[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法和应用，属于聚乙烯纤维技术领域。本发明提供的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：将超高分子量聚乙烯、无机纳米填料和白油混合，得到纺丝液；所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为300万～600万；将所述纺丝液挤出后冷却，得到冻胶丝条；将所述冻胶丝条依次进行预牵引、萃取、热水浴处理、干燥、热拉伸，得到超高分子量聚乙烯纤维。本发明提供的制备方法制备的高强型超高分子量聚乙烯纤维的强度高，模量大，力学性能优良，且具有不易开裂的特点，能够应用于国防军工领域；而且，本发明提供的制备方法工艺简单，生产成本低。

技术领域

本发明涉及高性能纤维技术领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法和应用。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与碳纤维、芳纶并称为三大高性能纤维，具有高强高模、质轻(0.97g/cm³)、化学稳定、耐水、耐疲劳、耐磨损、耐弯曲、耐低温、电绝缘性、生物相容性等诸多优良特性，是国防军工、航空航天、医疗材料、体育器械和高新技术产业发展不可或缺的纤维新材料。

中国专利CN109385689A公开了一种共混超高分子量聚乙烯的熔融纺丝方法，将UHMWPE与高密度聚乙烯充分混合均匀，然后进行熔融纺丝、牵伸得到聚乙烯纤维，但制备的共混超高分子量聚乙烯的强度仅为14～28cN/dtex，强度低。为了提高UHMWPE的强度，常将UHMWPE与添加剂共混后熔融纺丝，例如，中国专利CN108660535A公开了一种改性超高分子量聚乙烯成纤专用料的熔融纺丝成纤方法，将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、抗氧剂和改性纳米无机填料经高混机共混、双螺杆挤出机混炼、造粒，将所得改性超高分子量聚乙烯成纤专用料进行熔融塑化后熔融挤出，将所得初生丝过预牵伸、拉伸、定型和收卷，获得成品纤维，然而其填料改性纳米无机填料需要采用钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂对纳米无机填料进行改性处理，工艺复杂，而且上述方法制备的纤维的强度为12.7～14.9cN/dtex，强度低。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法得到的超高分子量聚乙烯纤维力学性能好，且工艺简单、生产成本低。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将超高分子量聚乙烯、无机纳米填料和白油混合，得到纺丝液；所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为300万～600万；将所述纺丝液挤出后冷却，得到冻胶丝条；

将所述冻胶丝条依次进行预牵引、萃取、热水浴处理、干燥、热拉伸，得到超高分子量聚乙烯纤维。

优选的，所述无机纳米填料包括纳米氧化锆、纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅和纳米氧化铈中的任意两种的混合物。

优选的，所述超高分子量聚乙烯和无机纳米填料的质量比为100：(0.1～1)。

优选的，所述纺丝液中超高分子量聚乙烯的质量百分浓度为3～10％。

优选的，所述挤出的温度为230～270℃。

优选的，所述预牵引的温度为60～80℃，牵伸倍数为4～6倍。

优选的，所述萃取采用的萃取剂包括二氯甲烷、二甲苯、正辛烷、正庚烷、丙酮、二氯乙烷和四氯化碳中的一种或几种。

优选的，所述热拉伸包括依次进行的一级牵伸、二级牵伸和三级牵伸；

所述一级牵伸的温度为130～145℃，牵伸倍数为4～6倍；

所述二级牵伸的温度为140～150℃，牵伸倍数为2～4倍；