[發明專利]一種高模量、高拉伸功特種纖維的制備方法

無效

• 申請號: 201110352918.9
• 申請日: 2011-11-09
• 公開（公告）號: CN102517672A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 王曉廣;黃年華;鄧兵;張尚勇;吳濟宏;吳海燕;周曉潔;龔小舟
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學
• 主分類號: D01F6/46
• 分類號: D01F6/46;D01F1/10;D01D5/088;D01D10/02
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍

技術領域

本發明屬于紡織新材料領域，特別是涉及一種采用雙峰高密度聚乙烯制備高模量、高拉伸功特種纖維的方法，雙峰高密度聚乙烯添加輻射敏感劑，利用熔融紡絲法結合輻照加工技術，制備一種高模量、高拉伸功特種聚乙烯纖維。

背景技術

近幾年，纖維的高性能、高功能和高感性一直是研究者對新型化纖材料研究的重點，高性能聚乙烯纖維是繼碳纖維、芳綸之后具有極其重要戰略意義的新型纖維材料，因其獨特的性能，能被廣泛應用于多個領域，倍受研究人員與生產企業的青睞。

高性能纖維材料由于具有極好的力學性能常作為復合材料的增強體材料，包括：玻璃纖維，強度大、且具有較好的耐熱和耐化學腐蝕性能，但玻璃纖維較脆，耐壓縮性能較差，其織物的變性能力較差；碳纖維，耐高溫、耐化學腐蝕性能較好，但碳纖維較脆不易織造；芳香族聚酰胺纖維芳綸具有好的力學性能穩定，但其為原纖化結構，由于在織造過程中，經緯紗都要受到反復多次的拉伸、曲折、摩擦等作用，會發生原纖劈裂現象，為織造成形帶了很大的麻煩，且材料的成本較高。高強高模聚乙烯纖維密度小，具有高的強度和模量且纖維的柔軟性較好，具有較好的耐疲勞和耐摩擦性能，但是由于高強高模聚乙烯纖維的斷裂伸長率較小，在織造過程中易出現斷經斷緯現象，不易織造成型。

超高模量聚乙烯(UHMPE)纖維也叫超高強聚乙烯(UHSPE)纖維或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維，它是一種新型高性能纖維。由于聚乙烯結構簡單、性能優良，且來源豐富，具有高模量、高強度、耐腐蝕以及優異的介電性能，特別是它的密度很低，是所有高性能纖維中密度最低的，一經問世，就引起材料科學家的廣泛興趣，發展迅速，在航天、兵器等軍事部門以及體育運動器材等民用領域獲得廣泛的應用，科學家們一直致力于聚乙烯纖維的開發研究，但是由于采用的原材料分子量低，以及紡絲技術上的問題，因此，制備一種具有高模量、高拉伸功的聚乙烯纖維尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高模量、高拉伸功特種纖維的制備方法，該方法工藝簡單，所制備的纖維的模量高、應變大。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種高模量、高拉伸功特種纖維的制備方法，采用雙峰高密度聚乙烯添加輻射敏感劑，利用熔融紡絲法結合輻照加工技術，制備得到一種高模量、高拉伸功特種聚乙烯纖維，其特征在于包括下列步驟：

1)按輻射敏感劑的加入量為雙峰高密度聚乙烯質量的0.2～1.0％，將輻射敏感劑與雙峰高密度聚乙烯混合，得到添加輻射敏感劑的雙峰高密度聚乙烯，備用；

2)將添加輻射敏感劑的雙峰高密度聚乙烯原料送入雙螺桿擠出機，雙螺桿擠出機設有七個溫度控制區，七區溫度分別設為40～60℃、80～100℃、110～130℃、120～140℃、130～150℃、135～155℃、140～165℃，經擠出成型，常溫水浴固化，切割制得切粒；

3)熔融紡絲：將制得的切粒送入熔融紡絲機料斗，由噴絲頭噴絲進入驟冷環境，以低倍率牽伸，流經溫度梯度熱處理甬道，經二次牽伸制得聚乙烯纖維半成品絲；

4)將所制得的聚乙烯纖維半成品絲置于輻照環境下處理，輻射劑量為30～60kGy，制得高模量、高拉伸功特種纖維(即聚乙烯纖維)。

所述的輻射敏感劑為端乙烯基聚二甲基硅氧烷，它經輻照能發生交聯，并能改善材料的耐候性、耐老化性、抗紫外線以及增強韌性。

所述的雙峰高密度聚乙烯是一種高密度薄膜級聚乙烯樹脂，強度和挺括度好，具有良好的加工性能，極好的牽伸性能和優越的物理機械特性。如：上海石化供應的雙峰高密度聚乙烯(MH602)。

所述步驟3)的熔融紡絲環節中，熔融紡絲機的四區溫度分別控制在170～180℃、190～210℃、220～230℃、230～235℃；驟冷環境是在噴絲頭下連接吹冷風甬道，溫度在-15～-20℃；低倍率牽伸是通過調節牽伸一輥和二輥的轉速(實現一輥和二輥的轉速比為1/1.2)，一輥和二輥的轉速比為1/1.2；熱處理甬道分三區，分別為軟化區120～130℃、降溫區80～90℃、結晶區50～70℃；二次牽伸一輥和二輥轉速比為1/5～1/30。

所述的輻照環境可以是高能電子束輻照或⁶⁰Co-γ輻照。

通過上述工藝，獲得的高模量、高拉伸功特種聚乙烯纖維的強度為14～24cN/dtex，模量為1900～2200cN/dtex，應變大于27％，適用于服裝、裝飾、軍用紡織品領域。