[发明专利]防切割聚乙烯复合纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种防切割聚乙烯复合纤维及其制备方法，将聚乙烯B、聚乙烯C和混有棒状金属、无机超细颗粒或纤维填料的聚乙烯A经熔融‑高压纺丝制得防切割聚乙烯复合纤维，高压的压力为100～260MPa，纺丝时，聚乙烯B和A的熔体分别由两个挤出机和注入口进入同一喷丝孔，并在喷丝孔的入口处与聚乙烯C的熔体复合，聚乙烯A和B分子量不同且取值范围为100～150万，制得的防切割聚乙烯复合纤维整体呈三维卷曲，其横截面为三复合结构，由皮层和并列型双组分芯层组成，皮层材质为聚乙烯C，芯层双组分的材质为聚乙烯A和B。本发明制备工艺简单，成本低，制得的纤维具有良好的耐磨性和柔软性。

技术领域

本发明属于高性能纤维材料领域，涉及一种防切割聚乙烯复合纤维及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维不仅具有优异的耐低温和耐腐蚀性能，还具有高拉伸强度，已经被广泛应用于防弹衣、防切割手套、绳索和风力发电叶片等领域。防切割型手套所使用的UHMWPE的分子量通常超过100万，超高分子量聚乙烯纤维的制备方法以凝胶纺丝为主，经过超被拉伸使超高分子链形成伸直链结构从而使制得的纤维具有高拉伸强度，但是作为防切割手套的纤维不仅需要具有高的拉伸强度，还需要具有较好的耐磨性。

目前，改进UHMWPE纤维的耐磨性主要有两种方法，第一种是通过添加金属和无机粉末或金属与有机或无机短纤维进行共混纺丝，或者对PE纤维表面进行改性，第二种是采用UHMWPE纤维与其他金属和无机纤维进行混纺或者混织。由于UHMWPE本身具有的非极性和结晶性等方面的特性，导致其与其它材料的粘附力不高、界面亲和性不强以及难以与其它高分子材料和无机填料实现相容，现有技术中对UHMWPE纤维提高耐磨性的方法均存在由该纤维制备的织物较为僵硬，穿戴舒适度不佳，而且在长期使用过程中还会有短纤维析出等缺点，该缺点一方面会造成后续使用过程中织物的耐磨性能的下降，另一方面其织物与皮肤接触时会对人体造成伤害。

专利CN106350882公开了一种莫氏硬度为3级及其以上、长径比大于等于2且直径小于30微米的棒状微粒与PE进行共挤出，制备出共混纤维或者带有皮芯结构的纤维的方法，该方法对超高分子量聚乙烯的耐切割性有了显著提高，而且有效减少了棒状粒子或者颗粒冒出表面而对皮肤造成伤害的现象，但是该方法制备的纤维比较僵硬，制成的防切割手套的柔软度不足，影响手套对物体的握力和佩戴的舒适度，为了改善其僵硬的缺点，需要对纤维进行卷曲处理，但是卷曲处理过程中会造成棒状颗粒的破坏和析出；专利CN105316786提到一种通过多晶莫来石纤维的耐高温和抗蠕变特性，对其偶联反应接枝聚乙烯纤维，提高与聚乙烯纤维的结合效应并增强其抗蠕变性能的方法，同时也在一定程度上提高其耐磨性能；专利CN105619845涉及一种在连续纤维预成型时利用排纱架对浸润后的纤维进行排纱，排纱阶段上下方同时均匀吹入玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维和玄武岩纤维等短纤维，得到排列整齐且表面均匀分布短纤维的连续纤维。该方法存在两个问题，一是这些短纤维会在手套使用过程中游离出来，影响纤维的使用寿命和对皮肤造成一定程度的损伤，二是制得的手套会比较僵硬，影响握力和穿戴舒适度；专利CN104246035提到一种含有硬组分的长丝和/或短纤维增强的多根聚乙烯纤维纱线，其中聚乙烯纤维可以缠绕在硬组份纤维表面，通过硬组份纤维来增强纱线的耐磨和耐切割性能。虽然该方法经过聚乙烯纤维的缠绕，对硬组分进行包裹，一定程度上避免了硬组分在使用过程中迁移表面对皮肤造成的损害，但是该纱线做成的手套仍然较为僵硬，影响握力和穿戴舒适性能；专利CN103882554公开了一种利用由于分子量差别和链结构不同导致复合纤维中两组分具有不同的初始模量和热收缩率的特性，采用复合纺丝方法，制备出纤维截面具有非对称并列结构和偏心结构的复合纤维，使其在热处理过程中自发形成卷曲结构，这种自然卷曲纤维没有添加硬质的填充成分，纤维的耐切割性能没有明显提升，而且该纤维没有被外层物质包围，直接裸露外面。另外，现有技术为了达到纤维的高强度，经常采用分子量超过200万以上的超高分子量聚乙烯，通过凝胶纺丝方法来制备纤维，该方法涉及到溶剂对聚乙烯的溶胀和溶解、溶剂自身的萃取和回收以及纤维高倍拉伸等工序，工艺复杂，成本较高。