一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法与流程

本发明属于聚乙烯纤维制备，具体涉及一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法。

背景技术：

1、前述的耐切割高性能聚乙烯纤维具有并非限于例举的以下特点：高比强和比模量高，比强度约为同等截面钢丝的十多倍，比模量仅次于特级碳纤维。从而意味着这种聚乙烯纤维能在承受较高压力的同时体现良好的弹性；密度低，其密度约为0.97-0.98g/cm3，由于其比水的密度低，因而可以漂浮于水面上；断裂伸长率低，由于其具有很强的吸收能量的能力，因而具有极强的抗冲击性和抗切割性；抗紫外线辐射能力优异，能够持久保持不褪色、不易老化；耐化学腐蚀、耐磨性强，在工业领域具有广泛而良好的应用前景；具有较长的挠曲寿命，能在反复弯曲后继续保持原有性能；耐高温性能强，等等。正是由于耐切割高性能聚乙烯纤维具有不限于前述的长处，因而在工业用纺织品(滤材、篷布、网带等)、防弹服、运动装备(如舟船、自行车等)、海洋工程及复合材料、医疗用品、防护织物，等等。

2、制备耐切割高性能聚乙烯纤维所用的材料主要有高性能聚酯纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、不锈钢纤维、超高分子量聚乙烯(uhmwpe或upe)纤维。前述的高性能聚酯纤维实质上为聚酯材料的高经喥版本，具有拔萃的抵抗切割的性能和耐磨性能，在轻型切割领域(如防弹防护、缆绳、渔网、体锻器材用品等)中的应用较为广泛，但强度相对不尽人意，均不超过7cn/dtex；前述的芳纶纤维具有优异的耐热性、耐化学性和抵抗切割性，但材料的耐紫外线性能较差，光照条件下难以单独使用，此外还具有价格过于昂贵的问题；前述的玻璃纤维是一种由玻璃纤维制成的纤维材料，具有良好的切割抗性和耐磨性，并且具有较高的耐热性和耐化学性，但在某些特定的服饰领域，玻璃纤维已被禁用；不锈钢纤维是由不锈钢丝制成的纤维材料，具有出色的切割抗性和耐磨性，适用于高风险的切割环境，缺点是不够柔软，操作灵活性差，动作受限；超高分子量聚乙烯(uhmwpe)具有良好的能量吸收性能、能够有效地分散和吸收冲击能，提供优异的防护和安全性，强度是钢的十倍以上，并且密度非常低，比水轻，不仅如此，它还具有出色的耐化学腐蚀性，是一种优异的耐切割材料。

3、uhmwpe纤维的制备主要有溶剂法和融熔法，目前国内企业相对热衷于使用溶剂法，如cn106555245a、cn110205695a和cn107326462a等等。但是溶剂法不仅工艺流程长，而且制备成本高，致使成品的价格昂贵，令产品使用厂商特别是手套生产厂商却步。基于前述因素，探索具有耐切割性能好、价格相对低廉、手感柔软、生产过程环保的纤维具有积极意义，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

技术实现思路

1、本发明的任务在于提供一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，该方法摒弃使用工艺流程长的溶剂法制备并且得以体现工艺简短、能耗小、制备成本低、制备过程环保而无污染、用于制作面料之类的产品安全性好、不存在溶剂残留。

2、本发明的任务是这样来完成的，一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：

3、a)制备混合料，选取主链中含有支链的高分子量聚乙烯树脂与助剂混合，得到混合料；

4、b)制备聚乙烯纤维半成品，先将由步骤a)得到的混合料供双螺杆混炼塑化，再经单螺杆挤出机挤出纺丝，得到聚乙烯纤维半成品；

5、c)制备成品，将由步骤b)得到的聚乙烯纤维半成品依次进行牵伸和热定型，得到成品耐切割高性能聚乙烯纤维。

6、在本发明中，步骤a)中所述的主链中含有支链的高分子量聚乙烯树脂为主链中每1000个碳原子含0.1-3个支链的高分子量聚乙烯树脂。

7、在本发明中，步骤a)中所述的高分子量聚乙烯树脂与所述助剂的重量份数分别为：高分子量聚乙烯树脂997-950份，助剂3-50份；所述的混合设备采用立式的锥形螺杆，混合时间10-30min，物料的剪切速率20-500s-1。

