拉伸的凝胶纺丝聚乙烯纱和拉伸方法技术

具有高分子和结晶有序度的凝胶纺丝复丝聚乙烯纱，以及其制造所用的拉伸方法。这种拉伸纱可应用于防弹衣、防护帽、护胸板、直升机座位、防碎层和其它应用的冲击吸收和防弹性中；用于复合材料运动装备，如皮艇、独木舟、自行车和船；以及用于钓鱼线、帆、绳、缝线和织物中。

【技术实现步骤摘要】
本案是分案申请，其母案是申请日为2005年9月I日、申请号为200580037863.5和专利技术名称为“”的申请。_2] 专利技术背景1.专利
本专利技术涉及拉伸聚乙烯复丝纱和用其构造的制品。本专利技术还涉及凝胶纺丝聚乙烯复丝纱的拉伸方法并涉及用其生产的拉伸纱。这种拉伸纱可应用于防弹衣、防护帽、护胸板、直升机座位、防碎层和其它应用的冲击吸收和防弹性中；用于复合材料运动装备，如皮艇、独木舟、自行车和船；以及用于钓鱼线、帆、绳、缝线和织物中。2.相关技术描述为了正确理解本专利技术，应重新提到的是，在1979年第一个凝胶纺丝方法出现之前，聚乙烯已经成为商品约40年了。在那之前，聚乙烯被认为是一种低强度，低刚性的材料。理论上已经公认:直的聚乙烯分子由于内在的高碳-碳键结合强度，有成为非常强的材料的潜能。然而，所有当时已知的聚乙烯纤维纺丝方法均导致“折叠链”分子结构(片晶)，其不能通过纤维有效传送荷载，从而纤维是虚弱的。“凝胶纺丝”聚乙烯纤维制备通过如下方式进行:纺丝超高分子量聚乙烯(UHMWPE)溶液，将这种溶液丝冷却到凝胶态，然后除去纺丝溶剂。将溶液丝、凝胶丝和无溶剂丝中的一种或多种拉伸至高取向态。凝胶纺丝法不利于折叠链片晶形成，而有利于形成更高效传输张力负荷的“伸直链”结构。P.Smith、P.J.Lemstra、B.KaIb 和 A.J.Pennings 在 Poly.Bull.，I, 731 (1979)中首次描述了在凝胶态中制备和拉伸UHMWPE丝。从2重量％的十氢化萘溶液中纺出单丝，将单丝冷却至凝胶态，然后在100至140°C的热风烘箱中蒸发十氢化萘的同时进行拉伸。最近的方法(参见例如美国专利4，551，296,4, 663，101和6，448，659)描述了拉伸溶液丝、凝胶丝和无溶剂丝所有这三种丝。在美国专利5，741，451中描述了高分子量聚乙烯纤维的拉伸方法。也参见US-A-2005 / 0093200。这些专利的公开内容经引用并入本申请，并入以与本申请不矛盾为度。拉伸凝胶纺丝聚乙烯丝和纱可能有若干动机。最终用途应用可能需要低单丝旦数或低纱旦数。难以在这种凝胶纺丝法中生产低单丝旦数。UHMWPE溶液粘度高，可能需要超压以挤压通过小的喷丝头孔。因此，使用大孔喷丝头并随后拉伸可能是生产细旦丝的一种更可取方式。拉伸的另一个动机可能是高拉伸性能的需要。如果适当地实施，凝胶纺丝聚乙烯丝的拉伸性能通常随着拉伸比的增加而提高。拉伸的再一个动机可能是为了在丝中产生特定微观结构，其可能尤其有利于特殊性能，例如防弹性。现今，许多公司生产复丝“凝胶纺丝”超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纱，包括Honeywell International Inc.,、DSM N.V.、Toyobo C0., Ltd.、Ningbo Dacheng 和Tongyizhong Specialty Fibre Technology and Development C0., Ltd。虽然凝胶纺丝法倾向于生产不合具有折叠链表面的片晶的纤维，然而凝胶纺丝UHMWPE纤维中的分子仍有歪曲序列(gauche sequences),这可用红外和拉曼光谱分析法证明。这种歪曲序列是之字形聚乙烯分子中的纽结，其在正交晶系晶体结构中产生错位。具有全反式-(CH2)n-序列的理想的伸直链聚乙烯纤维的强度，已经通过各种方式计算得出远高于目前所获得的强度。虽然纤维强度和复丝纱强度取决于许多因素，但是预期更完美的聚乙烯纤维结构，其由具有更长直链全反式序列的分子组成，在例如防弹保护材料的大量应用中表现出优异性能。因此，需要具有更完美分子结构的凝胶纺丝UHMWPE复丝纱。这种完美性的一种度量是:可用拉曼光谱证明的更长的直链全反式-(CH2)n-序列持续。另一个度量是更大的“溶融过程的链内协同参数”(parameter of intrachain cooperativity of the meltingprocess)，这可用差示扫描量热法(DSC)测定。再一个度量是，存在两个正交晶系结晶组分，这可用X射线衍射确定。再另一个度量是，更有序微观结构的独特动态力学分析(DMA)标识性反射(signature reflective)。