[发明专利]超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种短纤增强复合纤维，尤其涉及一种短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维及制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，材料领域飞速发展，涌现了一批引起行业变革的新材料，其中作为三大高性能材料的碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维已取代了多个领域中的金属材料，高性能纤维材料具有强度高、刚性大、化学稳定性好等特点。

其中，超高分子量聚乙烯纤维由于原料易得，成本相对较低，已经产业化生产十几年且在各领域得到广泛应用。超高分子量聚乙烯纤维具有高取向度、高结晶度，微纤沿拉伸方向排列规整度高的结构的特点。尤其是以其力学性能优异，轴向拉伸强度很高，比强度是现有高性能纤维中最高的；且密度仅为芳纶的2/3和高模碳纤维的1/2；，在多种介质中，如水、油、强酸和强碱等溶液中具有优良的抗湿性和抗化学腐蚀性能，打破了芳纶、碳纤维的垄断地位，并逐渐取代芳纶、碳纤维在多个领域的应用，可用于军队装备物资、机械制造、薄板加工、玻璃切割、精工打磨、锻件搬运、屠宰分割、消防救援、野外防护、刀具生产、造纸、航运、渔业、海上工业用绳索、电缆、渔网，登山绳索等领域；并在汽车、航空航天、国防兵器等领域，发挥了越来越大的作用。

近年来，超高分子量聚乙烯纤维主要大范围用于织造防切割、防刺服装及手套，缆绳，登山绳索等。随着适用领域的深入，某些使用条件下的缺陷也逐渐暴露出来。当超高分子量聚乙烯纤维用来织造防切割用品时，使用一定时间后，主要防护部位出现破损，防护性能下降，继续使用时，很容易发生严重破损导致人体受到利器伤害。其根本原因是提供主要防切割效果的超高分子量聚乙烯纤维模量不足，使用后磨损部位的防切割指数下降而产生的。

当超高分子量聚乙烯纤维用来编织缆绳时，尤其作为系泊缆绳使用时，船舶长期停靠在港口或海事作业平台，系泊缆绳为船体的稳定起到关键的作用，随着海水流动，船舶轻微的移动产生的拉力也不容小觑，尤其当船舶吨位较重或载货时，系泊缆绳所承受的力是连续且不断发生变化的。当系泊时间足够长时，超高分子量聚乙烯原料缆绳发生一定的蠕变伸长，且这部分伸长时不可恢复的，蠕变使缆绳综合使用性能下降，尤其以与金属连接处的性能下降最快。蠕变的产生主要是由于纤维高度有序的大分子结构简单，缺乏极性基团，分子链间结合力较弱，长期使用时发生分子链的滑移，随着超高分子量聚乙烯纤维在安全防护领域大范围应用，由于其本身分子结构特殊性产生的问题越来越多，使之具备优良性能的因素反而成为制约该纤维进一步应用的弊端，尤其以防护制品防切割指数不足、绳类制品蠕变现象严重最为突出，因此，解决这一类的问题显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维及其制造方法，采用具有增强效果的超短纤作为改性填料，添加至超高分子量聚乙烯纤维生产过程中，制备一种具有使用寿命长，强度、模量高，蠕变小的复合纤维，以解决防切割制品性能不足、绳索蠕变现象严重等问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维，包括有超短纤和超高分子量聚乙烯，所述超短纤和超高分子量聚乙烯的质量比为3：97到5：97。

进一步改进在于：所述超短纤为玻璃纤维超短纤或玄武岩纤维超短纤。

进一步改进在于：所述超高分子量聚乙烯粉状原料的分子量控制在400-600万，纺丝液的含固量控制在10%以下，其中固体成分不仅包括超高分子量聚乙烯，还包含作为增强相得超短纤，即玻璃纤维超短纤、玄武岩纤维超短纤。

进一步改进在于：所述超短纤的重量百分比为3%~5%。

进一步改进在于：所述复合纤维的线密度33~1776dtex，断裂强力50~150N，断裂强度30~35cN/dtex，断裂伸长13~18mm，断裂伸长率2.8~4.2%，断裂模量770~1340cN/dtex，初始模量0.3~6.2cN/dtex。