聚合物纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种聚合物纤维及其制备方法，其聚合物纤维中含有2wt％‑10wt％无机超细填料和0.1wt％‑3wt％纳米微片，所述无机超细填料包括超细微粉和/或超细纤维。本发明专利技术制备的复合纤维制备方法简单，可操作性强，制备的复合纤维强度高，韧性好，可纺性好，充分满足纺织工艺的需求，可用于耐切割手套领域。

Polymer fibers and their preparation methods

The invention provides a polymer fiber and a preparation method thereof. The polymer fiber contains 2wt%10wt% inorganic ultrafine filler and 0.1wt%3wt% nano-chip. The inorganic ultrafine filler includes ultrafine powder and/or ultrafine fiber. The composite fiber prepared by the invention has the advantages of simple preparation method, strong operability, high strength, good toughness, good spinnability, fully meeting the needs of textile technology, and can be used in the field of cutting resistant gloves.

【技术实现步骤摘要】
聚合物纤维及其制备方法
本专利技术属于高性能纤维制备
，具体涉及一种复合型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(UHMWPE)纤维是继碳纤维和芳纶纤维之后出现的第三代高性能纤维，具有其他高性能纤维所无法比拟的力学性能，此外，它还具有优异的耐化学性、耐候性、高能量吸收性、耐冲击、耐低温、耐磨、耐弯曲、抗切割、电绝缘及一定的防水性等多种优异性能，从而被广泛的应用在军事防弹、安全防护、航空航天、海洋工程和高性能、轻质复合材料等领域。然而，UHMWPE分子本身由简单的亚甲基组成，分子间无极性作用力，纤维表面呈化学惰性，加上纤维高倍拉伸形成的高度结晶、高度取向的光滑表面，致使纤维还存在许多不足之处，如应力作用下容易产生蠕变，限制了纤维在高强绳索领域的应用；纤维表面粘结性能较差，限制了纤维在复合材料领域中的应用等。从提高纤维防切割性出发的专利有CN102828312A、JP2004-19050、WO2008/046476、CN102037169A等，其中多利用高分子量聚乙烯、高对称结构聚酰胺、聚苯并噁唑等高强纤维与无机金属或玻纤以芯/皮形成复合纤，或以高弹纤维包覆、以硬质矿物粒涂覆方式达到耐切割的目的，但因此而导致体感变差，使人无舒适感。另外，高强高模量UHMWPE纤维的轴向比强度已超过钢纱，但作为纤维本体，要求保持其高强度同时又具有耐切割性、可纺性的理论和实施效果尚不能令人满意，因此需要提供新的技术方案来解决上述问题。石墨烯具有良好的力学性能及自润滑性，可包覆在硬质材料表面，增加其润滑性，弥补其不足。但如果在纺丝液过程中直接加入石墨烯粉末，会造成石墨烯大量团聚，得到分散性很差的纺丝液，而复合材料中，增强相在基体中的分散对材料的性能有着至关重要的影响。由此可将石墨烯与有机溶剂结合起来，形成稳定分散的复合浆料，再按照比例配成纺丝液，进行复合纤维的生产。
技术介绍
部分的内容仅仅是专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
技术实现思路
