[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

说明书

本发明公开了一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维及制备方法，该纤维是超高分子量聚乙烯作为原料，通过冻胶纺丝法制备UHMWPE冻胶原丝，采用一级拉伸、定长萃取和干燥、二级拉伸的工艺制备。可实现UHMWPE纤维功能化，其产品具有高孔隙率、中等强度、抗冲击性、耐磨、耐腐蚀等特点，可作为吸附材料使用或中等强度的复合材料使用，如海水提铀、治理琥珀污染、建筑工业等。

技术领域

本发明属于化学纤维技术领域，具体涉及一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维及制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维又称高强高模聚乙烯（PE）纤维，由平均相对分子量在100万以上的PE纺制而成，是继碳纤维和芳纶纤维之后出现的又一种高强度、高模量的高性能纤维，UHMWPE与普通的PE具有相同的分子结构，主链链节均为（-CH2-CH2-），但极高的分子量赋予UHMWPE纤维许多普通PE纤维所无法比拟的优异性能。除强度高以外，它还具有优异的耐冲击、耐化学腐蚀和自润滑等性能，其抗冲击性能在所有高分子塑料中为最高，并可长期在-160℃~+80℃条件下工作，被称为“令人惊异”的工程塑料。因其优异的性能，UHMWPE纤维已被广泛用于纺织、化工、食品、农业、建筑、医疗、体育、军事国防和航空航天等领域，例如防护材料、高强绳索、复合材料、运动机械和防弹衣等。

随着时代飞速的发展，人类面临严重的能源危机和环境污染问题。在能源方面众多研究者开始开发新能源以代替传统能源，例如海水提铀等，我国在20世纪70年代开始研究海水提铀，研究发现海水提铀的关键技术是获得合适的吸附剂，吸附剂需要满足容量大、效率高、选择性好、化学稳定、机械强度好、耐腐蚀、无污染等特点，如果在UHMWPE纤维原来特性的基础上增加较高比表面积的多孔结构或通过在PE的碳氢主链上接枝丙烯酸、丙烯腈等基团，生成酰胺类共聚物，那么可实现UHMWPE纤维的选择吸附性功能。

另一方面，在海水、湖泊中的重金属污染和因氮、磷等元素的富营养化问题，也可通过具有多孔结构的高吸附性材料解决。这种多孔材料不仅可以吸附、过滤石油、重金属和微量元素，还要具备较高的强度、耐磨、抗冲击和耐腐蚀等特点。由于UHMWPE纤维材料密度比水小，可浮于水面且具有高强度、耐腐蚀、耐冲击等特点。所以多孔结构的UHMWPE纤维将是作为水体表面吸附的最佳材料之一。

发明内容

本发明主要提供一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维及制备方法，用该纤维制成的纺织品，可适用于过滤材料也可应用于中等强度复合材料的民用和军用等领域。

本发明的上述技术问题主要通过以下技术方案解决：一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维，是以UHMWPE粉末放置于白油溶剂中，UHMWPE粉末中的Mw一般高于1×106以上，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。

所优先的是：所述的溶剂白油的运动粘度40℃下为65~75mPa.s。

所优先的是：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%。

所优先的是：所述的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。

所优先的是：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。

本发明还提供一种中强多孔超高分子量聚乙烯纤维的制备工艺，其制作工艺按以下步骤：

1)制备纺丝原液