一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法及应用。该制备方法包括以下步骤：将超高分子量聚乙烯粉、石墨烯、溶剂油、抗氧剂和乳化剂混合均匀得到纺丝原液，采用冻胶纺丝法获得UHMWPEF冻胶原丝；将UHMWPEF冻胶原丝依次经过预拉伸和至少二级高温拉伸后萃取；将萃取获得的UHMWPEF原生丝与聚异氰酸酯交联剂在溶剂中混合均匀，进行超声浸渍处理；将浸渍处理后的原生丝干燥后采用氧气等离子体处理；将氧气等离子体处理后的原生丝再次经过末次高温拉伸。采用本发明专利技术制备方法获得的纤维具有高强度、低蠕变的优异性能，其中断裂强度不低于42g/d，蠕变伸长率不高于3％，可以应用在防护装甲上并提升其防护效果。用在防护装甲上并提升其防护效果。用在防护装甲上并提升其防护效果。

【技术实现步骤摘要】
一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及高分子材料
，具体涉及一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]超高分子量聚乙烯纤维(简称UHMWPEF)，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，其分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。据报道，美国生产制造的UHMWPEF有70％用于防弹衣、防弹头盔、军用设施和设备的防弹装甲、航空航天等军事领域，高性能纤维的发展无疑是一个国家综合实力的体现，是建设现代化强国的重要物资基础。中国虽是化纤大国，但绝对不是化纤强国，据有关部门统计，中国的高性能特种纤维的产量仅为世界产量的百分之一。尽管UHMWPEF现已经在国内形成多个产业化生产基地，但实际能应用于军事领域的占比却很低。UHMWPEF中的大分子主链由亚甲基组成、无侧链，分子没有极性，分子链之间只有范德华力作用，故分子间作用力低。在承载过程中，分子链之间以及晶片之间容易产生相对滑移，导致尺寸、形态的不稳定，在宏观上表现为较大的蠕变。如果能在不降低UHMWPEF强度的前提下改善其蠕变性能，将对UHMWPEF在军事上的广泛应用产生较大推动作用。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法及应用。本专利技术的技术方案为：
[0004]第一个方面，本专利技术提供一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1，将超高分子量聚乙烯粉、石墨烯、溶剂油、抗氧剂和乳化剂混合均匀得到纺丝原液，采用冻胶纺丝法获得UHMWPEF冻胶原丝；
[0006]步骤2，将UHMWPEF冻胶原丝依次经过预拉伸和至少二级高温拉伸后萃取；
[0007]步骤3，将萃取获得的UHMWPEF原生丝与聚异氰酸酯交联剂在溶剂中混合均匀，进行超声浸渍处理；
[0008]步骤4，将浸渍处理后的原生丝干燥后采用氧气等离子体处理；
[0009]步骤5，将氧气等离子体处理后的原生丝再次经过末次高温拉伸，即得。
[0010]进一步地，所述将超高分子量聚乙烯粉、石墨烯、溶剂油、抗氧剂和乳化剂混合均匀得到纺丝原液，其中石墨烯的添加量为超高分子量聚乙烯粉的0.02～0.05％，抗氧剂的添加量为超高分子量聚乙烯粉的0.05～0.2％，乳化剂的添加量为超高分子量聚乙烯粉的0.01～0.1％。
[0011]进一步地，所述预拉伸的控制参数为：温度110～120℃，拉伸倍率为6～8倍。
[0012]优选地，所述至少二级高温拉伸采用三级高温拉伸，其中一级高温拉伸的控制参数为：温度115～120℃，拉伸倍率为10～15倍；二级高温拉伸的控制参数为：温度125～130
℃，拉伸倍率为6～8倍；三级高温拉伸的控制参数为：温度132～138℃，拉伸倍率为3～4倍。
[0013]进一步地，所述超声浸渍处理的控制参数为：超声功率为250～300W，频率为30～40KHz，时间为10～20min。
[0014]进一步地，所述氧气等离子体处理的控制参数为：功率为100～120W，氧气含量为25～30％，时间为4～5min。
[0015]进一步地，所述末次高温拉伸的控制参数为：温度132～138℃，拉伸倍率为1～2倍。
[0016]第二个方面，本专利技术提供一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维，是采用上述制备方法获得。
[0017]进一步地，所述超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的断裂强度不低于42g/d，蠕变应变率不高于3％。
[0018]第三个方面，本专利技术提供上述超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维在制备防护装甲上的应用。