针对现有技术存在问题中的一个或多个，本专利技术提供一种无机超细填料填充UHMWPE对其进行改性，同时本专利技术可以解决超高分子量聚乙烯的粘弹性高的情况下，无机填料分散性不好的问题。本专利技术提供一种聚合物纤维，包括：所述纤维中含有2wt％-10wt％无机超细填料和0.1wt％-3wt％纳米微片，所述无机超细填料包括超细微粉和/或超细纤维。根据本专利技术的一个方面，所述纤维中无机超细填料的含量为6wt％-8wt％，所述纳米微片的含量为0.5wt％-2wt％。根据本专利技术的一个方面，所述无机超细填料包括二氧化硅颗粒、纳米碳化硅、氮化硼、玄武岩纤维、玻璃纤维中的一种或几种。优选地，所述无机超细填料为玄武岩纤维和/或二氧化硅颗粒。根据本专利技术的一个方面，所述超细纤维直径为1-10um，优选1-7um；平均长度30-200um，优选30-70um。根据本专利技术的一个方面，所述超细微粉的粒径为1-10um，优选1-7um。根据本专利技术的一个方面，所述纳米微片的片径为0.5-5um，优选为1-3um。根据本专利技术的一个方面，所述纳米微片的厚度为0.5-30nm，优选为0.5-10nm。根据本专利技术的一个方面，所述纳米微片的比表面积为200-1000m2/g，优选为200-240m2/g。进一步优选地，所述纳米微片为单层或多层堆叠的石墨烯。严格意义上说，石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)。而这些方法制备出的石墨烯在分子结构上有一些微小的区别，主要体现在碳原子层数，碳原子层接有少量含氧基团。常见方法制备的石墨烯均适用于本专利技术方法。添加无机超细填料对复合纤维进行增强，进一步添加石墨烯，包覆在硬质材料表面，增加其润滑性、柔韧性。根据本专利技术的一个方面，所述聚合物为超高分子量聚乙烯。根据本专利技术的一个方面，所述超高分子量聚乙烯的粘均分子量为(2-6)*106g/mol，优选(4-5)*106g/mol。根据本专利技术的一个方面，所述聚合物纤维中含有抗氧剂。根据本专利技术的一个方面，所述抗氧剂含量为0.01％-1％，优选为0.1％-0.5％。进一步优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂164、抗氧剂DNP、抗氧剂DLTP、抗氧剂TNP中的一种或两种以上的组合，优选为抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂DNP中的一种或两种。本专利技术还提供了一种聚合物纤维的制备方法，采用上述的聚合物纤维中的各组分和含量。包括：填料预混：将无机超细填料与溶剂A混合，用乳化机搅拌，得到填料预混液；纳米微片预混：将纳米微片与溶剂B、分散剂混合，经搅拌、进入均质机、出料，形成浆料；制备纺丝混合液：将所述的填料预混液、所述的纳米微片的浆料与溶剂C、UHMWPE粉和抗氧剂混合，得到纺丝混合液；制备聚合物纤维：将所述纺丝混合液经溶胀、熔融挤出、冷却后得到冻胶丝，由所述冻胶丝制备得到聚合物纤维。根据本专利技术的一个方面，所述的溶剂A、溶剂B溶剂C均为正庚烷、环己烷、石蜡油、植物油、矿物油、白油中的一种或两种以上的组合，优选白油、石蜡油、或环己烷。进一步优选地，所述溶剂A、溶剂B、溶剂C为同一种溶剂。根据本专利技术的一个方面，所述的溶剂A、溶剂B、溶剂C粘度范围在100-2000mPa·s，优选100-500mPa·s。根据本专利技术的一个方面，在填料预混步骤中，所述无机超细填料在填料预混液中的含量为2w％-25wt％，优选5wt％-20wt％。根据本专利技术的一个方面，在填料预混步骤中，所述乳化机搅拌时间为10-20min，优选15min。根据本专利技术的一个方面，在填料预混步骤中，所述乳化机搅拌速度为1000rpm-3000rpm，优选2000rpm。使用乳化机的分散程度比较彻底，可以将无机超细填料进行打碎。根据本专利技术的一个方面，在纳米微片预混的步骤中，所述将纳米微片与溶剂B混合的具体方法为：将纳米微片加入溶剂B中，经高速剪切机搅拌后，进入超高压微射流均质机，在均质机里循环研磨至石墨烯要求的粒径D99≤5μm，出料。根据本专利技术的一个方面，在纳米微片预混的步骤中，所述分散剂为PSS、SDBS、SDS、商用BYK、商用AFCONA系列中的一种或两种以上的组合，优选SDBS、SDS、AFCONA4010、AFCONA4700、AFCONA4701、BYK-P104S中的一种。