[發(fā)明專利]網(wǎng)狀結(jié)構高強聚乙烯纖維的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210119773.2
• 申請日: 2012-04-23
• 公開（公告）號: CN102644126A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 王曉廣;鄧兵;黃年華;張尚勇;吳濟宏;吳海燕;周曉潔;龔小舟
• 申請（專利權）人: 江蘇紡科新復合材料有限公司
• 主分類號: D01F6/46
• 分類號: D01F6/46;D01F1/10;D01F11/06;D01D1/04;D01D5/16;D01D10/00;D01D10/02
• 代理公司: 鎮(zhèn)江京科專利商標代理有限公司 32107
• 代理人: 夏哲華

技術領域

本發(fā)明屬于紡織材料領域，特別是涉及一種采用高密度聚乙烯制備網(wǎng)狀結(jié)構高強聚乙烯纖維的方法。

背景技術

近年來，蜘蛛絲成為關注焦點的主要原因在于其獨特的力學性能及環(huán)保優(yōu)勢，其在力學性能上具有蠶絲及一般合成纖維無法比擬的突出優(yōu)勢，目前市場上的蜘蛛絲纖維與強度最高的碳纖維強度相接近，但其在韌性上具有明顯優(yōu)勢，并且一束由蜘蛛絲組成的繩子比同樣粗細的不銹鋼鋼筋還要堅強有力，能夠承受比鋼筋還多5倍的重量而不會被折斷，它具有極好的彈性和強度，其強度明顯高于蠶絲、橡膠、合成纖維，與鋼筋束的強度相近，低于卡夫綸；伸長與蠶絲及合成纖維相似，高于鋼筋、棉和卡夫綸，因而韌性很好，在國防、軍事（防彈衣）、建筑等領域具有廣闊應用前景。

蜘蛛絲的研究借助于先進的結(jié)構表征手段和生物技術，主要集中在轉(zhuǎn)基因技術及采用合適的仿生紡絲技術進行紡絲，目前結(jié)果都并不理想，隨著生物科學和高分子科學的發(fā)展，通過轉(zhuǎn)基因技術及模擬蜘蛛的紡絲行為，大量獲取蜘蛛絲蛋白并人工紡出性能卓越的蜘蛛絲尚在研究階段。

另外，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(zhàn)略意義的新型纖維材料，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(wěn)定，但其為原纖化結(jié)構，由于在織造過程中，經(jīng)緯紗都要受到反復多次的拉伸、曲折、摩擦等作用，會發(fā)生原纖劈裂現(xiàn)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(xiàn)斷經(jīng)斷緯現(xiàn)象，不易織造成型，因此，制備一種高性能特種聚乙烯纖維尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種新的網(wǎng)狀結(jié)構高強聚乙烯纖維制備方法，使得其制備的聚乙烯纖維在結(jié)構上類似蜘蛛絲的網(wǎng)狀結(jié)構，且強度高、韌性大。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的網(wǎng)狀結(jié)構高強聚乙烯纖維制備方法包括下列步驟：

a.將高密度聚乙烯與石蠟按質(zhì)量比2:8～6:4在混合釜中高效剪切混勻，添加輻射敏感劑，輻射敏感劑的加入量為高密度聚乙烯質(zhì)量的0.2～1.0?%，注入雙螺桿熔融擠出機，經(jīng)擠出成型，水浴固化，切割制得均一切粒；?

b.將制得的切粒送入熔融紡絲機，脫泡擠出，由噴絲頭噴絲進入驟冷環(huán)境凝固定型，再浸漬到帶牽伸裝置的二甲苯溶劑浴中萃取，使纖維牽伸取向，制得聚乙烯纖維半成品絲；

c.將所制得的聚乙烯纖維半成品絲置于輻照環(huán)境下處理，輻射劑量為80～150?kGy，再經(jīng)溫度梯度熱處理甬道并牽伸，使纖維進一步獲的取向和結(jié)晶，最終獲得到網(wǎng)狀結(jié)構高強聚乙烯纖維。

所述步驟a中，雙螺桿熔融擠出機設有七個溫度控制區(qū)，七區(qū)溫度分別設為40～60℃、80～100℃、110～130℃、120～140℃、130～150℃、135～155℃、140～165℃。

所述高密度聚乙烯的分子量范圍是40000～300000，熔點為125～135℃，相對密度為0.941～0.960。

所述的輻射敏感劑為端乙烯基聚二甲基硅氧烷，它經(jīng)輻照能發(fā)生交聯(lián)，并能改善材料的耐候性、耐老化性、抗紫外線以及增強韌性，如：吉林市祥友高分子材料有限公司，牌號XY-202-B。

所述的二甲苯是由體積百分比為45～70?%的間二甲苯、15～25?%的對二甲苯和10～15?%鄰二甲苯三種異構體所組成的混合物。

所述的熔融紡絲環(huán)節(jié)中，紡絲機四區(qū)溫度分別控制在170～180℃、190～210℃、220～230℃、230～235℃；驟冷環(huán)境是在噴絲頭下連接吹冷風甬道，溫度在-15～15℃；牽伸通過調(diào)節(jié)牽伸一輥和二輥的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速比為1/1.5～1/1000；噴絲板與浴槽液面之間的垂直距離為15～20?cm。

所述的輻照環(huán)境可以是高能電子束輻照或⁶⁰Co-γ輻照。

所述的溫度梯度熱處理甬道分三區(qū)，分別為軟化區(qū)120～130℃、降溫區(qū)80～90℃、結(jié)晶區(qū)50～70℃；二次牽伸一輥和二輥轉(zhuǎn)速比為1/70～1/100。