[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)采用冻胶纺丝法制得超高分子量聚乙烯冻胶原丝；(2)将冻胶原丝经平衡静置处理；(3)将平衡静置处理后的冻胶原丝依次进行预牵伸、萃取、干燥和进行不低于三级的热牵伸，并在热牵伸的同时，使超高分子量聚乙烯冻胶原丝经过带有抗静电剂水溶液的涂敷辊；(4)干燥，即得超高分子量聚乙烯纤维。采用本发明方法制得的超高分子量聚乙烯纤维在提高高强度、高模量的同时，又解决了纤维因带电而影响后加工的问题，具有较低的静电。

技术领域

本发明属于纤维制备技术领域，尤其涉及一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维(简称UHMWPE)，也称高强高模聚乙烯纤维，是指由相对分子量在100万以上的聚乙烯依次经过纺丝、萃取、干燥和超倍拉伸制成的一种高性能纤维。采用超高分子量聚乙烯纤维制成的纤维增强复合材料具有质量轻、耐冲击、介电性能高等优点，被广泛用于航空航天领域、海域防御领域、武器装备领域和日常工业领域等。

在现有技术中，制备超高分子量聚乙烯纤维通常采用的是冻胶纺丝技术。该技术通常使用相对分子量在100万以上的聚乙烯作为原料，首先将该原料与合适的溶剂混合，以混合溶胀得到的悬浮液作为纺丝原液，然后将该纺丝原液经螺杆挤出机的剪切、匀混、解缠，再经喷丝组件进行挤出拉伸-冷凝成型，从而获得凝胶化预取向丝，最后将该凝胶化预取向丝进行萃取、干燥和超倍拉伸，得到超高分子量聚乙烯纤维。

在超高分子量聚乙烯纤维的生产过程中，由于伴随有溶剂萃取、干燥、热拉伸和高速卷绕等高摩擦环节，丝束和成品纤维都极易产生静电。在热拉伸阶段，如果丝束产生的静电较大，丝束的抱合性较差，那么，丝束在卷绕时就会发生相互并缠现象，造成断头数增加。如果成品纤维的静电较大，一束束丝就会蓬松、散开，在下游应用进行退绕生产时极易发生挂导丝架等情况，造成断头率增加，影响生产加工。针对该问题，专利CN103276465A公开了一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其涉及一种抗静电油剂，为聚氧乙烯醚型抗静电剂和阴离子型抗静电剂的混合物，使得在保持高强高模的同时，具有较低的静电。

发明内容

本发明同样针对现有技术中存在的上述问题，通过使用有别于上述类型的抗静电剂，提出一种低静电的超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，既提高了高强高模，又解决了纤维因带电而影响后加工的问题。

本发明的目的同样也是为了消除纤维生产过程产生的静电，通过在纤维的热牵伸过程中同时让纤维经过带有抗静电浴液的涂敷辊，然后经过热箱干燥、收卷。所采用的抗静电浴液为抗静电液和水的混合液，抗静电液的质量浓度为0.2～0.8％，上液速度为3～15m/min，该抗静电剂是一种高效的阳离子型抗静电剂(不同于行业常见的阴离子型抗静电剂)，PH值为7～9，有效成分为55～60％，易溶于水及丙酮、丁醇、苯、氯仿、DMF等大多数有机溶剂。该抗静电剂的作用机理为：在材料表面快速形成导电通道，使电荷快速转移，还能形成憎水性油膜，降低纤维的摩擦系数，使静电减少及产生阳电性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用冻胶纺丝法制得超高分子量聚乙烯冻胶原丝；

(2)将步骤(1)的超高分子量聚乙烯冻胶原丝经平衡静置处理；

(3)然后将步骤(2)平衡静置处理后的超高分子量聚乙烯冻胶原丝依次进行预牵伸、萃取、干燥和进行不低于三级的热牵伸，并在热牵伸的同时，使超高分子量聚乙烯冻胶原丝经过带有抗静电剂水溶液的涂敷辊；

(4)干燥，即得超高分子量聚乙烯纤维；

其中，所述抗静电剂水溶液的质量浓度为0.2～0.8％，所述抗静电剂为由烷基化试剂与脂肪胺反应而得的季铵盐阳离子高效抗静电剂，所述抗静电剂在40℃时的运动粘度为15～20mPa.s。