[发明专利]一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维及制备方法

权利要求书

1.一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：所述纤维以UHMWPE粉末放置于白油溶剂中，加入适量抗氧剂、乳化剂、硬脂酸铝并搅拌均匀制备纺丝原液，再经喷丝板挤出后聚冷形成冻胶原丝；然后将冻胶原丝一级高温拉伸，再定长萃取和干燥制得UHMWPE原生纤维，原生纤维再经二级高温拉伸制得所述的中强多孔超高分子量聚乙烯纤维。

2.如权利要求1所述的一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：所述溶剂白油的运动粘度40℃下为65~75mPa.s。

3.如权利要求1所述的一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：所述乳化剂占超高分子量聚乙烯的质量百分浓度为0.003~0.0035%，抗氧剂占超高分子量聚乙烯的质量百分浓度为0.2~0.5%。

4.如权利要求1所述的一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：所述初纺冻胶原丝为半结晶状态，是由卷曲的分子链组成的非晶区和规整折叠的分子链构成的晶区组成，经一级高温拉伸后可使纤维分子链发生取向。

5.如权利要求1所述的一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：所述定长萃取和干燥，纤维经碳氢清洗剂萃取后产生大量的孔洞结构。

6.一种如权利要求1-5所述的中强多孔超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述制备方法按以下步骤进行：

制备纺丝溶液

将定量白油加热到50~60℃，在搅拌状态下加入超高分子量聚乙烯粉末，加入乳化剂、硬脂酸铝、抗氧剂并开启乳化机使超高分子量聚乙烯与白油充分混合，将得到的混合物料转移到溶胀釜并进行升温搅拌2~4小时，温度为90~120℃；

制备超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝

将溶胀后的纺丝原液输送到双螺杆挤压机中，通过双螺杆挤压、熔融、搅拌混合使得超高分子量聚乙烯分子链在白油溶解渗入的状态下充分解缠，其中螺杆温度控制在250~300℃之间，再经纺丝组件喷丝，粘流态的细丝经22~25℃的循环水冷却后形成冻胶原丝；

冻胶原丝平衡

将冻胶原丝放在室温环境下平衡24~48小时，并将冻胶原丝收缩出的白油排除；

一级高温拉伸冻胶原丝

将平衡后的冻胶原丝经集束架后以7~11的牵伸比经过80~100℃的循环沸水浴槽，并将沸水浴槽中的由于纤维牵伸挤压出的白油和水分离再循环利用；

定长萃取和干燥

将一级高温拉伸后的冻胶原丝在含有碳氢萃取剂的超声波萃取槽内萃取，溶剂和萃取剂的双扩散作用使分子链晶区和非晶区互相扩散干扰，萃取后在负压为35~50℃的干燥箱中牵伸干燥，干燥过程中萃取剂的挥发导致纤维内分子链之间及分子链自身产生张紧力，使分子链不同程度的收缩；

萃取剂挥发后将制备成中强多孔纤维初生丝；

二级高倍牵伸

将中强多孔超高分子量聚乙烯纤维初生丝在105~140℃的热箱内二级牵伸，牵伸比为4~5，然后经卷绕机收卷后制成中强多孔超高分子量聚乙烯纤维。

7.根据权利要求6所述的一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的超高分子量聚乙烯粉末的平均摩尔质量为100~600万，所述的硬脂酸铝的质量浓度为超高分子量聚乙烯的0.001~0.005%，所述的抗氧剂的质量浓度为超高分子量聚乙烯的0.1~0.5%，所述的乳化剂的质量浓度为超高分子量聚乙烯的0.003~0.001%，所述的溶胀釜中搅拌速度为60~80r/min。

8.根据权利要求6所述的一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，一级高温拉伸冻胶原丝，冻胶原丝浸渍于沸水浴槽中牵伸，此拉伸过程中纤维内部溶剂润滑效应显著，主要发生分子链的滑移和分子链的取向效果，分子链由折叠链片晶向伸直链片晶转变。

9.根据权利要求1所述的一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，牵伸后的冻胶原丝在超声波作用下定长萃取和干燥，分子链为径向收缩，牵伸比为1:01~1:20，纤维孔隙率增大。

10.根据权利要求1所述的一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，所述的二级高倍拉伸，拉伸应变速率为1S-1，使纤维中的大分子取向，折叠链片晶向伸直链晶转变，纤维强度和模量迅速增加。