[发明专利]初始伸长率得以改善的聚烯烃纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种初始伸长率得以改善的高强度聚烯烃纤维及其制备方法。

众所周知，通过使超高分子量聚乙烯加工成型为纤维、带材等等形状以及拉制成型体能获得具有高弹性模量和高拉伸强度的分子定向成型体。例如，日本专利申请特开昭15408/81揭示了一种方示，其中把超高分子量聚乙烯的稀溶液纺丝，再拉制所获得的长丝。此外，日本专利申请特开昭130313/84揭示了一种方法，其中用蜡熔融捏和超高分子量聚乙烯，挤出经捏和的混合物，再冷却，固化，然后拉制。再又，日本专利申请特开昭187614/84揭示了一种方法，其中挤出如上所述的熔融捏和的混合物，挤压成型再冷却，固化，然后拉制。

如果使超高分子量聚乙烯成型为纤维形状并强力拉制该纤维，则弹性模量和拉伸强度随牵伸比的增大而增大。这种拉制纤维具有良好的机械性能，例如高的弹性模量和高拉伸强度，并且在轻质性、耐水性以及耐气侯性方面是优良的。然而，这种拉制纤维在始伸长是高的和抗蠕变性能是低的方面仍是不足的和有缺点的。

初始延长是一种在有机纤维中所特有的现象，而且是常见的，这种现象甚至在诸如凯夫拉尔纤维（Kevlar    fiber）（全名为芳族聚酰胺纤维）的高刚性聚合物中可看到。尤其是具有高弹性模量和高强度的上述的聚乙烯纤维，初始延长率在常温下大到大约1%，而在诸如复合材料等的领域中不可能充分地利用高弹性模量。更具体地说，这种大的初始延长率对以用纤维增强的树脂复合材料、张力构件（光导纤维束）等等的影响是严重的。

因此，本发明的主要目的在于提供一种初始延长率和抗蠕变性能得以大大改善且具有高强度和高弹性模量的聚烯烃纤维以及一种该聚烯烃纤维的制备方法。

更具体地说，本发明的一个方面是提供一种初始延伸率得以改善的聚烯烃纤维，它包括一种包含有超高分子量的聚乙烯和乙烯与具有至少3个碳原子的烯烃的超高分子量的共聚物的组合物强拉制体，在整个组合物中具有至少3个碳原子的烯烃，它的含量为组合物中在每1000个碳原子中的支链数目平均是0.2-5.0，整个组合物具有至少5分升/克（5dl/g）的特性粘度（η），其中强拉制体若在限制状态下用差示扫描量热计进行测定时，则在较之组合物的固有晶体熔融温度（Tm）至少高15°的温度区中，至少有两个相互靠近的晶体熔融吸热被确定为第二次升温时的主熔融吸热峰。

本发明的另一方面是提供一种初始延长率得以改善的聚烯烃纤维的制备方法，所说的方法包括熔融捏和包含有具有至少5dl/g特性粘度（η）的超高分子量聚乙烯和超高分子量乙烯/α-烯烃共聚物，所说共聚物具有至少5dl/g固有粘度，所说α-烯烃具有至少3个碳原子，以及其中具有至少3个碳原子的α-烯烃的含量为在该共聚物中每1000个碳原子中，支链数目平均是0.5-10，两者重量比为10/90-90/10，在稀释剂存在下由捏和混合物纺丝以及以至少为10的牵引比拉制所得纤维。

当把相当于室温下的断裂负荷的30%的负荷施加到本发明试样长度为1厘米而环境温度为70℃的聚烯烃纤维时，从开始施加负荷60秒后的初始延长率低于5%，在从开始加负荷的90秒到开始加负荷180秒的期间内平均蠕变速度低于1×10^-4·秒^-1。本发明的纤维的特性是相当惊人的。

图1所示为超高分子量聚乙烯纤维（4）、超高分子量乙烯/丁烯-1共聚物纤维（5）以及两种聚合物的组合物的纤维（1）-（3）的蠕变特性图;

图2、3、4、5及6为上述试样（1）-（5）的差示热量曲线。

本发明基于以下的发现，即一种组合物包括超高分子量聚乙烯和乙烯与具有至少3个碳原子的α-烯烃的超高分子量共聚物（以下称之“超高分子量乙烯/α-烯烃共聚物”），以一定的混合比混合，具有优良的可纺性和可拉伸性，以及可以容易地成型为一种强拉制成型体。这种拉制成型体具有很高的弹性模量和强度，还具有优良的抗蠕变性能。对这种拉制成型体来说，初延伸率可控制在极低的水平。

超高分子量聚乙烯可以以高的牵引比拉制，以高的牵引比得到的纤维具有高的强度和高的弹性模量，但是这种拉制纤维的缺点是抗蠕变性能是差的。另一方面，超高分子量乙烯/α-烯烃共聚物的纤维具有优良的抗蠕变性能，但是其可拉伸性是不足的，并且几乎不可能获得具有高强度和高弹性模量的纱线。一种包括超高分子量聚乙烯和以本发明的一定重量比的超高分子量乙烯/α-烯烃共聚物的强力拉制纤维具有前者的聚合物的高强度和高弹性模量，同时还具有后者的聚合物的高抗蠕变性能，此外，这种拉制纤维的初始延长率也急剧地降低。这些特性是相当惊人的。