[發明專利]一種高導熱性超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法

在審

• 申請號: 202010061205.6
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111101217A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 李濟祥;孫勇飛;王新威;鄭晗;鞏明方;徐紹魁;王萍
• 申請（專利權）人: 上海化工研究院有限公司
• 主分類號: D01F6/46
• 分類號: D01F6/46;D01F1/10;C08F110/02;D01D5/08;D01D5/12;D01D10/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種高導熱性超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，將導熱性粉體分散于溶劑油中形成均勻分散液，將溶劑油分散液和催化劑一并加入反應釜中，攪拌條件下，通入保護氣體和氫氣，將乙烯持續加入反應釜進行於漿聚合，得到UHMWPE樹脂；將UHMWPE樹脂、稀釋劑以及添加劑混合，高剪切乳化操作后形成紡絲原液，將紡絲原液喂入雙螺桿擠出機，擠出熔體經噴絲板形成熔體絲條，熔體絲條經水槽冷卻形成凍膠纖維，凍膠纖維經溶劑去除、干燥、超倍拉伸后，即得到成品UHMWPE纖維。本發明通過將聚合物高結晶取向導熱與高導熱性粉末參雜相結合，大大提升纖維導熱性能，纖維導熱系數高，導熱系數相比UHMWPE提升100倍以上。

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域，尤其是涉及一種高導熱性超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法。

背景技術

熱管理對于生產生活有著重要意義，特別是對于電子設備如太陽能電池、發光二極管、芯片和鋰電池等，能否快速散熱直接影響著它們的使用性能，使用壽命以及安全性。隨著對電子設備微型化、便攜化、一體化和功能化等更多需求的出現，如何更加高效的散熱也面臨著重要挑戰。與傳統的金屬、陶瓷或碳基導熱材料相比，聚合物導熱材料有著柔軟、輕質、易加工塑形、耐腐蝕等優點，然而其導熱系數較低，導熱性能不足的缺陷也急需克服。影響聚合物導熱性能的重要因素之一即聚合物分子鏈的取向，提高聚合物取向結晶度有利于提升聚合物導熱性能。

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)被稱為“二十一世紀的神奇塑料”，具有其它材料不可比擬的優異性能，高強度、耐化學腐蝕、摩擦系數低、導熱系數高等，中國專利201580009350.7就公布了一種高導熱性高熱容量定向超高分子量聚乙烯(UHMWPE)產品的制備工藝，其通過調節層壓和拉伸工藝來直接制備得到高導熱性UHMWPE產品。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維是世界三大高性能纖維之一，得益于UHMWPE的高分子量和高取向度，UHMWPE纖維擁有極好的力學性能，同時其輕質、防切割、耐磨、導熱系數高等特性，使其在軍用裝備，海工纜繩，民用防護手套以及涼席等領域都有應用。中國專利201420686986.8就利用了UHMWPE纖維的高導熱性制備了民用涼席產品。凍膠紡絲得到的聚乙烯纖維柔軟、細旦、分子取向度、結晶度高、軸向導熱系數高，利用這些特性結合合理的纖維編織或排布方法，高取向UHMWPE纖維可作為高效散熱用功能材料或復合材料的良好的基元材料。然而目前的超高分子量聚乙烯的高導熱性仍滿足不了更為嚴苛的使用要求。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種高導熱性超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，本發明通過將聚合物高結晶取向導熱與高導熱性粉末參雜相結合，大大提升纖維導熱性能，纖維導熱系數高達50Wm^-1K^-1以上，導熱系數相比UHMWPE提升100倍以上。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種高導熱性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維的制備方法，包含以下步驟：

(1)將反應釜加熱至反應溫度，抽真空，并用保護氣體置換，將導熱性粉體以超聲分散的方式均勻分散于溶劑油中形成均勻分散液，將溶劑油分散液和催化劑一并加入反應釜中，攪拌條件下，加入不參與聚合反應的保護氣體和氫氣，最后將乙烯持續加入反應釜，控制壓力和反應溫度，進行於漿聚合，得到UHMWPE樹脂；

(2)UHMWPE樹脂，稀釋劑以及添加劑混合并在一定溫度下進行高剪切乳化操作后形成紡絲原液。將紡絲液喂入雙螺桿擠出機，擠出熔體經噴絲板形成熔體絲條，熔體絲條經水槽冷卻形成凍膠纖維；凍膠纖維經溶劑去除，干燥，超倍拉伸后得到成品UHMWPE纖維。