耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于纖維生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] UHMWPE纖維(超高分子量聚乙烯纖維）是繼碳纖維和芳綸纖維之后出現(xiàn)的第三代 高性能纖維，具有耐化學(xué)性和耐侯性、高能量吸收性、耐低溫和電絕緣等多種優(yōu)異性能，被 廣泛的應(yīng)用在軍事、航天航海工程和高性能、輕質(zhì)復(fù)合材料及運(yùn)動(dòng)器械等領(lǐng)域，用來(lái)生產(chǎn)諸 如繩索、網(wǎng)、醫(yī)療器械、織物、疊層、復(fù)合制品以及防彈制品。
[0003] 從提高出發(fā)原料纖維防切割性考慮的現(xiàn)有專利有CN102828312A，JP2004-19050， W02008/046476, CN102037169A，CN102227524A等，其中多利用高分子量聚乙烯、高對(duì)稱結(jié) 構(gòu)聚酞胺、聚苯并嗯哩等高強(qiáng)纖維與無(wú)機(jī)金屬或玻纖以芯/皮形成復(fù)合纖，或以高彈纖維 包覆、以硬質(zhì)礦物粉粒涂覆的方式達(dá)到提高耐切割性之目標(biāo)，但因加入無(wú)機(jī)金屬、玻璃纖類 而導(dǎo)致體感變硬，使人無(wú)舒適感；專利CN 102037169A(東洋紡）公開(kāi)了一種較低分子量 (5-30萬(wàn)）聚乙烯加交聯(lián)劑通過(guò)自由基引發(fā)交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到目的，但該法為熔 融紡，高溫下形成交聯(lián)鏈凝膠可控性在工藝流程操作上絕非易事（參見(jiàn)文獻(xiàn)1，2)，后續(xù)尚 須短纖包覆達(dá)到，專利CN 18092292 A(杜邦）公開(kāi)的二面疊體型復(fù)合針織物，其中提供的 耐切割纖維組分主要為公知的高強(qiáng)芳烴聚合物與帶枝化聚乙烯共混物纖維，但此混合紡絲 實(shí)施較繁瑣復(fù)雜，且紡絲時(shí)難于達(dá)到均勻；專利CN 101528998 A及102277669 A(DSM)公 開(kāi)了一種包含有長(zhǎng)絲線和所謂定長(zhǎng)纖維的復(fù)合絲，其中主要使用的定長(zhǎng)纖維為具一定長(zhǎng)徑 比的短切硬質(zhì)纖維，包括：玻璃纖、礦（石）物纖或金屬纖維，該公開(kāi)專利中未指明硬質(zhì)纖 維的化學(xué)屬性種，僅道出了由公知的旋轉(zhuǎn)技術(shù)或噴射紡等法紡制成，其直徑小于25 Nm，長(zhǎng) 徑比大于10,然后將其碾磨成短切硬質(zhì)纖維，該法注重了在短切硬質(zhì)纖維長(zhǎng)徑比與直徑等 宏觀尺寸形貌加工方面的改進(jìn)，繼而與超高分子量聚乙烯（UHMWPE)溶液混合進(jìn)行紡絲，對(duì) UHMWPE纖維防切割性能提高有明顯效果，但該法中的定長(zhǎng)硬質(zhì)纖維制備工藝、制作成本，特 別是尺度分布控制較難，尤其是部分較長(zhǎng)的硬質(zhì)纖當(dāng)其長(zhǎng)度超過(guò)UHMWPE纖維直徑時(shí)，對(duì)溶 液紡流程穩(wěn)定性不利，以及對(duì)復(fù)合纖維成品的強(qiáng)度（包括模量、斷裂強(qiáng)度等）和使用性能均 產(chǎn)生影響；對(duì)此，專利CN 102227524 A (DSM)提出用較簡(jiǎn)便的環(huán)錠紡紗法進(jìn)一步通過(guò)對(duì)其 包覆具有極性的聚芳烴酸胺等纖維絲形成的鞘一芯結(jié)構(gòu)形式，其中如前所制耐切割絲為芯 制成，這種改進(jìn)具有一定效果，但此法如前所述仍局限在編織形態(tài)結(jié)構(gòu)的改良方面，特別是 玻纖對(duì)人體健康有一定的影響。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維及其制備方 法，生產(chǎn)出的纖維具有耐磨、耐熱、抗切割、抗沖擊、自潤(rùn)滑、耐腐蝕、耐低溫、衛(wèi)生無(wú)毒、不易 粘附、不易吸水、密度較小等綜合性能。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維，該纖維包括超高分子量聚乙烯粉末、無(wú)機(jī)納米顆 粒、交聯(lián)劑、固化劑、引發(fā)劑和抗氧劑。
[0007] 耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，通過(guò)溶劑溶脹超高分子量聚乙烯 粉末，形成孔隙，然后加入交聯(lián)劑、固化劑、引發(fā)劑、抗氧劑、無(wú)機(jī)納米顆粒和溶劑共同浸潤(rùn) 的復(fù)合改性劑，均勻滲透到超高分子量聚乙烯粉末孔隙中，混合均勻后，通過(guò)螺桿擠出機(jī)擠 出紡絲，去除溶劑后經(jīng)過(guò)牽伸得到超高分子量聚乙烯復(fù)合纖維，最后經(jīng)過(guò)輻照交聯(lián)得到耐 熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維。
