[发明专利]一种粗单丝超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种粗单丝超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：a)将溶剂油和超高分子量聚乙烯粉末混合，得到纺丝原液；所述纺丝原液的含固量为5wt％～12wt％；b)将步骤a)得到的纺丝原液进行第一次纺制，得到第一纺丝溶液；所述第一次纺制的熔温为280℃～330℃；c)将步骤b)得到的第一纺丝溶液依次进行第二次纺制、喷头牵伸和速冷，得到凝胶化预取向丝束；所述凝胶化预取向丝束的结晶度为26％～36％；d)将步骤c)得到的凝胶化预取向丝束进行热牵伸，得到粗单丝超高分子量聚乙烯纤维。与现有技术相比，本发明提供的制备方法得到的粗单丝超高分子量聚乙烯纤维同时具有非常高的强度和模量，满足作为防弹专用材料的纤维的性能要求。

技术领域

本发明涉及超高分子量聚乙烯纤维技术领域，更具体地说，是涉及一种粗单丝超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法和应用。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维诞生于1979年，是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的第三大高性能纤维。超高分子量聚乙烯纤维以分子结构(-(-CH₂-CH₂-)_n-) 十分简单的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为原料，采用新颖的冻胶纺丝方法使纤维形成特殊的聚集态结构，从而使其强度在同等重量时是钢丝的15倍；其关键技术的核心是通过对UHMWPE的缠结点密度控制，解除纺丝溶液内大分子严重缠结，并在冻胶成形过程中保持大分子解缠状态，从而实现冻胶纤维的超倍拉伸，形成以伸直链结晶结构为主的高结晶度、高取向的纤维。

自该纤维面世至上世纪90年代，国际上仅有荷兰的DSM Dyneema公司和美国Honeywell公司拥有规模生产的技术。荷兰的DSM Dyneema公司经过将近 40多年的发展已经从最初产业化产品SK25系列逐步推出SK60，SK65，SK75， SK76，SK78，SK90到现在的最高的SK99系列。在性能不断提升的同时，产量不断扩大，在国际市场处于垄断地位。此外，为了更好的占领美洲和亚洲市场，DSM Dyneema公司于1994年在美国建立了Dyneema纤维生产线，与日本最大的纺织企业东洋纺(Toyoba)在日本大阪合资建立了Dyneema纤维生产线，目前该公司的Dyneema纤维的产能在10000吨左右。美国的Honeywell公司在前期购买荷兰公司的专利后，投入巨资通过二次开发拥有了自己的专利技术，由Spectra900开始逐步推出了Spectra1000和Spectra2000，目前该公司的产能在3000吨左右。随着应用领域的不断扩展，对于UHMWPE纤维的力学性能要求越来越高。特别是防护材料在其应用领域所占的比例在50％以上，而这一领域大部分为国外的企业所占领。

我国自上世纪九十年代末进行UHMWPE纤维的开发及生产以来，基本都采用冻胶纺工艺，尽管近几年通过不断的发展及技术革新，也可生产出类似于Dyneema SK75性能的产品，但受设备精度、生产稳定性及关键技术等条件的限制，产品性能尤其是作为防弹专用材料的纤维仍无法达到强度不小于 35cN/dtex、模量不小于1200cN/dtex的水平。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种粗单丝超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法得到的粗单丝超高分子量聚乙烯纤维同时具有非常高的强度和模量，满足作为防弹专用材料的纤维的性能要求。

本发明提供了一种粗单丝超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：

a)将溶剂油和超高分子量聚乙烯粉末混合，得到纺丝原液；所述纺丝原液的含固量为5wt％～12wt％；

b)将步骤a)得到的纺丝原液进行第一次纺制，得到第一纺丝溶液；所述第一次纺制的熔温为280℃～330℃；

c)将步骤b)得到的第一纺丝溶液依次进行第二次纺制、喷头牵伸和速冷，得到凝胶化预取向丝束；所述凝胶化预取向丝束的结晶度为26％～36％；

d)将步骤c)得到的凝胶化预取向丝束进行热牵伸，得到粗单丝超高分子量聚乙烯纤维。