[0019]综上，本专利技术提供了一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法及应用，该制备方法在UHMWPEF冻胶原丝制备中通过添加石墨烯进行纤维性能的一次改性，又在UHMWPEF原生丝中加入聚异氰酸酯交联剂进行二次改性，再采用氧气等离子体处理并结合其它工艺过程，在增强纤维强度性能的同时改善其蠕变性能。最终获得的纤维具有高强度、低蠕变的优异性能，其中断裂强度不低于42g/d，蠕变伸长率不高于3％，可以应用在防护装甲上并提升其防护效果。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1获得的聚乙烯纤维的实物图。
[0021]图2为采用本专利技术的聚乙烯纤维制备的防弹背心的实物图。
[0022]图3为图2的防弹背心进行防弹测试的实物图。
[0023]图4为采用本专利技术的聚乙烯纤维制备的硬质插板的实物图。
具体实施方式
[0024]在本专利技术的描述中，需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0025]下面结合附图和具体的实施例对本专利技术做进一步详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0026]实施例1
[0027]本实施例提供一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0028]步骤1，将超高分子量聚乙烯粉、石墨烯、溶剂油、抗氧剂和乳化剂混合均匀得到纺丝原液，其中石墨烯的添加量为超高分子量聚乙烯粉的0.03％，抗氧剂的添加量为超高分子量聚乙烯粉的0.1％，乳化剂的添加量为超高分子量聚乙烯粉的0.05％，采用冻胶纺丝法获得UHMWPEF冻胶原丝。
[0029]步骤2，将UHMWPEF冻胶原丝依次经过预拉伸和三级高温拉伸后萃取；其中所述预
拉伸的控制参数为：温度114～116℃，拉伸倍率为7倍；一级高温拉伸的控制参数为：温度116～118℃，拉伸倍率为15倍；二级高温拉伸的控制参数为：温度125～127℃，拉伸倍率为6倍；三级高温拉伸的控制参数为：温度132～134℃，拉伸倍率为4倍。
[0030]步骤3，将萃取获得的UHMWPEF原生丝与聚异氰酸酯交联剂在溶剂中混合均匀，进行超声浸渍处理，控制参数为：超声功率为250W，频率为40KHz，时间为15min。
[0031]步骤4，将浸渍处理后的原生丝干燥后采用氧气等离子体处理，控制参数为：功率为120W，氧气含量为30％，时间为5min。
[0032]步骤5，将氧气等离子体处理后的原生丝再次经过末次高温拉伸，控制参数为：温度134～136℃，拉伸倍率为2倍，即得。图1提供了本实施例获得的超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的实物图。
[0033]实施例2
[0034]本实施例提供一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0035]步骤1，将超高分子量聚乙烯粉、石墨烯、溶剂油、抗氧剂和乳化剂混合均匀得到纺丝原液，其中石墨烯的添加量为超高分子量聚乙烯粉的0.05％，抗氧剂的添加量为超高分子量聚乙烯粉的0.08％，乳化剂的添加量为超高分子量聚乙烯粉的0.1％，采用冻胶纺丝法获得UHMWPEF冻胶原丝。
[0036本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，将超高分子量聚乙烯粉、石墨烯、溶剂油、抗氧剂和乳化剂混合均匀得到纺丝原液，采用冻胶纺丝法获得UHMWPEF冻胶原丝；步骤2，将UHMWPEF冻胶原丝依次经过预拉伸和至少二级高温拉伸后萃取；步骤3，将萃取获得的UHMWPEF原生丝与聚异氰酸酯交联剂在溶剂中混合均匀，进行超声浸渍处理；步骤4，将浸渍处理后的原生丝干燥后采用氧气等离子体处理；步骤5，将氧气等离子体处理后的原生丝再次经过末次高温拉伸，即得。2.根据权利要求1所述的一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述将超高分子量聚乙烯粉、石墨烯、溶剂油、抗氧剂和乳化剂混合均匀得到纺丝原液，其中石墨烯的添加量为超高分子量聚乙烯粉的0.02～0.05％，抗氧剂的添加量为超高分子量聚乙烯粉的0.05～0.2％，乳化剂的添加量为超高分子量聚乙烯粉的0.01～0.1％。3.根据权利要求1或2所述的一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述预拉伸的控制参数为：温度110～120℃，拉伸倍率为6～8倍。4.根据权利要求1所述的一种超高分子量、低蠕变聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述至少二级高温拉伸采用三级高温拉伸，其中一级高温拉伸的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：任意，
申请(专利权)人：山东莱威新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：