一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)采用冻胶纺丝法制得超高分子量聚乙烯冻胶原丝；(2)将冻胶原丝经平衡静置处理；(3)将平衡静置处理后的冻胶原丝依次进行预牵伸、萃取、干燥和进行不低于三级的热牵伸，并在热牵伸的同时，使超高分子量聚乙烯冻胶原丝经过带有抗静电剂水溶液的涂敷辊；(4)干燥，即得超高分子量聚乙烯纤维。采用本发明专利技术方法制得的超高分子量聚乙烯纤维在提高高强度、高模量的同时，又解决了纤维因带电而影响后加工的问题，具有较低的静电。

Ultra high molecular weight polyethylene fiber and preparation method thereof

The invention discloses a preparation method of ultra high molecular weight polyethylene fiber, which comprises the following steps: (1) by gel spinning method of UHMWPE gel fiber; (2) the freeze-dried collagen wire by static balance; (3) the balance of static processed frozen collagen wire in turn pre draft, extraction, drying and hot drawing of not less than three, and in the hot drawing at the same time, the UHMWPE gel coated wire roller with antistatic agent in aqueous solution; (4) drying, the ultra high molecular weight polyethylene fiber. The ultrahigh molecular weight polyethylene fiber produced by the method of the invention has the advantages of high strength and high modulus while solving the problem that the fiber is affected by the live electricity, and the utility model has lower static electricity.

【技术实现步骤摘要】
一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法
本专利技术属于纤维制备
，尤其涉及一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。
技术介绍
超高分子量聚乙烯纤维(简称UHMWPE)，也称高强高模聚乙烯纤维，是指由相对分子量在100万以上的聚乙烯依次经过纺丝、萃取、干燥和超倍拉伸制成的一种高性能纤维。采用超高分子量聚乙烯纤维制成的纤维增强复合材料具有质量轻、耐冲击、介电性能高等优点，被广泛用于航空航天领域、海域防御领域、武器装备领域和日常工业领域等。在现有技术中，制备超高分子量聚乙烯纤维通常采用的是冻胶纺丝技术。该技术通常使用相对分子量在100万以上的聚乙烯作为原料，首先将该原料与合适的溶剂混合，以混合溶胀得到的悬浮液作为纺丝原液，然后将该纺丝原液经螺杆挤出机的剪切、匀混、解缠，再经喷丝组件进行挤出拉伸-冷凝成型，从而获得凝胶化预取向丝，最后将该凝胶化预取向丝进行萃取、干燥和超倍拉伸，得到超高分子量聚乙烯纤维。在超高分子量聚乙烯纤维的生产过程中，由于伴随有溶剂萃取、干燥、热拉伸和高速卷绕等高摩擦环节，丝束和成品纤维都极易产生静电。在热拉伸阶段，如果丝束产生的静电较大，丝束的抱合性较差，那么，丝束在卷绕时就会发生相互并缠现象，造成断头数增加。如果成品纤维的静电较大，一束束丝就会蓬松、散开，在下游应用进行退绕生产时极易发生挂导丝架等情况，造成断头率增加，影响生产加工。针对该问题，专利CN103276465A公开了一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其涉及一种抗静电油剂，为聚氧乙烯醚型抗静电剂和阴离子型抗静电剂的混合物，使得在保持高强高模的同时，具有较低的静电。