[0008] 本發(fā)明通過(guò)物理交聯(lián)與化學(xué)交聯(lián)相結(jié)合的方式，在超高分子量聚乙烯基體中加入 兩維結(jié)構(gòu)材料無(wú)機(jī)納米顆粒，起到加強(qiáng)筋的作用，好比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的"鋼筋"；同時(shí)， 還在基體中添加了交聯(lián)劑和固化劑，通過(guò)化學(xué)交聯(lián)，形成一種交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將超高分子量 聚乙烯基體與無(wú)機(jī)納米顆粒緊密地連接起來(lái)，形成一種耐熱抗切割的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
[0009] 所述的耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，其特征在于，所述的超 高分子量聚乙烯粉末粘均分子量為1〇〇萬(wàn)~700萬(wàn)，優(yōu)選為200萬(wàn)~500萬(wàn)。
[0010] 所述的耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，其特征在于，所述的溶 劑為四氫萘、十氫萘、正庚烷、正己烷、環(huán)己烷、石蠟油、植物油、動(dòng)物油、煤油、二甲苯一種或 幾種的混合物，溶劑與超高分子量聚乙烯粉末的重量比為1:1至20:1。
[0011] 所述的耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，其特征在于，所述的交 聯(lián)劑為酸酐、二胺、二元醇、二元酸、多元醇、多元酸或者多元胺類、丙烯酰胺類、丙烯酸酯 類、異氰酸酯類、異氰酸脲類化合物中的一種或者幾種，用量為超高分子量聚乙烯粉末重量 的 0%~5%。
[0012] 所述的耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，其特征在于，所述的固 化劑為酸酐、二胺、二元醇、二元酸、多元醇、多元酸或者多元胺類化合物中的一種或者幾 種，用量為超1?分子量聚乙烯粉末重量的〇%~5%。
[0013] 所述的耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，其特征在于，所述的引 發(fā)劑為過(guò)氧化類引發(fā)劑、偶氮類引發(fā)劑或者光敏引發(fā)劑，優(yōu)選為過(guò)氧化環(huán)己酮、過(guò)氧化二苯 甲酰、過(guò)氧化二異丙苯、叔丁基異丙苯基氧化物、1,3-1，4-二（叔丁基過(guò)氧異丙基）苯、叔 丁基過(guò)氧化氫、偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、二苯甲酮及其衍生物中的一種或者幾種，用 量為超高分子量聚乙烯粉末重量的〇%~3%。
[0014] 所述的耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，其特征在于，所述的無(wú) 機(jī)納米顆粒為金屬、非金屬、氧化物半導(dǎo)體，其用量為超高分子量聚乙烯重量粉末的〇~3%。
[0015] 所述的耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，其特征在于，所述的抗 氧劑為2，6-二特丁基苯酚、2，4，6-三特丁基苯酚、4，4'-硫代雙（6-特丁基-3-甲基 苯酚）或四[亞甲基-3- (3'，5'-二特丁基-4'-羚基苯基）丙酸]季戊四醇酯與亞磷 酸三苯酯、亞磷酸三（2，4-二特丁基苯基）酯、亞磷酸三異辛酯或磷酸三苯甲酯或硫代二 丙酸二月桂酯、硫代二丙酸月桂十八酯或硫代二丙酸二（十三酯）的復(fù)合體系，用量為超高 分子量聚乙烯粉末重量的〇.
[0016] 所述的耐熱抗切割超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，其特征在于，所述的交 聯(lián)方式為X射線或者Y射線或者電子輻照交聯(lián)，或者為紫外線輻照或者紅外線輻照交聯(lián)， 以及其他高能射線輻照交聯(lián)或者熱輻照交聯(lián)中的一種或者幾種的結(jié)合。
[0017] 本發(fā)明所述的纖維，適用于繩索、起重機(jī)繩索、系泊繩索或索具，是一種含有增強(qiáng) 元件的增強(qiáng)產(chǎn)品，用于防彈應(yīng)用的多層復(fù)合制品，例如防彈衣、頭盔、硬質(zhì)和軟質(zhì)防護(hù)板、車(chē) 輛裝甲板、漁線和漁網(wǎng)、地網(wǎng)、貨網(wǎng)和幕簾、風(fēng)箏線、牙線、網(wǎng)球拍線、帆布、編織布和無(wú)紡