[發(fā)明專利]一種超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110109686.8
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112941654B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許海霞;黃金元;王新威;孫勇飛;李濟(jì)祥;鄭晗;李建龍;吳向陽
• 申請（專利權(quán)）人: 上?；ぱ芯吭河邢薰?/a>
• 主分類號: D01F6/46
• 分類號: D01F6/46;D01F1/10;D01D1/06;D01D5/08;F41H1/02;F41H5/00
• 代理公司: 上?？剖⒅R產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法與應(yīng)用，制備方法包括以下步驟：1)將超高分子量聚乙烯樹脂粉、助劑及溶劑混合均勻，之后在95?105℃下進(jìn)行多級高剪切乳化，乳化時間為15?40分鐘，得到紡絲原液；2)將紡絲原液采用飽和進(jìn)料的方式，送入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行溶解紡絲，經(jīng)后處理即得到超高分子量聚乙烯纖維，制得的超高分子量聚乙烯纖維用于防彈制品中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用預(yù)混、多級高剪切乳化、飽和進(jìn)料等方式，一方面控制紡絲原液的均勻性，另一方面，通過調(diào)整乳化的時間和溫度，來提高溶劑的浸潤，并促進(jìn)溶脹，從而保證成品性能的穩(wěn)定和提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超高分子量聚乙烯纖維制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

超高分子量聚乙烯纖維是目前已經(jīng)工業(yè)化的纖維材料中比強(qiáng)度最高的纖維，具有優(yōu)異的高強(qiáng)、高模、耐磨、耐化學(xué)腐蝕等性能，廣泛地應(yīng)用在國防軍事、海工纜繩、個體防護(hù)等領(lǐng)域，尤其是在軍用安防產(chǎn)品中的需求不斷增長，相應(yīng)的技術(shù)要求也逐年上升。對于單兵防彈產(chǎn)品，其要求輕、薄、軟，這就對制作防彈衣的纖維等原材料提出了更高的性能要求，不僅要性能高，而且還要波動范圍小，因為性能波動大就意味著最低值子彈擊穿的可能大，為了保留余量，減重減薄就比較困難了。

因此，生產(chǎn)廠家不斷尋求更完善的超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)工藝，來追求性能的穩(wěn)定和提高。

例如，中國發(fā)明專利CN101691673A公開了一種超高分子量聚乙烯纖維制備工藝，是將超高分子量聚乙烯粉末和溶劑注入解纏釜，并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下形成均一乳液狀混合液，然后混合液在常溫下通過儲料罐邊攪拌邊定量喂入螺桿擠出機(jī)進(jìn)行紡絲而成。該方法雖然簡單，但在常溫下并不能達(dá)到分子鏈解纏的目的，所以其對成品性能的提升也是極有限的。

中國發(fā)明專利CN111118615A公開了一種超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液處理方法，該方法是將超高分子量聚乙烯粉末、溶劑以及助劑等注入到高壓攪拌釜中，開啟乳化攪拌，并保持高壓腔室內(nèi)的壓力為1.5-5MPa，更優(yōu)選為3MPa，溫度為110-128℃，更優(yōu)選為125℃；然后經(jīng)高壓處理后的混合液注入到單螺桿擠出機(jī)中，最后再進(jìn)入雙螺桿擠出紡絲。該方法中的乳化裝置位于高壓腔室內(nèi)，轉(zhuǎn)速度為2000-5000r/min，優(yōu)先為3500r/min，乳化時間為2-5h。該方法存在以下幾個問題：①3MPa左右的高壓釜，對長期生產(chǎn)而言，是個安全隱患；②乳化時間過長，影響生產(chǎn)效率；③125℃下，高壓腔內(nèi)的超高分子量聚乙烯粉末已處于溶脹狀態(tài)，會因表面黏連而抱團(tuán)，從而加速相分離，因此無法保證均一穩(wěn)定地輸送到后續(xù)的單螺桿中。

中國發(fā)明專利CN109943900A公開了一種對超高分子量聚乙烯紡絲體系預(yù)處理的方法，該方法為：在真空腔室內(nèi)，使超高分子量聚乙烯粉末完成表面吸附水脫除，然后注入一定溫度的溶劑進(jìn)行攪拌混合，通過保溫保壓，完成溶劑對樹脂的浸潤，再進(jìn)行凍膠紡絲制得纖維。其真空腔室的壓力為0.001-0.06Mpa，溫度為50-90℃，保溫保壓時間為2-16h，攪拌速率為20-200r/min。該方法對樹脂進(jìn)行了預(yù)處理，有利于后續(xù)制得均一的紡絲溶液，但保溫保壓時間過長，影響生產(chǎn)效率。

此外，還有一些廠家采用更高分子量的原材料樹脂來提高成品性能，有的甚至達(dá)到七、八百萬，這無疑增加了加工難度，也不利于生產(chǎn)效率的提高和成本控制，尤其是纖維的均勻性難以保證，性能波動大，也就無法滿足最終防彈產(chǎn)品減重減薄的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法與應(yīng)用，不僅性能好，而且偏差小，尤其適用于防彈制品中。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，該方法包括以下步驟：

1)將超高分子量聚乙烯樹脂粉、助劑及溶劑混合均勻，之后在95-105℃下進(jìn)行多級高剪切乳化，乳化時間為15-40分鐘，得到紡絲原液；