根据本专利技术的一个方面，在纳米微片预混的步骤中，所述高速剪切机的搅拌速度为500-4000rpm，优选2000-3000rpm；搅拌时间为7-15min，优选10min。高速剪切机能帮助纳米微片预混液中的纳米微片进行物理分散。根据本专利技术的一个方面，在纳米微片预混的步骤中，所述均质机型号为FB-110T100型超高压微射流均质机。所述均质机具有超高压设计，压力可达3500bar/50750psi，均质温度在4-10℃范围内，工作流量为100L/H。所述均质机作用原理为：物料在柱塞作用下进入可调节压力大小的阀组中，经过特定宽度的限流缝隙后，瞬间失压的物料以极高的流速(1000-1500m/s)喷出，碰撞在碰撞阀组件之一的冲击环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物纤维，其特征在于，所述纤维中含有2wt％‑10wt％无机超细填料和0.1wt％‑3wt％纳米微片，所述无机超细填料包括超细微粉和/或超细纤维。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物纤维，其特征在于，所述纤维中含有2wt％-10wt％无机超细填料和0.1wt％-3wt％纳米微片，所述无机超细填料包括超细微粉和/或超细纤维。2.根据权利要求1所述的聚合物纤维，其特征在于，所述纤维中无机超细填料的含量为6wt％-8wt％，所述纳米微片的含量为0.5wt％-2wt％。3.根据权利要求1所述的聚合物纤维，其特征在于，所述无机超细填料包括二氧化硅颗粒、纳米碳化硅、氮化硼、玄武岩纤维、玻璃纤维中的一种或几种；优选玄武岩纤维和/或二氧化硅颗粒；进一步优选地，所述超细纤维直径为1-10um，优选1-7um；平均长度30um-200um，优选30-70um；进一步优选地，所述超细微粉的粒径为1-10um，优选1-7um。4.根据权利要求1所述的聚合物纤维，其特征在于，所述纳米微片的片径为0.5-5um，优选为1-3um；所述纳米微片的厚度为0.5-30nm，优选为0.5-10nm；比表面积为200-1000m2/g，优选为200-240m2/g；优选地，所述纳米微片为单层或多层堆叠的石墨烯。5.根据权利要求1-4任一项所述的聚合物纤维，其特征在于，所述聚合物为超高分子量聚乙烯，优选地，所述超高分子量聚乙烯的粘均分子量为(2-6)*106g/mol，优选(4-5)*106g/mol。6.根据权利要求1-4任一项所述的聚合物纤维，其特征在于，所述聚合物纤维中还含有抗氧剂，所述抗氧剂含量为0.01％-1％，优选为0.1％-0.5％；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂164、抗氧剂DNP、抗氧剂DLTP、抗氧剂TNP中的一种或两种以上的组合，优选为抗氧剂1010、抗氧剂164、抗氧剂DNP中的一种或两种。7.一种聚合物纤维的制备方法，采用权利要求1-6所述的聚合物纤维中的各组分和含量，包括：填料预混：将无机超细填料与溶剂A混合，用乳化机搅拌，得到填料预混液；纳米微片预混：将纳米微片与溶剂B、分散剂混合，经搅拌、进入均质机、出料，形成浆料；制备纺丝混合液：将所述的填料预混液、所述的纳米微片的浆料与溶剂C、UHMWPE粉和抗氧剂混合，得到纺丝混合液；制备聚合物纤维：将所述纺丝混合液经溶胀、熔融挤出、冷却后得到冻胶丝，由所述冻胶丝制备得到聚合物纤维。8.根据权利要求7所述的聚合物纤维的制备方法，其特征在于，所述的溶剂A、溶剂B和溶剂C均为正庚烷、环己烷、石蜡油、植物油、矿物油、白油中的一种或两种以上的组合，优选白油、石蜡油、或环己烷；优选地，所述溶剂A、溶剂B、溶剂C为同一种溶剂；溶剂粘度范围在100-2000mPa·s，溶剂粘度范围优选100-500mPa·s；和/或，所述无机超细填料在填料预混液中的含量为2wt％-25wt％，优选5wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧崇华，任申东，张明，王咸华，
申请(专利权)人：江苏恒辉安防股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32