高强度聚乙烯纤维及其应用制造技术

高强度聚乙烯纤维及其应用，例如，碎纤维、绳子、网、防弹材料或制品，防护手套，纤维增强混凝土制品，头盔，及其它由其得到的制品，其中纤维的特征在于：它包括基本上由重复的乙烯单元构成的高分子量聚乙烯；特性粘数为５或更大，并且平均强度为２２ｃＮ／分特或更高；用差示扫描量热法（ＤＳＣ）测定该纤维，显示出在１４０℃～１４８℃温度区间内（低温侧）具有至少一个吸热峰，并且在１４８℃或更高温度区间内（高温侧）具有至少一个吸热峰的升温ＤＳＣ曲线，或在按照细纱测定方法（ＪＩＳ Ｌ１０９５）中测定耐磨损性的方法Ｂ进行的磨损试验中，直到纤维断裂为止的摩擦次数为１００，０００次或更大。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型高强度聚乙烯纤维及其应用。更具体而言，本专利技术涉及可广泛用于工业的各个领域的高强度聚乙烯纤维，例如，用作用于生产无纺布或细纱的碎纤维或一定长度的纤维；用作工业或民用的绳子或网；作为生产高性能织物，例如防弹材料或制品，或防护性手套的原料；或作为复合材料，例如纤维增强混凝土制品或头盔的增强纤维。
技术介绍
对于高强度聚乙烯纤维，现有技术中已有公开，例如在JP-B 60-47922中，公开了利用超高分子量聚乙烯作为基础材料，采用“凝胶纺丝法”生产高强度、高模量纤维的方法。这些高强度聚乙烯纤维已被广泛地用在工业的各个领域中，例如，作为工业或民用的绳子或网；作为高性能织物，例如防弹材料或制品，或防护手套；或作为土木工程及建筑领域中使用的土工布或作业网。最近几年，人们要求这些高强度聚乙烯纤维具有更好的性能，特别是耐久性，例如，长期机械耐久性或在恶劣使用条件下的适应性。即使是象运动服这样的织物或钓鱼线，也要求具有长期使用时的耐久性。另外，提供抗震性能的增强片材或线绳，也要求具有耐久性，特别是耐弯曲疲劳性或耐磨损性，这样当纤维缠绕在支柱周围或其它部分上时，不会引起拐角处纤维的断裂。高强度聚乙烯纤维具有优异的抗张强度和优异的杨氏模量，但另一方面，其高取向性的分子链结构使它们在与例如做普通服装用的聚酯或尼龙相比较时，具有较差的耐久性，特别是较差的耐弯曲疲劳性和较差的耐磨损性。这些缺点已成为阻止高强度聚乙烯纤维在工业的各个领域广泛应用的部分障碍。此外，人们做了很多尝试，将高强度聚乙烯纤维应用于化学加工中，例如，由于其具有优异的耐化学品性，耐光性和耐侯性，被应用于无纺布，如化学过滤器或电池槽的隔离层，或将高强度聚乙烯纤维用作混凝土或水泥的增强纤维，因为人们需要具有较高的抗裂性和较高的韧性，及优异的抗冲击性和优异的长期耐久性的纤维增强混凝土制品，这是由于在铁路隧道或桥梁表面的墙壁材料脱落或掉下会导致意外事件发生。然而，当通过切割通常的高强度聚乙烯纤维来生产碎纤维或一定长度的纤维时，纤维的原纤化作用或其高表面硬度，造成这些纤维在压力作用下粘到一起形成纤维束，而不够分散。此外，当其用作混凝土或水泥的增强纤维时，它们在水泥基材中的分散性由于纤维的柔性或缠结而变得更差。由于该原因，需要进行各种处理，例如，与水泥预混，使用金属氧化物进行亲水性处理，或与树脂相结合。专利技术的公开为克服前述缺点，应该降低伸长的聚乙烯分子链的取向性，然而，采取该方法会降低强度和杨氏模量，因此不能采用。此外，聚乙烯纤维在分子链之间没有较强的相互作用，并很容易由于重复疲劳引发原纤维化作用，致使很难改善这些纤维的耐久性。因此，本专利技术的一个目的是提供高强度聚乙烯纤维及其应用，这些纤维与普通的高强度聚乙烯纤维相比，具有大约相同或更高的强度和杨氏模量，而且还具有优异的耐弯曲疲劳性和优异的耐磨损性，几乎不引起原纤维化作用，并且还具有高的表面硬度。也就是说，本专利技术涉及高强度聚乙烯纤维，其特征在于该纤维包括基本上由重复的乙烯单元构成的高分子量聚乙烯；其特性粘数为5或更大，并且平均强度为22cN/分特或更高；用差示扫描量热法(DSC)测定该纤维，显示出在140℃～148℃温度区间内(低温侧)具有至少一个吸热峰，并且在148℃或更高温度区间内(高温侧)具有至少一个吸热峰的升温DSC曲线。本专利技术进一步涉及高强度聚乙烯纤维，其特征在于该纤维包括基本上由重复的乙烯单元构成的高分子量聚乙烯；其特性粘数为5或更大，并且平均强度为22cN/分特或更高；按照细纱测定方法(JIS L 1095)中测定耐磨损性的方法B进行的磨损试验中，直到纤维断裂为止的摩擦次数为100,000次或更大。