抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维及制备方法，超高分子量聚乙烯纤维主要由超高分子量聚乙烯组成；其断裂强度≥25cN/dtex，初始模量≥800cN/dtex，断裂伸长率≤3%，根据GBT19975标准测试；蠕变伸长速率≤0.5%/h，且伸长变化比较稳定，测试条件：恒温箱温度70℃，测试载荷取测试丝束断裂力的20%。本发明专利技术不需要对纤维进行化学处理，不需要使用高能辐照装置，便于工业化生产，生产效率高，性能可控性好。并且制备的炕蠕变优化的超高分子量聚乙烯纤维综合性能优异，在断裂强度和初始模量没有较大损失的情况下，还可以具有较好的抗蠕变性能。较好的抗蠕变性能。

【技术实现步骤摘要】
抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种超高分子量聚乙烯纤维及制备方法。

技术介绍

[0002]超高分子量聚乙烯纤维，由于大分子链间的作用力比较弱（仅为范德华力），纤维在长期的恒定载荷作用下，分子链间会产生滑移，宏观上表现为纤维逐渐伸长，而且使用环境温度越高，伸长的速度越快。这种现象严重制约了超高分子量聚乙烯纤维在很多场合的应用。
[0003]抗蠕变高强聚乙烯纤维，由于具有较好的抗蠕变性能，由其制成的制品（如缆绳、复合材料等）的尺寸在外力作用下随时间的变化比较小，尺寸稳定性保持的好，可满足特定场合的使用要求。
[0004]提高纤维的抗蠕变性，一般通过化学交联法或高能辐射交联，缺点是交联效果差，或者可控性差，往往在产生交联的同时对纤维的物理机械性能造成较大的损伤。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种便于工业化生产，生产效率高，性能可控性好的抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维及制备方法。
[0006]本专利技术的技术解决方案是：一种抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维，其特征是：主要由超高分子量聚乙烯组成，超高分子量聚乙烯的特性粘度≥25 dL/g；断裂强度≥25cN/dtex，初始模量≥800cN/dtex，断裂伸长率≤3%（根据GBT19975标准测试）；蠕变伸长速率≤0.5%/h，且伸长变化比较稳定，（测试条件：恒温箱温度70℃，测试载荷取测试丝束断裂力的20%）。
[0007]还包含网络点助剂。
[0008]一种抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征是：包括下列步骤：（1）配制具有一定固含量的超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液；（2）通过对纺丝原液进行加温溶解，制备大分子链解缠度可控的超高分子量聚乙烯纺丝熔体；（3）利用挤出和冷却装置制备含有溶剂的超高分子量聚乙烯冻胶丝条；（4）将超高分子量聚乙烯冻胶丝条进行萃取烘干处理，去除其中的溶剂，制成初生丝条；（5）对上述初生丝进行多倍拉伸，获得抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维。
[0009]在进行步骤（5）之前，还先将初生丝条用预先配制的助剂预分散液进行浸泡处理，然后烘干后制成含有一定比例的网络点的初生丝条。所制备的超高分子量聚乙烯纤维抗蠕变效果更好。同等测试条件下，普通超高分子量聚乙烯纤维在测试期内的平均蠕变速率为8%/h，且随着时间延长蠕变伸长速度越来越快。可见本专利技术制备的超高分子量聚乙烯纤维抗蠕变性能明显由于普通超高分子量聚乙烯纤维。
[0010]步骤（1）中所述超高分子量聚乙烯纺丝原液由超高分子量聚乙烯原料和第一溶剂组成；超高分子量聚乙烯原料的特性粘度（IV）值≥25 dL/g，优选IV值≥30 dL/g，更优选IV
值≥35 dL/g。第一溶剂选自对聚乙烯具有良好溶解性能的溶剂，如白油、十氢化萘。纺丝原液的固含量≥10%。
[0011]步骤（1）中所述超高分子量聚乙烯纺丝原液还包含一定含量的抗氧剂成分；抗氧剂选自阻酚类抗氧剂或磷酸酯类抗氧剂，或者二者的复配；受阻酚类抗氧剂为抗氧剂264（2，6
‑
二叔丁基
‑4‑
甲基苯酚）或抗氧剂1010（四［β
‑
（3，5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基）丙酸］季戊四醇）；所述磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168（三［2，4
‑
二叔丁基苯基］亚磷酸酯）或ASK STAB HP
‑
10（2，2
’‑
亚甲基双（4，6
‑
二叔丁基
‑1‑
二苯氧）（2
‑
乙基己氧基）磷）；抗氧剂采用受阻酚类抗氧剂与磷酸酯类抗氧剂的复配物时，受阻酚类与磷酸酯类的重量比例为5：2～1：1。
[0012]步骤（2）中，超高分子量聚乙烯纺丝原液在一定温度溶解制成纺丝熔体，通过控制溶解温度来控制纺丝熔体中大分子链的解缠程度。解缠程度用步骤（3）中所述冻胶丝条的平衡回缩率S来表示，平衡回缩率的定义如下，取步骤（3）中刚制备出的冻胶丝条1米，将其水平放置于不锈钢板上，环境温度控制在25