技术实现思路
本专利技术同样针对现有技术中存在的上述问题，通过使用有别于上述类型的抗静电剂，提出一种低静电的超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，既提高了高强高模，又解决了纤维因带电而影响后加工的问题。本专利技术的目的同样也是为了消除纤维生产过程产生的静电，通过在纤维的热牵伸过程中同时让纤维经过带有抗静电浴液的涂敷辊，然后经过热箱干燥、收卷。所采用的抗静电浴液为抗静电液和水的混合液，抗静电液的质量浓度为0.2～0.8％，上液速度为3～15m/min，该抗静电剂是一种高效的阳离子型抗静电剂(不同于行业常见的阴离子型抗静电剂)，PH值为7～9，有效成分为55～60％，易溶于水及丙酮、丁醇、苯、氯仿、DMF等大多数有机溶剂。该抗静电剂的作用机理为：在材料表面快速形成导电通道，使电荷快速转移，还能形成憎水性油膜，降低纤维的摩擦系数，使静电减少及产生阳电性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的第一个方面是提供一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)采用冻胶纺丝法制得超高分子量聚乙烯冻胶原丝；(2)将步骤(1)的超高分子量聚乙烯冻胶原丝经平衡静置处理；(3)然后将步骤(2)平衡静置处理后的超高分子量聚乙烯冻胶原丝依次进行预牵伸、萃取、干燥和进行不低于三级的热牵伸，并在热牵伸的同时，使超高分子量聚乙烯冻胶原丝经过带有抗静电剂水溶液的涂敷辊；(4)干燥，即得超高分子量聚乙烯纤维；其中，所述抗静电剂水溶液的质量浓度为0.2～0.8％，所述抗静电剂为由烷基化试剂与脂肪胺反应而得的季铵盐阳离子高效抗静电剂，所述抗静电剂在40℃时的运动粘度为15～20mPa.s。进一步地，所述烷基化试剂为卤代烷或硫酸二烷酯中发任一种；所述脂肪胺为低级叔胺或高级多胺中的任一种。进一步地，所卤代烷为氯甲烷或苄基氯等，所述硫酸二烷酯为硫酸二甲酯。进一步地，所述季铵盐阳离子高效抗静电剂选自烷基三甲基铵盐、二烷基二甲基铵盐、烷基二甲基苄基铵盐中的一种或多种。进一步地，所述季铵盐阳离子高效抗静电剂包括十二烷基二甲基乙基溴化铵、十二烷基二甲基羟乙基氯化铵和双十二烷基二甲基氯化铵。优选地，按质量百分比计，所述季铵盐阳离子高效抗静电剂由十二烷基二甲基乙基溴化铵30～40％、十二烷基二甲基羟乙基氯化铵20～30％和双十二烷基二甲基氯化铵30～40％配制而成；更优选地，所述季铵盐阳离子高效抗静电剂由十二烷基二甲基乙基溴化铵35％、十二烷基二甲基羟乙基氯化铵28％和双十二烷基二甲基氯化铵37％配制而成。进一步地，所述抗静电剂的PH值为7～9；优选地，所述抗静电剂的PH值为7.5～8.5。进一步地，所述抗静电油剂水溶液中的水为硬度小于0.1～0.15毫摩尔/升碱土离子浓度的软水；优选地，所述抗静电油剂水溶液中的水为硬度小于0.12～0.13毫摩尔/升碱土离子浓度的软水。进一步地，所述涂敷辊的上液速度为3～15m/min，带液量为1～5％；优选地，所述涂敷辊的上液速度为8～12m/min，带液量为3～4％。进一步地，所述热牵伸为包括第一级热牵伸、第二级热牵伸和第三级热牵伸，在所述第二级热牵伸的第一牵伸辊后且第二级热牵伸的热风箱前涂覆所述抗静电油剂水溶液。进一步地，所述预牵伸、萃取、干燥和进行不低于三级的热牵伸的过程中对所述超高分子量聚乙烯冻胶原丝施加的牵伸总倍数为40～50；优选为伸总倍数为45～47。进一步地，所述步骤(3)中干燥温度为50～60℃；优选地，干燥温度为52～58℃；更优选地，干燥温度为55～56℃。进一步地，所述步骤(4)中的干燥温度为60～80℃；优选地，干燥温度为65～78℃；更优选地，干燥温度为70～72℃。本专利技术第二个方面是提供一种采用上述方法制备的超高分子量聚乙烯纤维。