[发明专利]交联的超高分子量聚乙烯纤维及其干式制备方法

说明书

本发明涉及一种交联的超高分子量聚乙烯纤维及其干式制备方法，其中由于辐射或者辐照裂解导致的超高分子量聚乙烯的重均分子量下降率小于10％。本发明超高分子量聚乙烯纤维既有优异的耐热性和抗蠕变性又有高机械强度,特别适用于制备超高机械强度或耐热的防弹背心和头盔、轻质装甲、船帆、缆绳、渔网、光缆补强体、降落伞、滤材、雷达罩、风力发电叶片等。

技术领域

本发明涉及聚乙烯纤维及其制备方法，特别是涉及超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。

背景技术

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，具有其它高性能纤维所无法比拟的力学性能，此外它还具有优异的耐化学性、耐侯性、高能量吸收性、耐冲击、耐低温、耐磨、耐弯曲、抗切割、电绝缘、可透过电子束或γ射线、防水性等多种优异性能，被广泛地应用在军事防弹、安全防护、航天航海工程和高性能、轻质复合材料及运动器械等领域，例如，用于诸如绳索、渔网、医疗器械、织物、叠层、复合制品以及防弹服、防切割织物、缆绳等。

然而，由于超高分子量聚乙烯分子本身仅由亚甲基组成，所以分子间无极性作用力，这种纤维表面呈化学惰性，加上这种纤维经高倍拉伸形成的高度结晶、高度取向的光滑表面，致使超高分子量聚乙烯纤维本身还存在许多不足之处，如纤维耐热性差(最高70℃)，限制了纤维的使用温度。使用超高分子量聚乙烯纤维的系统，尤其是那些长期置于负荷下的系统的最终失效模式是由于蠕变导致的，尤其是在提高温度的情况下问题更严重。因此，这样的系统，特别是意欲长期或超长期使用的那些，必须设计足够维持多年，例如超过10年，并在某些情况下超过甚至30年。由于容易产生蠕变，限制了这种纤维在相关专业应用领域中的使用。

提高超高分子量聚乙烯纤维的表面粘结性能，可以通过化学试剂浸蚀、等离子体处理改性、电晕放电处理、光氧化表面改性处理、辐射接枝处理等方法对纤维进行表面改性，使纤维惰性表面层活化，在非极性的纤维表面引入羧基、羰基、羟基等极性基团，但此类方法却不能改善这类纤维的耐热性和抗蠕变性能。通过在交联剂的存在下用高能量辐射辐照，可以将交联结构引入超高分子量聚乙烯纤维，从而起到固定大分子链的作用，这样可在一定程度上改善这类纤维的耐热性和抗蠕变性。然而，高能量辐射辐照会使超高分子量聚乙烯大分子链发生大量断裂、歧化和脱氢作用，从而使超高分子量聚乙烯纤维的机械强度、伸长率、耐高温性能、抗蠕变等性能大大降低。

因此，在本领域中迫切需求一种对既有优异的耐热性和抗蠕变性又有高机械强度的超高分子量聚乙烯纤维及其制品。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种超高分子量聚乙烯纤维，由于辐射裂解导致的超高分子量聚乙烯的重均分子量下降率小于10％，优选小于8％。

本发明的另一个方面是提供上述超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，它包括如下步骤：

1)提供含有烯丙基交联剂和自由基捕捉剂的超高分子量聚乙烯纺丝原液；

2)所述的纺丝原液经过挤出纺丝,通过溶剂挥发，形成干态原丝；

3)在90-180℃的温度下将干态原丝进行一次或多次拉伸；和

4)对拉伸后的干态原丝辐照交联，优选在交联后再牵伸或者张力热定型。

本发明的超高分子量聚乙烯纤维不仅具有优异的耐热性和抗蠕变性，而且也有极高的机械强度。

附图说明

图1是本发明制备超高分子量聚乙烯纤维方法的一般工艺流程图。

图2是常规超高分子量聚乙烯纤维的红外图谱。

图3是本发明一个实施方式的超高分子量聚乙烯纤维的红外图谱。

具体实施方式