±
2度，冻胶丝条会随着时间的延长逐渐回缩，待其完全回缩到位（长度不再变化），测量其剩余长度L，平衡回缩率S=（1
‑
L）。综合考虑解缠度和冻胶丝条的后续可拉伸性，优选平衡回缩率S在0.2
‑
0.75之间，更优选在0.4
‑
0.6之间。
[0013]步骤（3）中超高分子量聚乙烯冻胶丝条的制备过程中，熔体挤出所用喷丝板的长径比不大于10，优选不大于5。在挤出后冷却前，还包含一个拉伸过程，拉伸倍数1
‑
5倍之间。随后对挤出的丝条进行冷却，以固定丝条内部大分子链的缠结状态，冷却介质可选用水、白油或乙二醇等，冷却介质温度不高于10度，优选不高于5度。
[0014]所述助剂预分散液包括网络点形成剂、分散介质；网络点形成剂选自星形聚合物系列；优选中心核外至少有3条呈放射状的线型长链，更优选有5条以上线型长链。常见的有LCBR（低顺式聚丁二烯）、SSBR（溶聚丁二烯
‑
苯乙烯共聚物）、PtBA 6 arm（六臂聚丙烯酸叔丁酯共聚物）、PtBA
‑
b
‑
PS 6 arm（六臂聚丙烯酸叔丁酯苯乙烯共聚物）等。分散介质选自四氯乙烯或二氯甲烷；助剂预分散液固含量10%
‑
20%。通过控制分散液固含量和浸泡时间来控制星形聚合物在本体中的含量，数据可以通过浸泡前后重量差来进行计算。星形聚合物的含量代表了超高分子量聚乙烯大分子链网络中网络点个数的多少。综合考虑抗蠕变性能和可拉伸性，浸泡处理后的初生丝中星形聚合物的含量优选1%
‑
5%。
[0015]所述步骤（5）中热拉伸优选分多段进行，拉伸倍率优选不低于4倍，拉伸温度不高于145度。
[0016]本专利技术的优点是，不需要对纤维进行化学处理，不需要使用高能辐照装置，便于工业化生产，生产效率高，性能可控性好。并且制备的炕蠕变优化的超高分子量聚乙烯纤维综合性能优异，在断裂强度和初始模量没有较大损失的情况下，还可以具有较好的抗蠕变性能。
[0017]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。
具体实施方式
[0018]实施例1将25kg特性粘度27dl/g的超高分子量聚乙烯原料和25g抗氧剂B225加入到70号白油中，加热至95度并通过高速搅拌混合均匀，制成固含量10%的混合料。将此混合料喂入长径比64的特制双螺杆挤出机，螺杆各区温度逐步升高，最高区温度280度，最终制成浓度10%
的纺丝原液。纺丝原液经熔体计量泵计量后进入纺丝组件，经长径比4的喷丝板挤出后成流体丝条。流体丝条立即进入温度为5度的冷却介质中冷却为包含大量白油的冻胶丝条，冷却过程中并伴有5倍的拉伸。将上述冻胶丝条在25度的平衡间放置平衡48小时，测试平衡收回缩率为0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维，其特征是：主要由超高分子量聚乙烯组成，超高分子量聚乙烯的特性粘度≥25dl/g；其断裂强度≥25cN/dtex，初始模量≥800cN/dtex，断裂伸长率≤3%，根据GBT19975标准测试；蠕变伸长速率≤0.5%/h，且伸长变化比较稳定，测试条件：恒温箱温度70℃，测试载荷取测试丝束断裂力的20%。2.根据权利要求1所述的抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维，其特征是：还包含网络点助剂。3.一种抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征是：包括下列步骤：（1）配制具有一定固含量的超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液；（2）通过对纺丝原液进行加温溶解，制备大分子链解缠度可控的超高分子量聚乙烯纺丝熔体；（3）利用挤出和冷却装置制备含有溶剂的超高分子量聚乙烯冻胶丝条；（4）将超高分子量聚乙烯冻胶丝条进行萃取烘干处理，去除其中的溶剂，制成初生丝条；（5）对上述初生丝进行多倍拉伸，获得抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维。4.根据权利要求3所述的抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征是：在进行步骤（5）之前，还先将初生丝条用预先配制的助剂预分散液进行浸泡处理，然后烘干后制成含有一定比例的网络点的初生丝条。5. 根据权利要求3所述的抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征是：步骤（1）中所述超高分子量聚乙烯纺丝原液由超高分子量聚乙烯原料和第一溶剂组成；其中超高分子量聚乙烯原料特性粘度值≥25 dL/g；第一溶剂选自对聚乙烯具有良好溶解性能的溶剂；纺丝原液的固含量≥10%。6. 根据权利要求5所述的抗蠕变性能优化的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征是：步骤（1）中所述超高分子量聚乙烯纺丝原液还包含一定含量的抗氧剂成分；抗氧剂选自阻酚类抗氧剂或磷酸酯类抗氧剂，或者二者的复配；受阻酚类抗氧剂为抗氧剂264（2，6
‑
二叔丁基

【专利技术属性】
技术研发人员：牛艳丰，周新基，蔡卫，陈俊明，钱小卫，
申请(专利权)人：江苏九九久科技有限公司，
类型：发明
国别省市：