一种熔融纺聚乙烯熔体包覆热致液晶聚芳酯纤维的复合丝制备及其应用

本发明属于高性能化纤，涉及一种高性能热致液晶聚合物纤维及其制备方法。

背景技术：

1、热致液晶聚芳酯纤维因其卓越的力学性能和耐热特性，在高性能纤维市场中占据了重要地位。这种纤维不仅在汽车、绳缆、吊索等领域有着广泛的应用，而且在降落伞领域，尤其是航天器回收系统的降落伞中，也展现出了其独特的价值。

2、为了提升热致液晶聚芳酯纤维的耐磨性，研究人员采取了多种化学改性策略。首先，通过调整单体配比和催化剂的使用，可以优化纤维的分子结构，从而提高其耐磨性能。例如，通过增加5-氨基吲哚-2-羧酸的摩尔百分比，可以有效地增强纤维的耐磨性。此外，固相缩聚反应的优化也是提升纤维耐磨性的重要手段，通过在惰性气体氛围下进行反应，可以制得具有更高强度和模量的纤维产品。

3、表面改性技术的应用，如等离子体处理和硅烷偶联剂处理，也是提升纤维耐磨性的有效方法。这些技术能够在纤维表面引入活性基团，增强纤维与基体的粘附性，从而提高耐磨性。同时，无机填料的添加，如玻璃纤维、氮化硼纤维等，也能显著提高纤维的耐磨性能。

4、热处理是另一个提升纤维耐磨性的关键步骤。通过在氮气氛围下进行松弛热定型，可以提高纤维的结晶度和力学性能，进而增强耐磨性。此外，紫外辐照接枝改性技术的应用，通过在纤维表面引入丙烯酸等活性基团，也能有效地提升纤维的耐磨性能。

5、在降落伞领域，热致液晶聚芳酯纤维的耐磨性尤为重要。航天器回收系统的降落伞需要承受极端的力学负荷和环境条件，因此对材料的耐磨性和强度有着极高的要求。通过上述化学改性方法，热致液晶聚芳酯纤维的性能得到了显著提升，使其能够在降落伞等关键应用中发挥重要作用(中国专利cn 111038707 b)。

6、综上所述，通过化学改性，热致液晶聚芳酯纤维的耐磨性得到了有效的提升，这不仅增强了其在传统领域的应用潜力，也为其在航天器回收系统等高端应用领域的发展提供了坚实的基础。随着材料科学的不断进步，热致液晶聚芳酯纤维的性能将得到进一步的优化，其应用范围也将不断拓展。

7、另一方面，聚乙烯材料具有优异的耐磨性，特别是超高分子量聚乙烯(uhmwpe)及其纤维以其卓越的耐磨性、抗冲击性、低摩擦系数和良好的化学稳定性而闻名，在多个行业中有着广泛的应用。uhmwpe纤维的比强度是钢材的15倍，具有超高强度、超高模量、低密度以及优异的耐化学腐蚀性，这使得它在防弹、防刺安全防护材料以及高性能轻质复合材料等领域非常理想。在耐磨性方面，uhmwpe纤维表现出色，其耐磨性优于许多其他材料，包括pom(聚缩醛)、含氟树脂和pa66尼龙。这种材料的耐磨性使其在高磨损的应用中非常适用，如管道、衬套、竖井、容器等。uhmwpe的耐磨性随着分子量的增加而提高，这使得它在要求高耐磨性的应用中可以替代金属，同时还具有轻量化的优势。

8、但是超高分子量聚乙烯由于分子量在100万以上，往往采用溶液加工方式，过程复杂且使用有机溶剂成本高。而常规分子量聚乙烯可以通过熔融加工的方式进行加工，成本更低且绿色环保，可以作为热致液晶聚芳酯纤维的包覆层。所以将热致液晶聚芳酯纤维和聚乙烯通过熔融包覆的方式相结合是提升热致液晶聚芳酯纤维的耐磨性的一个有效途径。但是两者复合过程中也存在诸多的难点，例如聚乙烯与热致液晶聚芳酯两种材料之间的界面粘结性差等问题，这都需要有针对性的进行改进和提出新的工艺方案。

9、综上所述，现有技术不能同时满足人们对热致液晶聚芳酯纤维高强高模和耐磨性的要求，因此有必要开发高强高模兼具耐磨性的热致液晶聚芳酯纤维，以满足下游应用市场需求；并且非常有必要在开发过程中研发将聚乙烯材料与热致液晶聚芳酯材料充分结合起来新方法和新工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了打破现有技术方案的瓶颈，提供一种熔融纺聚乙烯熔体包覆热致液晶聚芳酯纤维的复合丝制备及其应用，本发明可以通过以下技术方案来实现：

