[发明专利]一种冻胶纺超高分子质量聚丙烯/超高分子质量聚乙烯复合纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及冻胶纺复合纤维及其制备方法，具体地说，本发明涉及一种冻胶纺超高分子质量聚丙烯/超高分子质量聚乙烯(UHMWPP/UHMWPE)复合纤维及其制备方法。

背景技术

由柔性链高分子量聚乙烯冻胶纺丝制备高强高模化学纤维的技术是由Paul Smith等首先发明的，并于1981年被授权，专利号：FR2459845，1981-01-16，当时的技术是将超高分子质量聚乙烯以较低的浓度溶解在挥发性溶剂中进行纺丝，并使用骤冷凝固形成冻胶纤维，然后对冻胶纤维进行萃取、干燥和高倍热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(长期使用温度仅为70℃)及尺寸稳定性较差等缺点，大大制约了高强高模聚乙烯纤维制品的应用。

随后Kalb与Pennings在J.Mat.Sci.，vol.15，2584-2590(1980)和Smooket at.在Polymer Bull.，Vol.2，775-783(1980)中分别描述了使用非挥发性溶剂(石蜡油)作溶剂溶解聚乙烯，将纺丝液冷却到室温形成冻胶后将冻胶切成小片放入挤出机纺聚乙烯冻胶单丝，并采用正己烷作萃取剂除去石蜡油以及真空干燥和超倍拉伸。但是这样做工序繁琐，萃取剂毒性大、效率低，也不适合大规模工业化生产。此外还有使用如：1，加入交联剂，使纤维自身交联；2，向超高分子质量聚乙烯冻胶液中添加无机填充剂等方法，虽然有些方法可以在一定程度上改善聚乙烯纤维的耐热性或抗蠕变性，但提高的幅度不够理想，而且在一定程度上对超高分子质量聚乙烯纤维的力学性能造成损伤。

目前采用冻胶纺丝技术，产业化制备柔性链高强高模化学纤维的仅有高强高模聚乙烯纤维，而超高分子质量聚乙烯由于使用温度低、蠕变大、抗老化能力相对较低等原因，限制了它在很多特殊场合的应用。与超高分子质量聚乙烯相比，超高分子质量聚丙烯纤维制品的使用温度高出大约30℃、抗老化能力强且蠕变小，是一种很好的纤维材料。然而，就冻胶纺超高分子质量聚丙烯纤维而言，由于聚丙烯分子结晶成核需要经过一段时间的“诱导期”，如果不加成核剂，聚丙烯分子固有的螺旋构象和侧甲基的存在会使得在骤冷形成冻胶纤维的过程中，分子链段的移动变化更困难，难以在冻胶纤维中形成足够的对超倍拉伸有利的微晶，因而会导致聚丙烯纤维在热超倍拉伸过程中出现拉伸的不稳定甚至断丝。同时在聚丙烯成核结晶、晶体生长以及重结晶的过程中结晶速率相对较慢将会极大地影响到纤维的力学性能，很难达到高强高模的目标。目前已有使用成核剂来加速聚烯烃结晶的技术(详见美国公开[Crystalline resincompositions]，专利号US5015684)，此技术的特点是使用山梨醇与木糖醇的衍生物的混合物作成核剂，虽然能够加速结晶性聚合物结晶，但是此技术对成核剂的要求十分严格，对山梨醇及木糖醇的芳基取代基有着非常严格的要求，制备比较困难，使用不方便。

因此，有必要发明一种使聚丙烯与另一种结晶能力强、结晶速率快的聚合物原料共混纺丝，以改善聚丙烯的结晶性能、拉伸性能、力学性能，同时改善冻胶纺超高分子量聚乙烯纤维的热学性能及蠕变性能。

本发明者发现：由于超高分子质量聚乙烯(UHMWPE)与超高分子质量聚丙烯(UHMWPP)极性相近、溶度参数相近，在理论上具有较好的相容性，同时UHMWPE分子结构单一规整、结晶速率快、结晶度高、可拉伸性好，拉伸倍数高，因而很适合与UHMWPP共混纺丝。采用冻胶纺丝法，对UHMWPE与UHMWPP进行混合纺丝，既能保持UHMWPP自身优良特性，同时又能改善UHMWPE性能上的不足。

本发明的一个目的在于提供一种冻胶纺超高分子质量聚丙烯/超高分子质量聚乙烯复合纤维。

本发明的另一个目的在于提供一种冻胶纺超高分子质量聚丙烯/超高分子质量聚乙烯复合纤维的制备方法。

发明内容

本发明提供一种冻胶纺超高分子质量聚丙烯/超高分子质量聚乙烯复合纤维。

根据本发明，所述复合纤维由超高分子质量聚丙烯和超高分子质量聚乙烯经冻胶纺丝而成。

若超高分子质量聚丙烯在聚合物中的质量份数太低，聚丙烯难以在所制备的复合纤维中占主导地位，则不能形成以超高分子质量聚乙烯为骨架、以超高分子质量聚丙烯为基体的“钢筋混凝土”般增强结构，导致过多的聚乙烯外露而损害复合纤维的耐热性与抗蠕变性，因此，所述超高分子质量聚丙烯占两种高聚物的质量份数为50～99％。