[发明专利]耐热抗切割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切割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。

从提高出发原料纤维防切割性考虑的现有专利有CN102828312A, JP2004-19050，W02008/046476，CN102037169A，CN102227524A等，其中多利用高分子量聚乙烯、高对称结构聚酞胺、聚苯并嗯哩等高强纤维与无机金属或玻纤以芯/皮形成复合纤，或以高弹纤维包覆、以硬质矿物粉粒涂覆的方式达到提高耐切割性之目标，但因加入无机金属、玻璃纤类而导致体感变硬，使人无舒适感；专利CN 102037169A(东洋纺)公开了一种较低分子量(5-30万)聚乙烯加交联剂通过自由基引发交联形成的网络结构来达到目的，但该法为熔融纺，高温下形成交联链凝胶可控性在工艺流程操作上绝非易事(参见文献1,2)，后续尚须短纤包覆达到，专利CN 18092292 A(杜邦)公开的二面叠体型复合针织物，其中提供的耐切割纤维组分主要为公知的高强芳烃聚合物与带枝化聚乙烯共混物纤维，但此混合纺丝实施较繁琐复杂，且纺丝时难于达到均匀；专利CN 101528998 A及102277669 A(DSM)公开了一种包含有长丝线和所谓定长纤维的复合丝，其中主要使用的定长纤维为具一定长径比的短切硬质纤维，包括：玻璃纤、矿(石)物纤或金属纤维，该公开专利中未指明硬质纤维的化学属性种，仅道出了由公知的旋转技术或喷射纺等法纺制成，其直径小于25 Nm，长径比大于10，然后将其碾磨成短切硬质纤维，该法注重了在短切硬质纤维长径比与直径等宏观尺寸形貌加工方面的改进，继而与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)溶液混合进行纺丝，对UHMWPE纤维防切割性能提高有明显效果，但该法中的定长硬质纤维制备工艺、制作成本，特别是尺度分布控制较难，尤其是部分较长的硬质纤当其长度超过UHMWPE纤维直径时，对溶液纺流程稳定性不利，以及对复合纤维成品的强度(包括模量、断裂强度等)和使用性能均产生影响；对此，专利CN 102227524 A (DSM)提出用较简便的环锭纺纱法进一步通过对其包覆具有极性的聚芳烃酸胺等纤维丝形成的鞘一芯结构形式，其中如前所制耐切割丝为芯制成，这种改进具有一定效果，但此法如前所述仍局限在编织形态结构的改良方面，特别是玻纤对人体健康有一定的影响。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了耐热抗切割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、抗切割、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：

耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维，该纤维包括超高分子量聚乙烯粉末、无机纳米颗粒、交联剂、固化剂、引发剂和抗氧剂。

耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，通过溶剂溶胀超高分子量聚乙烯粉末，形成孔隙，然后加入交联剂、固化剂、引发剂、抗氧剂、无机纳米颗粒和溶剂共同浸润的复合改性剂，均匀渗透到超高分子量聚乙烯粉末孔隙中，混合均匀后，通过螺杆挤出机挤出纺丝，去除溶剂后经过牵伸得到超高分子量聚乙烯复合纤维，最后经过辐照交联得到耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维。

本发明通过物理交联与化学交联相结合的方式，在超高分子量聚乙烯基体中加入两维结构材料无机纳米颗粒，起到加强筋的作用，好比钢筋混凝土结构中的“钢筋”；同时，还在基体中添加了交联剂和固化剂，通过化学交联，形成一种交联网状结构，将超高分子量聚乙烯基体与无机纳米颗粒紧密地连接起来，形成一种耐热抗切割的稳定结构。

所述的耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯粉末粘均分子量为100万~700万，优选为200万~500万。

所述的耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其特征在于，所述的溶剂为四氢萘、十氢萘、正庚烷、正己烷、环己烷、石蜡油、植物油、动物油、煤油、二甲苯一种或几种的混合物，溶剂与超高分子量聚乙烯粉末的重量比为1:1至20:1。