2、本发明提供的一种熔融纺聚乙烯熔体包覆热致液晶聚芳酯纤维的复合丝，具有复合结构(纤维截面结构如图1所示)，主要成分为热致液晶聚芳酯和改性聚乙烯。在该复合结构中，热致液晶聚芳酯纤维质量占25-95份，改性聚乙烯树脂质量占5-90份。

3、优选地，所述的一种熔融纺聚乙烯熔体包覆热致液晶聚芳酯纤维的复合丝，其中所使用的热致液晶聚芳酯纤维的拉伸强度为20-40cn/dtex，拉伸模量为500-1000cn/dtex，改性聚乙烯树脂的重均分子量为2万-60万。

4、本发明还提供了一种熔融纺聚乙烯熔体包覆热致液晶聚芳酯纤维的复合丝的制备方法，具体包括以下步骤：

5、步骤1：以二氧六环作为溶剂，将(4-甲氧基苯基)(4-(三氟甲基)苯基)甲酮(简称为二苯甲酮化合物1)、硫代过氧化二碳酸([(hs)c(s)]2s2)c,c’-二十八烷基酯(简称为二硫化合物2)和丙烯酸苯酯按照一定比例进行混合得到改性溶液。在改性溶液中加入聚乙烯树脂切片，通入高纯氩气并搅拌一段时间得到固液混合物。

6、步骤2：使用波长在253nm的紫外灯照射步骤2的固液混合物一段时间，照射过程中继续搅拌并持续通入高纯氩气，并控制固液混合物温度在一定的范围。停止紫外灯照射，将经过照射的固液混合物过滤并用二氯甲烷洗涤，随后在一定温度的烘箱中干燥，得到改性聚乙烯树脂切片。

7、步骤3：将热致液晶聚芳酯纤维(包括热致液晶聚芳酯单丝和热致液晶聚芳酯复丝)在一定温度的空气中进行预热，然后将步骤2中的改性聚乙烯树脂切片用螺杆挤出机在一定温度下，包覆于该热致液晶聚芳酯纤维表面，然后冷却，得到热致液晶聚芳酯复合丝。

8、优选地，步骤1中，(4-甲氧基苯基)(4-(三氟甲基)苯基)甲酮(简称为二苯甲酮化合物1)、硫代过氧化二碳酸([(hs)c(s)]2s2)c,c’-二十八烷基酯(简称为二硫化合物2)的化学结构如图2所示，二苯甲酮化合物1、二硫化合物2和丙烯酸苯酯的摩尔比1：1：(100-300)；步骤1中的聚乙烯树脂切片的重均分子量在2万至50万；氩气的纯度大于99.999％；氩气通入量为10-2000毫升/分钟；聚乙烯树脂切片与丙烯酸苯酯的质量比为1：(0.1-50)，搅拌和通氮气时间相同，为5-60分钟。

9、优选地，步骤2中氩气通入量为10-2000毫升/分钟；控制固液混合物温度在10至60摄氏度范围，紫外灯照射时间为3至48小时。干燥过程中烘箱温度为40-80度，干燥时间为2-10小时。

10、优选地，步骤3中将热致液晶聚芳酯纤维(包括热致液晶聚芳酯单丝和热致液晶聚芳酯复丝)在100-130摄氏度的空气中进行预热。螺杆挤出机设定温度为130-200摄氏度温度。

11、本发明所述通过步骤1至步骤3得到的热致液晶聚芳酯复合丝拉伸强度高于20cn/dtex，拉伸模量高于600cn/dtex，摩擦10000次后强度保持率高于80％。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果为：采用聚乙烯作为包覆材料，热致液晶聚芳酯纤维作为芯材，通过熔融包覆的方法得到的复合丝能够有效提升耐磨性，同时保留原有的高的力学性能；与此同时，本发明中还采用改性技术，在包覆前对聚乙烯树脂进行化学改性，在聚乙烯分子链上，利用二苯甲酮化合物、二硫化合物的作用下，形成反应位点，引发丙烯酸苯酯这种单体的聚合，成功接枝聚丙烯酸苯酯。该类接枝了聚丙烯酸苯酯分子链的聚乙烯树脂与热致液晶聚芳酯纤维的主要成分聚芳酯具有相似的化学结构，相比与未改性的聚乙烯树脂，本发明提供的这种方法，能够有效改善聚乙烯树脂与热致液晶聚芳酯纤维的结合力，在性能上表现为具有更加优异的整体力学性能，以及耐磨性能，并且该复合丝具有较低的介电常数(小于等于2.5)和介电损耗(小于等于0.005)。

13、本发明的热致液晶聚芳酯复合丝，在加工时可根据产品性质要求，可以在复合过程中添加其他各种助剂，如抗氧剂、抗静电剂、阻燃剂、颜料、玻纤、无机粉体等。适合的应用领域包括钓鱼线、绳缆、阻拦索、降落伞等多领域。