[發明專利]高性能超高分子量聚乙烯帶材及其制備方法

在審

• 申請號: 202110566498.8
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113400691A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 鄭晗;孫勇飛;李濟祥;王新威;徐海霞;黃周雨;黃金元
• 申請（專利權）人: 上海化工研究院有限公司
• 主分類號: B29D7/01
• 分類號: B29D7/01
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳天寶

本發明涉及一種高性能超高分子量聚乙烯帶材及其制備方法，包括：將原料纖維退卷繞后同向平鋪為具有一定幅寬的纖維束；纖維束預處理；施加預張力，同時喂入轉動的對壓輥或平板，在壓力和溫度條件下進行表面粘接；對料帶進行固化，切邊、卷繞成型，得到高性能超高分子量聚乙烯帶材。與現有技術相比，本發明將具備一定力學強度的UHMWPE纖維束平鋪開來并施加一定的外張力，通過加熱熔融、溶劑溶解等過程使其表面分子鏈活動，相互纏結后進行定型，最終形成具有一定幅寬與厚度的UHMWPE帶材，在最大程度保留了纖維原有的力學強度的同時，提升橫向的剝裂強度。

技術領域

本發明涉及高性能特種纖維材料制備領域，尤其是涉及一種高性能超高分子量聚乙烯帶材及其制備方法。

背景技術

UHMWPE纖維是目前已工業化纖維材料中比強度最高的纖維材料，是世界三大高性能纖維之一。得益于UHMWPE超高的分子量和較窄的分子量分布，UHMWPE纖維材料具有優異的力學性能、耐磨性、耐化學腐蝕性能，同時具有質輕、導熱系數高等特性，使其在國防軍事、航空航天、海洋工程、民用防護領域都有廣泛的應用。

以往的制備方法中，UD材料采用傳統的工藝技術，先制備800D/1200D/1600D粗旦纖維，然后將纖維經緯鋪展開，通過上膠等形式制備無緯布(UD)或寬幅纖維。制得的寬幅纖維，纖維間完全依靠膠水粘合。然而由該技術制備的復合無緯布，由于其作為基體的膠粘劑自身的缺點，使得復合無緯布的綜合性能受到影響，體現在耐熱性差，綜合機械強度也較差，蠕變嚴重，由其制成的UHMWPE纖維復合無緯布，不能有效地“鈍化”子彈的沖擊力，只能通過增加無緯布層數來達到防彈效果，但這樣又會引起增加一般戰士、警察使用時的負荷。因此，如何改變UHMWPE纖維復合無緯布的耐熱性，使其具有更高的抗沖擊性，有效“鈍化”子彈的沖擊力，已經成為防彈護品研究的必然趨勢。

在UD的制備過程中，使用高性能寬幅的帶材代替纖維，既保留了UD在MD方向上的強度，同時大幅度提高了單層UD防護材料在橫向沖擊上的吸收效果，同時也簡化了分絲鋪絲工序，達到提升工藝穩定性的效果。

美國專利US4916000公開了一種高強高模聚乙烯纖維單取向預浸帶的制備方法，在該專利中，將纖維束通過兩根展絲輥鋪展，然后在鋪展好的纖維上噴涂合適的膠粘劑，干燥得到單取向預浸帶。

中國專利CN1291090C公開了一種高強高模聚乙烯纖維單取向預浸帶的連續制備方法，在該專利中，讓纖維帶上高壓靜電使纖維均勻鋪展，在鋪展的纖維上噴涂膠粘劑，將膠粘劑干燥制得單取向預浸帶。

中國專利201710458351.0公布了一種無緯布及其制造方法和應用，該發明將高強度纖維進行退繞、集束、分絲、展絲、上膠，然后在上膠后的高強度纖維的至少一側復合聚乙烯薄膜，干燥后將兩層以上帶薄膜的單取向片正交復合在一起，得到無緯布，該發明使用膠粘方式制備聚乙烯無緯布，纖維間易剝離。

以上方法均通過膠粘進行粘接，由于單層帶材僅在軸向有取向，徑向依靠膠水提供強度，受力能力較弱，并不能起到很好的防彈防護作用。

中國專利CN106480600A公布了一種UHMWPE片材的制造方法，通過退繞、集束、排布、展開、上膠、干燥等過程將纖維絲排列，制成UHMWPE片材(UD布)，該發明解決普通絲束排列問題，僅在排列均勻性上有提高，并未提及纖維間的粘接問題。

中國專利CN110079872A公布了一種寬幅高強高模聚乙烯纖維的制備方法，該發明將紡絲溶液從單排多孔擠出，通過噴絲頭熔融合并制備寬幅纖維。該方法制備的纖維帶雖可以在徑向上提供一定的受力，但由于擠出過程軸向取向不充分，實際力學強度也有一定的損失。

發明內容