[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维制备方法，具体涉及超高分子量聚乙烯纤维的制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维也称高强、高模聚乙烯聚乙烯(UHMWPE)纤维 或伸长链聚乙烯(ECPE)纤维，是指相对分子质量在(1～7)×10⁶的聚乙 烯，经纺丝、超拉伸后制成的超高分子质量聚乙烯纤维。它是继碳纤维、芳 纶纤维之后的第三代高性能纤维。

超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料与其它纤维增强复合材料相比，具 有质量轻、耐冲击、介电性能高等优点，在航空航天、海域防御、武器装备 等领域发挥着举足轻重的作用。同时，超高分子量聚乙烯纤维在汽车、船舶、 医疗器械、体育运动器材等领域亦有广阔的应用前景。因此，超高分子量聚 乙烯纤维自问世起就备受重视，发展很快。

1979年，荷兰DSM公司申请了采用冻胶技术制造超高分子量聚乙烯纤 维的专利(US4344908、特公昭64-8732、US4422993)，在现有的冻胶纺丝 技术中，将超高分子量聚乙烯纤维经过喷丝组件使丝条定型，使溶液中的大 分子的解缠状态得以保存，然后经过骤冷使丝条定型。为了提高初生丝条的 质量，在DSM公司发明的在烟道内由空气冷却纺丝工艺的基础上，人们对 冻胶纺丝技术做了很多改进，美国的联合信号(Allied Signal)公司将初生丝 条先进行短距离空气冷却，然后进入冷水槽快速冷却形成冻胶丝。由于冻胶 丝中包含着大量溶剂，在进行拉伸时，溶剂的增塑作用使大分子链产生相对 滑移，会降低拉伸的有效性；并且由于溶剂的存在，冻胶原丝的拉伸比受溶 剂含量多少影响很大，造成冻胶原丝的拉伸稳定性降低，因此在进行超倍热 拉伸之前需要去除原丝中的溶剂。

为了去除原丝中的溶剂，人们选择与溶剂具有良好相容性易挥发的有机 溶剂作为萃取剂与丝条反应，将溶剂置换出来，然后再对萃取后的丝条在50 ℃～80℃的范围内进行干燥，使萃取剂挥发后直接进行后续的超倍热拉伸。 由于溶剂已经被置换出来，因此在进行超倍热拉伸时，在纤维结晶度和取向 度提高的基础上，使呈折叠链的PE片晶向伸直链转化，从而获得高强、高 模聚乙烯纤维。

现有技术下，在制备超高分子量聚乙烯纤维的工艺中，对冻胶原丝进行 干燥时，由于需要对冻胶原丝施加一定的张力使萃取剂得到更有效的挥发， 因此在原丝内部会产生一定的内应力，此时如果对原丝直接进行后续的热拉 伸则会使应力继续残留在原丝内部，这些内应力在进行超倍热拉伸时不但会 降低拉伸的有效性，而且会最终降低超高分子量聚乙烯纤维的力学性能。

因此，需要一种可以降低冻胶原丝内应力的超高分子量聚乙烯纤维的制 备方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种可以降低冻胶原丝内应力的超高 分子量聚乙烯纤维的制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种超高分子量聚乙烯纤维的制备 方法，包括步骤：

a)将干燥后的超高分子量聚乙烯冻胶原丝在1℃～25℃静置处理；

b)对静置处理后的冻胶原丝在70℃～160℃施加总牵倍为2倍～60倍的 至少两级的正牵伸得到超高分子量聚乙烯纤维。

本文中，所述干燥后的超高分子量聚乙烯冻胶原丝是指超高分子量聚乙 烯纺丝液经过冻胶纺丝、萃取、干燥后得到的冻胶原丝。所述冻胶纺丝方法 可以通过例如在专利GB2042414A或WO01/73173中所描述的冻胶纺丝工艺 来制备。在制备超高分子量聚乙烯冻胶原丝时，先将超高分子量聚乙烯粉末 与溶剂混合溶胀经过双螺杆挤出机挤压溶解得到纺丝溶液，再将纺丝溶液采 用冻胶纺丝技术制备超高分子量聚乙烯冻胶原丝。所述超高分子量聚乙烯粉 末可以为重均分子量(M_w)为(1～7)×10⁶的线性超高分子量聚乙烯，优选 的，重均分子量为(1.5～4.5)×10⁶，更优选的，重均分子量为(1.8～4.0)×10⁶。 所述超高分子量聚乙烯的粉末粒度为40μm(微米)～200μm，优选的，所述 超高分子量聚乙烯粉末粒度为80μm～180μm。