热性和抗蠕变性。但此法不能同时改善UHMWPE纤维的表面粘结性能，并且采用二次或三次拉伸时，拉伸温度较高，拉伸速度很低，从而导致纤维成本大幅度提高。

USP4870136公开了一种提高UHMWPE纤维耐热性、抗蠕变性和表面粘结性能的方法。此法先将一定比例的UHMWPE粉末、自由基引发剂、硅烷类化合物和稀释剂在螺杆中熔融混合，进行增塑熔融纺丝，在纺丝阶段由热引发完成UHMWPE的硅烷化接枝反应，将纺得纤维在萃取剂和交联剂的介质中进行热拉伸，然后再置于沸水中完成交联反应。此法所得纤维平衡熔点大大提高，并且纤维抗蠕变性和表面粘结性能也得到改善。但此法由于在UHMWPE纺丝原液内加入大量引发剂和接枝化合物并在接枝反应完成后再进行拉伸，从而使纤维拉伸倍数较低，最后所得纤维的力学性能较差。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了耐热抗静电超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，生产出的纤维具有耐磨、耐热、抗静电、抗冲击、自润滑、耐腐蚀、耐低温、卫生无毒、不易粘附、不易吸水、密度较小等综合性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：