进一步地，所述超高分子量聚乙烯纤维的静电压<0.05kV。本专利技术采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：本专利技术方法通过采用阳离子型活性胺类为抗静电剂，其配方简单，可与水互溶，通过在材料表面快速形成导电通道，使电荷快速转移；该阳离子型活性胺类抗静电剂能够在纤维表面形成憎水性油膜，可有效降低纤维的摩擦系数，也保护了纤维的表面因摩擦而产生毛丝；所采用的抗静电剂效果强、抱合力好，用量较少；而且本专利技术所使用的阳离子型活性胺类抗静电剂粘度小、上液速度低，纤维在生产过程中，不易粘棍和绕棍，纤维在消除静电的同时，不影响纤度；此外，采用热牵伸为不低于三级的正牵伸，且上液涂覆辊位于最后一级热牵伸(即热定型)之前，既可以保证抗静电液的干燥，也避免了纤维表面因前几级正牵伸而表皮皲裂；采用本专利技术方法制得的超高分子量聚乙烯纤维的静电压小于0.05kV，具有良好的抗静电效果，而且纤维比较柔软，具有良好的社会推广应用价值。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本专利技术，但是下述实施例并不限制本专利技术范围。本专利技术提供一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)采用冻胶纺丝法制得超高分子量聚乙烯冻胶原丝；该过程为本领域技术人员所熟知的，具体包括：将超高分子量聚乙烯纺丝原液送入双螺杆挤出机进行共混挤出，得到第一纺丝溶液，然后再将所述第一纺丝溶液送入纺丝箱体，经过牵伸和速冷固化，得到超高分子量聚乙烯冻胶原丝；其中本专利技术采用的超高分子量聚乙烯的重均分子量优选为3～5×106，本专利技术更优选采用重量比为3～8:1的第一超高分子量聚乙烯和第二超高分子量聚乙烯，所述第一超高分子量聚乙烯的重均分子量为4～5×106，第二超高分子量聚乙烯的重均分子量为3～4×106；另外，本专利技术使用的超高分子量聚乙烯粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用冻胶纺丝法制得超高分子量聚乙烯冻胶原丝；(2)将步骤(1)的超高分子量聚乙烯冻胶原丝经平衡静置处理；(3)然后将步骤(2)平衡静置处理后的超高分子量聚乙烯冻胶原丝依次进行预牵伸、萃取、干燥和进行不低于三级的热牵伸，并在热牵伸的同时，使超高分子量聚乙烯冻胶原丝经过带有抗静电剂水溶液的涂敷辊；(4)干燥，即得超高分子量聚乙烯纤维；其中，所述抗静电剂水溶液的质量浓度为0.2～0.8％，所述抗静电剂为由烷基化试剂与脂肪胺反应而得的季铵盐阳离子高效抗静电剂，所述抗静电剂在40℃时的运动粘度为15～20mPa.s。

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用冻胶纺丝法制得超高分子量聚乙烯冻胶原丝；(2)将步骤(1)的超高分子量聚乙烯冻胶原丝经平衡静置处理；(3)然后将步骤(2)平衡静置处理后的超高分子量聚乙烯冻胶原丝依次进行预牵伸、萃取、干燥和进行不低于三级的热牵伸，并在热牵伸的同时，使超高分子量聚乙烯冻胶原丝经过带有抗静电剂水溶液的涂敷辊；(4)干燥，即得超高分子量聚乙烯纤维；其中，所述抗静电剂水溶液的质量浓度为0.2～0.8％，所述抗静电剂为由烷基化试剂与脂肪胺反应而得的季铵盐阳离子高效抗静电剂，所述抗静电剂在40℃时的运动粘度为15～20mPa.s。2.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述烷基化试剂为卤代烷或硫酸二烷酯中的任一种；所述脂肪胺为低级叔胺或高级多胺中的任一种。3.根据权利要求2所述的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述季铵盐阳离子高效抗静电剂选自烷基三甲基铵盐、二烷基二甲基铵盐、烷基二甲基苄基铵盐中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：许海霞，辛春荣，吴喜龙，张振雷，李自学，
申请(专利权)人：上海斯瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31