一种超高分子量聚乙烯短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短纤维及其制备方法，制备超高分子量聚乙烯短纤维原丝，原丝经并筒、集束、清洗长丝油剂，重新上阴离子型高强度聚乙烯短纤维油剂，进行冷态卷曲，对卷曲后的纤维进行80～120℃下的松弛定型处理，干燥时间为5~30min，干燥热定型温度为90~100℃，进行张力调整，切断得到卷曲数为3~10个/25mm的超高分子量聚乙烯短纤维，切断长度为3~102mm。本发明专利技术所提供的超高分子量聚乙烯纤维截面异形，有一定的自然卷曲的特点，易梳理、易上胶，其抱合性、可纺性和混纺性得到提高，其短纤维纤度范围0.5dtex~2.5dtex，切断长度3mm~102mm，强度为10~40cN/dtex，可满足后道纺纱工艺不同风格的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合成纤维生产
，具体涉及一种聚乙烯短纤维的制造方法。
技术介绍
超高分子量聚乙烯纤维(也称高性能聚乙烯纤维、高强度聚乙烯纤维)综合性能优异，在安全防护、军事、航天、海洋、体育等多个领域有广泛的应用，目前主要为长丝产品，如各类绳索、UD布等。高强度聚乙烯短纤维与长丝相比有所不同，一是后道织物风格不同，短纤维的纺纱制品更致密、手感更柔和、织物附着性更好(不滑)，可制成穿着更舒适且耐磨耐割防刺的高档牛仔服、户外运动服等功能型服装面料；二是短纤维比长丝用途更广泛，如采用混纺的手段，按需制成色泽不同的纱线供后道应用，或用于混凝土增强、复合增强材料等，大大丰富后道产品种类，是超高分子量聚乙烯长丝的重要补充，具有很高的开发价值。由于超高分子量聚乙烯纤维的力学性能与普通纤维不同，在短纤维的制造中，卷曲、定型、切断以及纺纱工艺方面都需要进行专门的技术开发。专利CN102115937B公开了一种超高分子量聚乙烯短纤维的制备方法，包括预热、卷曲、干燥、切割四个步骤，制备50mm～100mm短纤并用该短纤制得力学性能均一的防刺面料。但该专利所述产品后续加工单一，不涉及纺纱工艺，主要针对防刺面料。专利CN101016667B公开了一种超高分子量聚乙烯短切纤维纺纱方法。包括预热、卷曲、切断、上油打包、将袋装的短切纤维送至毛纺或棉纺车间开松、梳毛成条、细纱、后加工。所制超高分子量聚乙烯短切纤维可以通过毛纺、棉纺的过程制成纱线，可用于纯纺、混纺，适用于制成防切割、防穿刺的织物。该专利所用纤维截面规整，表面光滑，卷曲结构很难稳定，卷曲之前需要100～120℃预热，卷曲数为3～5个/cm，且卷曲牢度差于普通化纤，纺纱过程中纤维间缺乏勾结和抱合，影响产品的力学性能和防刺防割性能。同时，短纤维长细比为24，短纤维长度为50～100mm，不能做超短纤维。文献《超高分子量聚乙烯短纤维及其纱线性能研究》(纺织导报[J]2014NO.4)介绍了超高分子量聚乙烯短纤维与及其与涤纶混纺纱线的性能，纱线断裂强度为8cN/dtex以上，应用领域较窄，主要为纱线和防切割产品，文章对短纤维及其纱线制造方法未有提及。廉志军等人在《高强高模聚乙烯短纤维及其应用》(纺织导报[J]2013NO.3)一文中介绍了一种高强高模聚乙烯短纤维的性能、制备流程及应用。与长丝相比，短纤维耐切割性能和强度损失不大，在普通纱线中混入一定比例的高强高模聚乙烯短纤维，纱线强度达6cN/dtex以上。同样，其应用领域也是局限在纱线产品，纱线强度较低，且单丝纤度做不到2.0dtex以下。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种超高分子量聚乙烯短纤维及其制备方法，纤度范围0.5dtex～2.5dtex，切断长度3mm～102mm，纤维柔软，截面不规则，易于卷曲，可满足后道纺纱工艺不同风格的要求，用途广泛。技术方案：一种超高分子量聚乙烯短纤维，纤维纤度为0.5dtex～2.5dtex，切断长度为3mm～102mm，强度为10～40cN/dtex。上述超高分子量聚乙烯短纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)制备超高分子量聚乙烯短纤维原丝；(2)原丝经并筒、集束、清洗长丝油剂，重新上阴离子型高强度聚乙烯短纤维油剂，赋予高强度聚乙烯短纤维易开松、抗静电、耐摩擦、润滑性能。(3)通过卷曲机喂入轮将丝束喂入机械式卷曲箱进行冷态卷曲；(4)对卷曲后的纤维进行80～120℃下的松弛定型处理，干燥时间为5～30min，干燥热定型温度为90～100℃；(5)进行张力调整，切断得到卷曲数为3～10个/25mm、卷曲性能良好的超高分子量聚乙烯短纤维，切断长度通过改变切断机刀盘的刀距来实现，优选为3～102mm；其中3～10mm为超短纤维，多用于复合物增强，如水泥混凝土增强材料；10mm以上可经纯纺或混纺纺制为纱线或纱条，满足后道不同用途，不同风格的要求。进一步，步骤(1)包括：超高分子量聚乙烯纺丝溶液从喷丝头挤出至少一条丝，丝束冷却得凝胶丝，纺丝溶剂从凝胶丝中快速除去，丝束收缩形成不规则截面，在除去纺丝溶剂之前、之后或期间，以至少一个拉伸步骤中拉伸该丝，再经至少一个松弛步骤，消除丝束应力，形成具有微自然卷曲的超高分子量聚乙烯长丝。