[发明专利]高强度小直径钓鱼线

说明书

背景。

技术领域

该技术涉及由高韧度聚烯烃纤维制成的钓鱼线和制造所述线的方法。

相关技术的描述

已知由超高分子量聚乙烯(UHMW PE)形成的纤维具有优异的拉伸性能，例如韧度、拉伸模量和断裂能量。

这样的高韧度纤维通常通过“凝胶纺丝”(也称为“溶液纺丝”)方法制造。在这类方法中，形成超高分子量聚乙烯(UHMW PE)和溶剂的溶液，随后通过多孔喷丝头将溶液挤出以形成溶液长丝，将溶液长丝冷却成凝胶长丝，并提取溶剂以形成干长丝。这些干长丝被集合成本领域中被称为“纤维”或“纱线”的束。然后将纤维/纱线拉伸(拖拽)至最大拉伸能力以增加其韧度。

高强度聚乙烯长丝和/或复丝纤维/纱线的制备已经被描述在例如美国专利4,411,854；4,413,110；4,422,993；4,430,383；4,436,689；4,455,273；4,536,536；4,545,950；4,551,296；4,584,347；4,663,101；5,248,471；5,578,374；5,736,244；5,741,451；5,972,498；6,448,359；6,969,553；7,078,097；7,078,099；7,081,297；7,115,318；7,344,668；7,638,191；7,674,409；7,736,561；7,846,363；8,070,998；8,361,366；8,444,898；8,506,864；和8,747,715。这些发明中的每一个都在UHMW PE处理技术中提供了逐步的改善，并且说明了在改善UHMW PE纤维的拉伸性质方面的巨大困难。例如，当通过拉伸(拖拽)纤维来增加UHMW PE纤维的韧度和拉伸模量时，在不破裂的情况下，它们只能被拉伸至一定程度。纤维可以拉伸的最大量，以及因此针对具体纤维类型可实现的最大韧度取决于包括改善的原材料和处理能力两者在内的若干个因素。

为了使纤维韧度最大化，聚乙烯溶液及其前体(即，形成该溶液的聚合物和溶剂)必须具有某些性质，例如高特性粘度(“IV”)，并且必须以特定的方式制备。例如，美国专利8,444,898教导了通过需要首先通过以下步骤形成聚乙烯溶液的专用方法来生产高韧度纤维的方法：a)形成UHMW PO颗粒于溶剂中的浆料；b)以至少2.5D²(2.5×D×D)克/分钟的量的输出速率通过挤出机处理浆料以在挤出机中形成非溶液混合物，其中D表示以厘米表示的所述挤出机的螺杆直径，其中所述混合物含有具有微观维度的尺寸的熔融聚合物和溶剂的域(domains)；c)从挤出机中排出所述非溶液混合物；和d)使所述混合物经过经加热的容器，该容器提供将所述混合物转化成UHMW PO溶解于溶剂中的均匀溶液所必需的停留时间。该方法不同于其中在挤出机中形成均匀溶液的方法，因为挤出机对混合物施加了剪切应力，这降低了最大可实现的纤维韧度。然后将如此形成的溶液通过成形孔以形成模制溶液制品，然后将该制品拉伸并冷却以获得模制凝胶制品。然后将该模制凝胶制品拉伸，随后从模制凝胶制品中除去溶剂以形成固体纤维，其中对该纤维进行另外的拉伸以将该纤维的韧度增加至40g/旦尼尔或更高。

美国专利8,747,715教导了生产高韧度聚乙烯纱线的方法，其中纤维被高度取向以形成具有大于约45g/d的韧度和大于约1400g/d的拉伸模量的产品。该方法包括使超高分子量聚乙烯于溶剂中的溶液通过喷丝头以形成溶液纱线；将从喷丝头发出的溶液纱线拉伸，以形成经拉伸的溶液纱线；冷却经拉伸的溶液纱线以形成凝胶纱线；将凝胶纱线拉伸；从凝胶纱线中除去溶剂以形成干纱线；将干纱线拉伸以形成具有大于约19dl/g的特性粘度的部分取向的纱线；并将部分取向的纱线拉伸以形成具有大于约45g/d的韧度和大于约1400g/d的模量的高度取向的纱线产品。这些仅仅是示例出在对聚乙烯纤维的拉伸性质进行更加逐步改善的科学和技术方面的重大投资的两种方法。

这些方法生产出可从Morristown, NJ的Honeywell International Inc以SPECTRA®的商标商购的纤维，一盎司的该纤维是一盎司的钢的强度的15倍，同时还轻至足以漂浮在水面上。由于这种优异的强度对重量之比，SPECTRA®纤维对于需要冲击吸收和防弹性的制品(例如防弹衣、头盔、护胸甲和防碎层以及复合运动器材)而言是非常需要的。它们还用于其他与冲击无关的应用，例如钓鱼线，获得商业成功。