8、在本发明中，所述高分子量聚乙烯树脂是由乙烯与直链α-烯烃共聚制得的，其中，所述直链α-烯烃的占比小于0.5mol％。

9、在本发明中，所述高分子量聚乙烯树脂的特性粘度[η]为1.5-5.0dl/g，并且该高分子量聚乙烯树脂的重均分子量mw与数均分子量mn之比为小于5。

10、在本发明中，所述重均分子量mw与数均分子量mn之比为小于4。

11、在本发明中，所述的助剂为流动促进剂、抗氧化剂、着色剂、热稳定剂、抗还原剂、ph调节剂、表面张力降低剂、防腐剂、防霉剂、抗静电剂中的一种或多种的混合物。

12、在本发明中，步骤b)中所述的双螺杆为同向平行双螺杆，所述单螺杆直径大于双螺杆直径的1.8倍，转速小于双螺杆转速的0.5倍，输出压力为15-30mpa；所述双螺杆与所述单螺杆之间具有一过渡段，该过渡段以硬连接的方式连接在双螺杆与单螺杆之间；所述的双螺杆与单螺杆分别位于两个平行层面，双螺杆与单螺杆之间的排列方式呈l字型或同向直线型。

13、在本发明中，步骤c)中所述的牵伸为热牵伸，该热牵伸的温度为140-146℃，牵伸次数为两次，并且两次牵伸的倍数为11-13倍；所述热定型的温度为120-135℃，热定型时间为8-30s，牵伸张力小于0.3cn/dtex。

14、在本发明中，步骤c)中所述的耐切割高性能聚乙烯纤维在70℃、断裂强度的10％载荷条件下经72小时后的应变量小于2％。

15、本发明提供的技术方案的技术效果在于：由于不使用溶剂法，因而具有工艺流程短、能耗小、制备成本低、并且制备过程环保的长处；得到的耐切割高性能聚乙烯纤维具有断裂伸长率大、手感柔软、热收缩率低、尺寸稳定。

技术特征：

1.一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤a)中所述的主链中含有支链的高分子量聚乙烯树脂为主链中每1000个碳原子含0.1-3个支链的高分子量聚乙烯树脂。

3.根据权利要求1所述的一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤a)中所述的高分子量聚乙烯树脂与所述助剂的重量份数分别为：高分子量聚乙烯树脂997-950份，助剂3-50份；所述的混合设备采用立式的锥形螺杆，混合时间10-30min，物料的剪切速率20-500s-1。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述高分子量聚乙烯树脂是由乙烯与直链α-烯烃共聚制得的，其中，所述直链α-烯烃的占比小于0.5mol％。

5.根据权利要求4所述的一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述高分子量聚乙烯树脂的特性粘度为1.5-5.0dl/g，并且该高分子量聚乙烯树脂的重均分子量mw与数均分子量mn之比为小于5。

6.根据权利要求5所述的一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述重均分子量mw与数均分子量mn之比为小于4。

7.根据权利要求1或3所述的一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述的助剂为流动促进剂、抗氧化剂、着色剂、热稳定剂、抗还原剂、ph调节剂、表面张力降低剂、防腐剂、防霉剂、抗静电剂中的一种或多种的混合物。

8.根据权利要求1所述的一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤b)中所述的双螺杆为同向平行双螺杆，所述单螺杆直径大于双螺杆直径的1.8倍，转速小于双螺杆转速的0.5倍，输出压力为15-30mpa；所述双螺杆与所述单螺杆之间具有一过渡段，该过渡段以硬连接的方式连接在双螺杆与单螺杆之间；所述的双螺杆与单螺杆分别位于两个平行层面，双螺杆与单螺杆之间的排列方式呈l字型或同向直线型。

9.根据权利要求1所述的一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤c)中所述的牵伸为热牵伸，该热牵伸的温度为140-146℃，牵伸次数为两次，并且两次牵伸的倍数为11-13倍；所述热定型的温度为120-135℃，热定型时间为8-30s，牵伸张力小于0.3cn/dtex。

10.根据权利要求1所述的一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤c)中所述的耐切割高性能聚乙烯纤维在70℃、断裂强度的10％载荷条件下经72小时后的应变量小于2％。

技术总结一种耐切割高性能聚乙烯纤维的制备方法，属于聚乙烯纤维制备技术领域。包括以下步骤：制备混合料，选取主链中含有支链的高分子量聚乙烯树脂与助剂混合，得到混合料；制备聚乙烯纤维半成品，先将得到的混合料供双螺杆混炼塑化，再经单螺杆挤出机挤出纺丝，得到聚乙烯纤维半成品；制备成品，将得到的聚乙烯纤维半成品依次进行牵伸和热定型，得到成品耐切割高性能聚乙烯纤维。优点：由于不使用溶剂法，因而具有工艺流程短、能耗小、制备成本低、并且制备过程环保的长处；得到的耐切割高性能聚乙烯纤维具有断裂伸长率大、手感柔软、热收缩率低、尺寸稳定。技术研发人员：张玉梅,杨拯,杨锦受保护的技术使用者：苏州优普益新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29