本专利技术还涉及由上述高强度聚乙烯纤维得到的碎纤维、绳子、网、防弹材料或制品，防护手套，纤维增强混凝土制品，头盔，及其它产品。图示简要说明附图说明图1为采用差示扫描量热法(DSC)，测定的实施例1的高强度聚乙烯纤维的升温DSC曲线。图2为采用差示扫描量热法(DSC)，测定的实施例2的高强度聚乙烯纤维的升温DSC曲线。图3为采用差示扫描量热法(DSC)，测定的实施例3的高强度聚乙烯纤维的升温DSC曲线。图4为采用差示扫描量热法(DSC)，测定的比较例1的高强度聚乙烯纤维的升温DSC曲线。图5为采用差示扫描量热法(DSC)，测定的比较例2的高强度聚乙烯纤维的升温DSC曲线。专利技术详述本专利技术的高强度聚乙烯纤维，包括基本上由重复的乙烯单元构成的高分子量聚乙烯。此处使用的术语“基本上由重复的乙烯单元构成的高分子量聚乙烯”是指这样一种聚乙烯，其基本上可以被认为是乙烯均聚物，含有乙烯重复单元比例为99.5mol％或更高，优选99.8mol％或更高，并且其特性粘数为5或更大，优选为8或更大，更优选为10或更大。为达到增加聚合反应速率的目的，或达到改善最终获得的纤维的蠕变性及其它特性的目的，推荐通过加入极少量的共聚单体如α-烯烃，向聚乙烯中引入支链；然而，不提倡使用更大量的共聚单体来改善纤维的耐久性，这是因为例如，可以认为，与α-烯烃的共聚阻止了结晶体内分子链之间的相互滑动，这使得不能实现连续的重复形变的应力松弛。如果基础聚合物的特性粘数小于5，很难显示纤维的机械特征，特别是抗张强度。另一方面，特性粘数没有上限；然而，考虑到纺纱过程中的稳定性生产率，纤维的耐久性，和其它因素，优选特性粘数为30或更小。特性粘数大于30，则在某些情况下，会导致例如依细纱纺纱条件的耐久性的降低。因此，包括基本上由重复的乙烯单元构成的高分子量聚乙烯的本专利技术的高强度聚乙烯纤维，其特性粘数为5或更大。此处所用的纤维的特性粘数，是指在135℃的十氢化萘中测定粘度，并将ηsp/c(此处ηsp为特性粘度，c为浓度)外推到浓度为0时得到的相应值。实际上是测定某些浓度的粘度，并采用最小二乘法，在特性粘度ηsp对浓度c的曲线上画直线，并外推到0浓度来确定特性粘数。另外，对作为基础聚合物的高分子量聚乙烯没有特别的限制，只要最终获得的纤维满足上述特性粘数即可。为将纤维的耐久性提高到其限定范围内，优选使用具有较窄分子量分布的基础聚合物。更优选使用分子量分布指数(Mw/Mn)为5或小的基础聚合物，该聚合物是采用例如茂金属催化剂的聚合催化剂得到的。本专利技术的高强度聚乙烯纤维的平均强度为22cN/分特或更高；此处使用的平均强度是指由应变-应力图获得的平均强度值(cN/分特)，拉伸试验仪的试验的条件为样品长度，200mm(夹头之间的缝隙距离)；伸长速率，100％/分钟；环境温度，20℃；相对湿度，65％；并由得到的曲线上的断裂点处的应力计算(测量次数，10)。对于本专利技术的高强度聚乙烯纤维，差示扫描量热法(DSC)测定显示出，在140℃～148℃温度区间(低温侧)具有至少一个吸热峰，及在148℃或更高温度区间(高温侧)具有至少一个吸热峰的升温DSC曲线。升温DSC曲线，是采用被切成5mm或更短长度的纤维样品，使样品在惰性气氛下处于完全自由的状态，并以10℃/分的加热速率，将样品从室温加热到200℃而得到的。对于吸热峰，只有被采用的峰才画出，这些峰的峰值温度是可读的，并且得到的升温DSC曲线进行基线校正，随后读取峰值温度和峰高。在此处，基线是指如塑料的转化温度的测试方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度聚乙烯纤维，其特征在于：该纤维包括基本上由重复的乙烯单元构成的高分子量聚乙烯；其特性粘数为５或更大，并且平均强度为２２ｃＮ／分特或更高；用差示扫描量热法（ＤＳＣ）测定该纤维，显示出在１４０℃～１４８℃温度区间内（低温侧）具有至少一个吸热峰，并且在１４８℃或更高温度区间内（高温侧）具有至少一个吸热峰的升温ＤＳＣ曲线。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：大田康雄，阪本悟堂，野村幸弘，小西拓也，宫坂忠与，冈野享由，中桥纯一，
申请(专利权)人：东洋纺织株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]