动态力学分析(DMA)是向样品施加动态应力或应变并分析响应，以便获得作为温度和/或频率函数的机械性能如贮能模量(E')、损耗模量(E)和阻尼或tan δ的技术。K.P.Menard 在 “Encyclopedia of Polymer Science and Technology”，第 9 卷，第563-589页，John Wiley&Sons, Hoboken NJ, 2004中做了关于DMA应用于聚合物的导引性描述。Menard指出，DMA对聚合体链的分子运动很敏感，并且是测量这类运动中的转变的有力工具。分子运动中的转变发生的温度区间用E'、E或者tan δ偏离基线的走向标记，并被研究者以“弛豫(relaxations) ”和“漂移(dispersions) ”等多种措辞命名。许多聚合物的DMA研究已经识别出与称为阿尔法U)、贝塔(β)和伽马(Y)漂移相关的三个温度区间。Khanna 等人在 Macromolecules, 18,1302-1309 (1985)上一项具有一定范围密度(线性)的聚乙烯的研究，将α-漂移归因于晶态薄层界面区域的链折叠、成环和缚结分子的分子运动。α-漂移的强强度随着片晶层厚度的增加而增加。β_漂移归因于无定形晶层间区域中的分子运动。Y-漂移的起因还不清楚，但已提出主要涉及非晶区。Khanna等人提到K.M.Sinnott在J.Appl.Phys.，37，3385 (1966)中认为:Y -漂移应归于结晶相中的缺陷。在同样的研究中，Khanna等人将α _漂移与高于约5°C的分子运动中的转变联系起来，将漂移与约_70°C和5°C之间的转变相联系起来，并将Y-漂移与约-70°C和-120°C之间的转变联系起来。Polymer，26，323 (1985)，R.H.Boyd发现当结晶度增加时，Y-漂移倾向于变宽。Roy 等人在 Macromolecules, 21 (6), 1741 (1988)的一项关于用极稀溶液(0.4% w / v)凝胶流延UHMWPE膜的研究中发现，当在固态在超过150:1的区域热拉样品时，Y-漂移消失。K.P.Menard (上文引用)提到韧性与β-漂移的关联。美国专利5，443，904提出，在Y-漂移中，高的tan δ值可能预示着对高速冲击的优异抵抗力，而且α-漂移中损耗模量的高峰温度预示着在室温下的优异物理性能。本专利技术包括下述目标:提供纱的拉伸方法，以便生产具有异常高的有序分子微观结构的纱；如此生产的纱；以及这些纱制造的制品，包括拥有优异防弹性能的制品。专利技术概沭本专利技术包括凝胶纺丝复丝纱的一种拉伸方法，该方法包括以下步骤:a)形成凝胶纺丝聚乙烯复丝喂入纱，其包含在135°C十氢化萘中特性粘度为约5dl / g至35dl / g、每一千个碳原子少于约两个甲基并具有少于约2重量％其它成分的聚乙紐；b)将这种喂入纱以V1米/分钟的速度喂入具有L米纱路径长度的强制对流空气烘箱，其中沿着纱路径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拉伸凝胶纺丝复丝纱的方法，包括以下步骤：a)形成凝胶纺丝聚乙烯复丝喂入纱，该凝胶纺丝聚乙烯复丝喂入纱包含在135℃十氢化萘中特性粘度为5dl／g至45dl／g，每一千个碳原子少于两个甲基并且具有少于2重量％其它成分的聚乙烯；b)将所述喂入纱以V1米／分钟的速度喂入具有L米纱路径长度的强制对流空气烘箱，其中沿着纱路径存在一个或多个具有130℃至160℃区段温度的区段；c)使所述喂入纱连续不断地穿过所述烘箱，并以V2米／分钟的出口速度离开所述烘箱，其中满足以下式子：0.25≤L／V1≤20，分钟3≤V2／V1≤201.7≤(V2‑V1)／L≤60，分钟‑10.20≤2L／(V1+V2)≤10，分钟。

【技术特征摘要】
2004.09.03 US 10/934675;2005.08.19 US 11/2068381.一种拉伸凝胶纺丝复丝纱的方法，包括以下步骤: a)形成凝胶纺丝聚乙烯复丝喂入纱，该凝胶纺丝聚乙烯复丝喂入纱包含在135°C十氢化萘中特性粘度为5dl / g至45dl / g，每一千个碳原子少于两个甲基并且具有少于2重量％其它成分的聚乙烯； b)将所述喂入纱以V1米/分钟的速度喂入具有L米纱路径长度的强制对流空气烘箱，其中沿着纱路径存在一个或多个具有130°C至160°C区段温度的区段； c)使所述喂入纱...

【专利技术属性】
技术研发人员：TYT谭，RA穆尔，CJ托米，Q周，CR阿奈特，CB谭，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US