一种功能性超高分子量聚乙烯纤维、制备方法及其用途与流程

本发明涉及超高分子量纤维制备，尤其涉及一种功能性超高分子量聚乙烯纤维、制备方法及其用途。

背景技术：

1、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)纤维，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前所知比强度最高的纤维材料，与碳纤维、芳纶并称为当代三大高性能纤维，是促进高新技术产业发展的重要新材料，广泛应用于航空航天及国防、海洋工程、体育器械用品、日用民生、医疗材料等。功能性纱线的研制开发已成为国际潮流和热点，尤其是民用市场对功能纱线需求的不断增长。目前，基于超高分子量聚乙烯纤维特性的功能性纤维，如公开号为cn109610027b公开了一种复合型超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，但其制备方法过于复杂，不适合工业化应用；而公开号为cn109468700a公开了一种抗菌高强聚乙烯纤维的制造方法，但其制备出的纤维功能单一。由此可见，目前存在的生产工艺复杂以及制备出的纤维功能过于单一等现状，严重限制了超高分子量聚乙烯纤维的应用前景。

2、因此，在保证高分子量聚乙烯纤维高强度的前提下，开发具一种工艺更简单的且具有新功能的超高分子量聚乙烯纤维对弥补功能性uhmwpe的技术现状具有重要意义。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种功能性超高分子量聚乙烯纤维、制备方法及其用途，其解决了目前基于超高分子量聚乙烯纤维特性的功能性纤维存在制作工艺复杂、功能单一的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、第一方面，本发明实施例提供一种功能性超高分子量聚乙烯纤维，按重量份计的，超高分子量聚乙烯纤维基质材料中分散有4-10％的混合功能性粒子；混合功能性粒子粒径为纳米级；混合功能性粒子包括抗菌粒子和发热保健粒子。

6、根据本发明的较佳实施例，所述的功能性超高分子量聚乙烯纤维，抗菌粒子选自纳米氧化锌、纳米银、纳米金和二硫化钼中的一种或多种；发热保健粒子选自氧化石墨烯、远红外陶瓷粉和生物炭中的一种或多种；混合功能性粒子的粒径为1-100nm。

7、根据本发明的较佳实施例，所述的功能性超高分子量聚乙烯纤维，抗菌粒子为纳米氧化锌，发热保健粒子为氧化石墨烯和远红外陶瓷粉；纳米氧化锌、氧化石墨烯和远红外陶瓷粉的质量比为1:1:1。

8、第二方面，本发明实施例提供一种功能性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤，s1、纺丝原液的制备：按重量份计，将10-15份uhmwpe粉末、0.7-1份混合功能性粒子及0.1-0.5份分散剂加入至150-200份溶剂油中，分散均匀，制得纺丝原液；s2、冻胶丝的制备：将纺丝原液依次进行纺制、预牵伸、萃取、干燥，制得冻胶丝；s3、将冻胶丝进行正牵伸，得到功能性超高分子量聚乙烯纤维。

9、根据本发明的较佳实施例，所述的功能性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，步骤s1中，混合功能性粒子包括粒径均为1-100nm的抗菌粒子和发热保健粒子；抗菌粒子选自纳米氧化锌、纳米银、纳米金和二硫化钼中的一种或多种；发热保健粒子选自氧化石墨烯、远红外陶瓷粉和生物炭中的一种或多种。

10、根据本发明的较佳实施例，所述的功能性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，步骤s1中，混合功能性粒子包括按重量份计的：1份氧化石墨烯、1份纳米氧化锌和1份远红外陶瓷粉。

11、根据本发明的较佳实施例，所述的功能性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，步骤s1中，uhmwpe粉末重均分子量为100-600万；分散均匀的过程为，在温度40-60℃、转速60～100rpm下搅拌0.5-1h；溶剂油选自白油、石蜡油、液体石蜡和煤油中的一种或几种；分散剂选自六偏磷酸钠、聚羧酸盐、聚(甲基)丙烯酸衍生物或顺丁烯二酸酐共聚物的一种或多种。

12、根据本发明的较佳实施例，所述的功能性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，步骤s2中，纺制过程为将纺丝原液依次进行过滤、喷丝和冷却，得到初级冻胶丝，其中，过滤孔径为30～100目，冷却温度为7-15℃；预牵伸过程中，牵伸倍率为1-10倍，牵伸温度为20-30℃；干燥过程中，温度为25-45℃；萃取过程中，当溶剂油选用白油时，萃取剂选用正己烷、汽油和四氢化碳中的一种或多种。

13、根据本发明的较佳实施例，所述的功能性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，步骤s3中，所述正牵伸的牵伸倍率为20-70倍，牵伸温度为120-150℃。

14、第三方面，本发明实施例提供一种功能性超高分子量聚乙烯纤维的用途，第一方面的功能性超高分子量聚乙烯纤维用于制作手套、服装和绳索中，制作出的手套、服装和绳索具具备该纤维的优良特性：优良的抑菌效果，同时，具有自发热、改善血液循环、促进新陈代谢和提高机体免疫力等保健作用，拓展了超高分子量聚乙烯纤维民用市场的应用前景。

15、(三)有益效果

16、本发明的有益效果是：本发明的一种功能性超高分子量聚乙烯纤维、制备方法及其用途，由于将混合多功能性粒子直接与uhmwpe粉末直接混合，借助分散剂均匀分散至溶剂油中，然后经过纺制、预牵伸、萃取、干燥、正牵伸，直接制备出具有多功能的超高分子量聚乙烯纤维，制作工艺简单、高效。相对于现有技术而言，其工艺流程简单，成本低，丰富了超高分子量聚乙烯纤维的功能性，拓展了超高分子量聚乙烯纤维的应用前景。

17、其中，uhmwpe粉末、混合功能性粒子、分散剂以及溶剂油的质量比为10-15:0.7-1:0.1-0.5:150-200，制备的超高分子量聚乙烯纤维可有效抑制大肠杆菌和金葡萄球菌的生长，对应抑菌率高达98％、99％，具有优良的抑菌效果。同时，具有自发热、改善血液循环、促进新陈代谢和提高机体免疫力等保健作用。

18、在纺丝过程之前，多种功能性粒子借助分散剂的作用均匀分散在纺丝原液中，后续可以使功能性粒子均匀分散在纤维内部，其抗菌自发热等保健性能在使用过程中不会消减，性能更加持久。同时，多种功能性粒子能够同时直接添加，不需要做预处理或改性处理，操作流程简单。

19、当分散至纺丝原液中的氧化石墨烯、纳米氧化锌和远红外陶瓷粉三种功能性粒子质量比为1:1:1且混合功能性粒子的粒径在1-100nm范围内，三种功能性粒子总质量占uhmwpe质量的4-10％时，整体的抑菌率最佳，远红外发射率最高，制备的纤维丝整体综合功能最佳，此时纤维具有良好的工艺性(此时纺丝均匀且连续性好，纤维表面光滑不易断丝)，并能兼顾具有高强度和伸长率，可发挥优异的抑菌性和远红外发热性能。

20、冻胶丝的制备中，加入萃取步骤，除去冻胶丝中的溶剂油和残留的分散剂，最终制备的超高分子量聚乙烯纤维只含有超高分子量聚乙烯和功能性粒子，材料健康环保。

21、对完成纺制过程的冻胶丝进行预牵伸，能够降低冻胶丝内部残留的内应力，同时有助于析出一部分溶剂油。

22、正牵伸过程中，伸倍率为20-70倍，温度为120-150℃，该条件下制备的超高分子量聚乙烯纤维纤度、强度和伸长率最佳。