[發明專利]一種高分子量聚乙烯纖維及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201210425068.5
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN103789860A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 趙麗梅;景政紅;陳青葵;王素玉;錢鑫;馬海霞;尹偉超;李睿馨
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司
• 主分類號: D01F6/46
• 分類號: D01F6/46;D01F1/10
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王鳳桐;周建秋

技術領域

本發明一種高分子量聚乙烯纖維及其制備方法和應用。

背景技術

超高分子量聚乙烯(UHMWPE）（通常指粘均分子量100萬-300萬的聚乙烯）具有優異的耐沖擊、耐磨損、自潤滑、耐化學腐蝕、衛生無毒、不易粘附、不易吸水、低溫柔性等性能，因而用途極為廣泛。目前UHMWPE纖維在防彈、吸能、高強力繩纜、安保紡織品、工程加固、信息、新能源、醫療、體育休閑等領域得到廣泛應用，已成為關系到國家安全、經濟發展的重要的高技術材料。作為常規民用方面的纜繩、漁業、土木建筑等的網或片材、化學過濾器和分離器用的布或非織物、運動衣料等一些復合材料上，對聚乙烯纖維的強度和模量要求相對較低，鑒于此，人們嘗試采用熔紡技術，采用分子量為50萬-100萬之間的高分子量聚乙烯原料，制備強度為10-20cN/dtex的纖維，以滿足民用方面的需求，從而提高生產效率，降低成本，擴展纖維的應用領域。

由于超高分子量聚乙烯以及高分子量聚乙烯加工時均存在熔融粘度極高，流動性極差，其熔體流動指數幾乎為零，所以很難直接進行擠出或注射成型。CN?1488688A公開了一種通過加入1-10重量%的超支化聚酯-酰胺聚合物，可顯著提高超高分子量聚乙烯的加工流動性能和降低超高分子量的熔融粘度。該發明的聚乙烯的分子量為100萬-300萬。該發明對該超高分子量聚乙烯是否適用于熔融紡絲生產聚乙烯纖維沒有說明，其中的超支化聚酯-酰胺聚合物在擠出加工中存在發煙、斷絲的問題。

CN101476170A公開了一種熔融紡絲制備高強度、高模量聚乙烯纖維的方法及裝置，其中公開的高分子量聚乙烯共混料是采用有機硅作為高分子量聚乙烯的改性劑形成共混料，其組分包含高分子量聚乙烯85-97%，有機硅3-15%，抗氧劑0.2-2%；其中公開的高分子量聚乙烯三元共混料由以下重量百分比的組分共混而成，高分子量聚乙烯88-94%，有機硅3-7%，液晶高分子2-5%，硬脂酸鈣0.2-2%，抗氧劑0.1-1%。該發明對高分子量聚乙烯的分子量沒有限定，對高分子量聚乙烯共混料生產的纖維的強度等性能沒有描述。

針對高分子量聚乙烯的熔融粘度極高、流動性極差的缺點，當高分子量聚乙烯用于熔融紡絲制備高分子量聚乙烯纖維時，現有技術通常在紡絲過程中加入稀釋劑或助劑或者采用共混的方法來提高聚乙烯的流動性。加入稀釋劑，容易造成得到的超高分子量在后續的加工工序中的稀釋劑的揮發，對環境不友好，且還需要溶劑回收，大大提高了聚乙烯纖維的成本；現有技術中的加入助劑的方法，由于擠出加工中存在發煙、斷絲的問題，對其纖維的可紡性，沒有具體的描述。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種制備高分子量聚乙烯纖維時具有良好的流動性能且制得的高分子量聚乙烯纖維具有良好斷裂強度的高分子量聚乙烯纖維及其制備方法和應用。

本發明的發明人通過研究發現，含氟聚合物加工助劑通常被加入高粘度聚烯烴中，可以消除擠出過程中的表面熔融斷裂，同時還可以降低模具表面堆積、擠出壓力以及凝膠形成等。

此外，聚硅氧烷，尤其是超高分子量聚硅氧烷（UHMW聚硅氧烷）濃縮母粒，在降低塑料表面磨擦系數和耐磨擦持久性方面，能提供較有效且穩定的效果。聚硅氧烷尤其是超高分子量聚硅氧烷在加工過程和材料特性改善方面表現出了以往添加劑不具備的性能。將含氟聚合物加工助劑和聚硅氧烷配合用于高分子量聚乙烯，含氟聚合物加工助劑通過在模具內表面上沉積一層涂層，從而促進含氟聚合物與聚烯烴界面在熔融加工過程中的相對滑動。聚硅氧烷使塑料本身賦予良好的表面滑性及離型性。將兩者結合使用起到內外潤滑的作用，因此，將具有以上兩種助劑相似性能的助劑與高分子量聚乙烯混合，并配合抗氧劑和穩定劑，得到高分子量聚乙烯組合物可熔融紡絲，且制得的高分子量聚乙烯纖維具有較高的拉伸強度，纖維光滑，且斷裂強度可高達10-20cN/dtex。基于以上發現，完成了本發明。

本發明第一方面提供一種高分子量聚乙烯纖維的制備方法，該方法包括依次將高分子量聚乙烯、抗氧劑、穩定劑、流動改性劑和加工助劑混合均勻、熔融紡絲和牽伸，其中，所述加工助劑選自含氟聚合物加工助劑和/或聚己酸內酯；所述流動改性劑選自乙撐雙硬脂酸酰胺、甲基硅油、聚硅氧烷和石蠟中的一種或多種，所述高分子量聚乙烯的粘均分子量為50萬-150萬，分子量分布為3.5-5.5，拉伸強度為15MPa以上，斷裂伸長率為300%以上。

本發明的第二方面提供了一種由上述方法制備的高分子量聚乙烯纖維。