[发明专利]冻胶纺超高分子质量聚丙烯纤维的制备及应用

说明书

技术领域

本发明属化学纤维制备和应用领域，特别是涉及一种冻胶纺超高分子量聚丙烯(PP)纤维的制备及应用。

背景技术

冻胶纺丝制备柔性链高分子质量聚乙烯纤维技术首先是由Paul Smith，et al首先发明的，并于1980年在德国专利局公开，专利号：de3004699，当时的技术是将高分子质量的聚乙烯以较低的浓度溶解在挥发性溶剂中，并使用骤冷凝固形成冻胶纤维，然后对冻胶纤维进行高倍拉伸形成高强高模聚乙烯纤维，然而由于所使用的挥发性溶剂具有较大的毒性以及纤维的蠕变较大，使用温度较低及尺寸稳定性较差大大制约了高强聚乙烯纤维制品的应用。

作为聚烯烃高分子的另一大类，聚丙烯的热学性能、流变性能、抗蠕变性能以及加工性都远优于聚乙烯，但是其结晶速率较聚乙烯慢，结晶度也低于聚乙烯。因此美国专利(US5574174)提出用山梨醇衍生物作为成核剂与澄清剂制备聚烯烃混和物，详见美国公开(Sorbitol derivatives as nucleators and clarifiers for polyolefins，and polyolefin compositionsobtained therewith)。中国专利申请号200710037871.0所申请的冻胶纺制备高强聚丙烯纤维的方法，虽然此技术能有效提高塑料和纤维制品的结晶性能与透明度，因为结晶成核剂的加入不可避免地会增加生产成本，还会引起由于成核剂分散布均匀而导致的纤维结构不均一，以及成核剂的加入破坏了大分子结构的规整性而使纤维性能受到损害。

发明内容

本发明的目的是提供一种冻胶纺超高分子量聚丙烯纤维的制备方法，该方法工艺简单，无需结晶成核剂便可制备超高分子质量聚丙烯纤维。制备的纤维具有高的机械性能，热学性能及低的蠕变率，而且具有高强高模、耐化学腐蚀、对水的稳定性好、使用温度较高，可广泛地应用于工业中。

本发明技术方案的实现过程可由下面的简单工艺来阐述：

溶剂以及聚丙烯粉末、颗粒或切片→双螺杆溶胀溶解挤出→计量→纺丝→凝固→平衡脱油→预拉伸→萃取→热风干燥→第一道热拉伸→萃取→热风干燥→第二道热拉伸→第三道热拉伸→热定型→分丝卷绕。

本发明的一种冻胶纺超高分子量聚丙烯纤维制备方法，包括下列步骤：

(1)混合超高分子质量等规聚丙烯和溶剂，90～190℃溶胀溶解，配制成聚丙烯溶液；

(2)聚丙烯溶液经计量、纺丝组件，在凝固浴中骤冷，形成聚丙烯冻胶丝；

(3)冻胶纤维经平衡脱油、萃取、20～80℃热风干燥、多级拉伸，160～200℃热定型后形成聚丙烯纤维成品。

所述的超高分子质量等规聚丙烯原料的相对分子质量为400,000g/mol-2,000,000g/mol，等规度为90-100％的聚丙烯粉末、颗粒或切片；

所述的溶剂为石蜡油、煤油或十氢化萘；

所述的聚丙烯溶液包括超高分子质量聚丙烯、溶剂和抗氧剂，聚丙烯的质量百分比浓度为5～50％；

所述的凝固浴是指-20～50℃，以水为凝固剂；

所述的萃取剂为二甲苯、己烷、汽油或其他碳氢化合物；

所述的多级拉伸是指一级拉伸比为1～8倍，拉伸温度100～150℃，二级拉伸比为2～6倍，拉伸温度为120～170℃，三级拉伸比为1.2～5倍，拉伸温度为145～180℃；

所述的纤维成品熔点大于160℃，蠕变率小于8％，纤度大于1.1dtex，断裂强度为0.4-2.0GPa，模量为10～38GPa。

本发明的一种冻胶纺超高分子量聚丙烯纤维的在于应用于绳索、电缆、船帆、渔网、土工布、过滤布、体育及卫生用布、防弹、防刺布，防割手套、热塑性或热固性树脂、耐压容器、传动带。

本发明的有益效果：

(1)采取冻胶纺丝法可以制备高强高模聚丙烯纤维，与高强高模聚乙烯相比，可以起到提高纤维(相对高强高模聚乙烯纤维)的使用温度；

(2)本法制备聚丙烯纤维其抗蠕变性能远高于超高分子质量聚乙烯，特别适用于需要增强尺寸稳定性与提高使用温度的领域；

(3)无需结晶成核剂，降低成本，还能避免由于成核剂加入引起纤维结构不均匀问题以及避免成核剂破坏大分子结构的规整性。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。