进一步，所述纺丝溶剂为有机溶剂，包括石蜡、矿物油、煤油或十氢萘；优选为易挥发溶剂，最优选为十氢萘。溶剂在纺丝过程中快速挥发，有利于丝束收缩形成不规则截面。进一步，所述超高分子量聚乙烯的特性粘度为5～30dl/g，优选为20～25dl/g。进一步，去除纺丝溶剂通过热风循环系统实现，所述热风循环系统为保持有70℃～150℃流动气体的封闭加热腔室，流动气体为空气或氮气，优选氮气。丝束经加热腔室穿过，溶剂发生闪蒸，原丝表面迅速形成稳定的皮层结构，在继续干燥过程中，内部的不断挥发，除去大部分萘烷，纤维体积发生径向收缩，表面皮层形成微细沟槽，并形成不规则的纤维截面。气体流从丝束一面吹出，使丝束迎风面和背风面产生不对称冷却，在一个或多个位伸过程中，由于聚乙烯分子聚集态结构因冷却不同而使拉伸应力不同，在随后至少一个松弛过程中，消除丝束应力，产生微自然卷曲。进一步，步骤(2)所述集束的总纤度为每毫米卷曲轮宽度承担0.1～0.5万分特，变动范围为±5％，集束张力为0.08～0.15cN/dtex。进一步，步骤(2)所述油剂通过喷淋油辊的方式上油，或将丝束浸入油槽上油，最终纤维含油率控制在0.2～0.5％。进一步，步骤(3)所述卷曲是在张紧状态下进入填箱式卷曲机进行机械卷曲，丝束张力为0.1～0.3cN/dtex，卷曲温度为20～40℃，卷曲速度为10～60m/min，卷曲机主压为0.3MPa～0.4MPa，填塞箱背压为0.2MPa～0.4MPa。超高分子量聚乙烯纤维表面有大量纵向沟槽，这些沟槽是由聚乙烯微原纤形成的，进行卷曲时，在强大外力的作用下，纤维易从微原纤间结合力较弱的地方纵向开裂、折叠而发生变形，卷曲牢度提高。然而，经过卷曲后超高分子量聚乙烯的微原纤虽发生折叠，形成褶皱，但微原纤并不断裂，所以短纤加工对其强度几乎没有影响。超高分子量聚乙烯长丝卷曲前后形貌对比如图1。进一步，不经过卷曲步骤直接切短，得到纤维长度不大于10mm的超短纤维，用作建筑材料或复合材料增强。有益效果：1、本专利技术所提供的超高分子量聚乙烯纤维截面异形，有一定的自然卷曲的特点，易梳理、易上胶，其抱合性、可纺性和混纺性得到提高，其短纤维纤度范围0.5dtex～2.5dtex，切断长度3mm～102mm，强度为10～40cN/dtex，可满足后道纺纱工艺不同风格的要求；2、本专利技术所提供的超高分子聚乙烯短纤维制备工艺对纤维强度无影响，短纤维强度为10～40cN/dtex，强度损失率小于2％；3、本专利技术对高强度聚乙烯长丝的卷曲加工采用冷态卷曲，省去蒸汽预热箱，工艺流程简单，节约能耗，卷曲数为3～10个/25mm，纤维卷曲对纺纱有利，卷曲数太少，纤维抱合性不好，毛条强度低，难以纺纱；卷曲数过多则会产生大量棉结，同样影响纺纱质量；4、本专利技术所提供的短纤维用途广泛，可用于纺纱，所制纱线手感良好，有一定的导湿效果，耐磨耐切割防刺性能优良，应用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高分子量聚乙烯短纤维，其特征在于：纤维纤度为0.5dtex~2.5dtex，切断长度为3mm~102mm，强度为10~40cN/dtex。

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量聚乙烯短纤维，其特征在于：纤维纤度为0.5dtex~2.5dtex，切断长度为3mm~102mm，强度为10~40cN/dtex。2.一种超高分子量聚乙烯短纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）制备超高分子量聚乙烯短纤维原丝；（2）原丝经并筒、集束、清洗长丝油剂，重新上阴离子型高强度聚乙烯短纤维油剂；（3）进行冷态卷曲；（4）对卷曲后的纤维进行80～120℃下的松弛定型处理，干燥时间为5~30min，干燥热定型温度为90~100℃；（5）进行张力调整，切断得到卷曲数为3~10个/25mm的超高分子量聚乙烯短纤维，切断长度为3~102mm。3.根据权利要求2所述的超高分子量聚乙烯短纤维的制备方法，其特征在于：步骤（1）包括：超高分子量聚乙烯纺丝溶液从喷丝头挤出至少一条丝，丝束冷却得凝胶丝，纺丝溶剂从凝胶丝中快速除去，丝束收缩形成不规则截面，在除去纺丝溶剂之前、之后或期间，以至少一个拉伸步骤中拉伸该丝，再经至少一个松弛步骤，消除丝束应力，形成超高分子量聚乙烯长丝。4.根据权利要求3所述的超高分子量聚乙烯短纤维的制备方法，其特征在于：所述纺丝溶剂为有机溶剂，包括石蜡、矿物油、煤油或十氢萘；优选为易挥发溶剂。5.根据权利要求3所述的超高分子量聚乙烯短纤维的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建军，杨勇，阮洋，郭团春，陈国斌，张其宝，何庆权，胡婷，
申请(专利权)人：中国石化仪征化纤有限责任公司，中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32