超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与应用与流程

本发明涉及高分子材料，具体涉及超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与应用。

背景技术：

1、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)纤维因比重小、比强度和比模量大等优异性能，广泛的应用于航空航天、汽车外壳、船舶船舱和风电叶片等多个领域。由于其优异的综合性能，市场的需求不断增加，而随着当今科技的飞速发展，超高分子量聚乙烯纤维引起了许多研究者的关注。

2、uhmwpe纤维经凝胶纺丝法制备，其比强度是同等截面钢丝的十多倍，是所有纤维中最高的，而比模量仅次于碳纤维。因此，它与碳纤维和芳纶一起并称为世界三大高性能纤维。目前，uhmwpe纤维已经被用于多个领域，如防弹头盔、防刺手套、体育用品与高强缆绳等。

3、虽然uhmwpe纤维有着优异的性能，但是它的阻燃性很差，极限氧指数只有17.5，属于易燃之物，在燃烧过程中产生的热量烟量较大，并产生有毒气体，还会产生熔滴现象而引起二次灾害，大大限制了它的应用和发展。随着科学技术的进步及人们生活水平的提高，人们对纺织品的安全要求也逐步提高，每年因为纺织品着火而引发的火灾不计其数，对人们的日常生活和经济财产造成了严重的危害，所以对纺织品阻燃性能的研究也引起了人们的广泛关注。具有阻燃功能的防割手套、防刺服和运输带等对于保护使用者和公共安全具有很重要的作用，可以抵御火情，减少安全隐患。阻燃材料的研究开发与应用关系到我国的经济发展、国防和人员生命安全等问题。目前随着环保要求日益提高，传统的溴系等卤素阻燃剂的应用范围受到不同程度的限制，并且现有技术制备的阻燃uhmwpe纤维存在着阻燃性能差，阻燃效果不持久，添加阻燃剂后阻燃uhmwpe纤维的力学强度降低等缺点。

4、因此在提高uhmwpe纤维阻燃性能的同时，还具有较强的力学性能，扩大阻燃uhmwpe纤维应用范围，具有非常大的实际意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的在制备超高分子量聚乙烯纤维过程中需添加溴系等卤素阻燃剂而导致不符合环保要求，且阻燃性能和力学性能差的问题，提供一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与应用。由所述制备方法制备的超高分子量聚乙烯纤维(uhmwpe)同时具有强阻燃性能和高强高模的特点。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

3、步骤1、将超高分子量聚乙烯、阻燃剂和抗氧剂在溶剂中进行溶胀，得到溶胀液；

4、步骤2、将所述溶胀液在双螺杆挤出机进行混炼熔融、挤出，得到高分子熔体；

5、步骤3、将所述高分子熔体送入纺丝甬道进行牵伸，得到超高分子量聚乙烯纤维；

6、其中，所述双螺杆挤出机的加料口温度为25-40℃，所述混炼熔融段的温度为80-180℃；所述双螺杆挤出机的挤出口温度为145-170℃；

7、所述纺丝甬道中，纺丝甬道温度为75-140℃，风量为200-800n3/h；

8、所述牵伸的牵伸频率为15-30。

9、本发明第二方面提供一种由上述方法制备的超高分子量聚乙烯纤维。

10、本发明第三方面提供一种上述方法和/或上述超高分子量聚乙烯纤维在劳保用品和/或防护用品领域中的应用。

11、通过上述技术方案，本发明提供的超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与应用获得以下有益效果：

12、该uhmwpe纤维制备方法简单，将混炼熔融段的温度设定为80-180℃，且双螺杆挤出机的挤出口为145-170℃，纺丝甬道温度为75-140℃，风量为200-800n3/h，牵伸的牵伸频率为15-30时，制备的uhmwpe纤维的断裂强度和模量显著提高。

13、所述uhmwpe纤维添加的无卤阻燃剂，环境友好，可以广泛应用于各类劳保用品、防护工具等民用及军事领域。

技术特征：

1.一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述混炼熔融段为多个混炼熔融段；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述制备方法还包括：脱除所述高分子熔体中溶剂的步骤，并将脱除溶剂的高分子熔体送入纺丝甬道进行牵伸；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，所述溶剂选自十氢萘。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，所述溶胀的条件为：溶胀温度85-100℃，溶胀时间1.5-3.5h。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的制备方法，其中，以所述溶胀液的总重量为基准，所述超高分子量聚乙烯用量为5-9wt％，优选为6-7wt％；所述阻燃剂用量为0.03-0.3wt％，优选为0.03％-0.1wt％；所述抗氧剂用量为0.5-0.9wt％，优选为0.6-0.8wt％。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的制备方法，其中，所述阻燃剂为磷酸酯类阻燃剂，优选选自间苯二酚双(磷酸二苯酯)和/或双酚a双(磷酸二苯酯)；

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的制备方法，其中，所述超高分子量聚乙烯的粘均分子量为500-600万，优选为550-600万。

9.由权利要求1-8中任意一项所述的方法制备得到的超高分子量聚乙烯纤维。

10.权利要求1-8中任意一项所述的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法和/或权利要求9所述的超高分子量聚乙烯纤维在劳保用品和/或防护用品领域中的应用。

技术总结
本发明涉及高分子材料技术领域，公开了超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与应用。所述超高分子量聚乙烯纤维的制备方法包括：步骤1、将超高分子量聚乙烯、阻燃剂和抗氧剂在溶剂中溶胀得到溶胀液；步骤2、将溶胀液在双螺杆挤出机进行混炼熔融、挤出，得到高分子熔体；步骤3、将高分子熔体送入纺丝甬道进行牵伸，得到超高分子量聚乙烯纤维；双螺杆挤出机的加料口温度为25‑40℃，混炼熔融段的温度为80‑180℃；双螺杆挤出机的挤出口温度为145‑170℃；纺丝甬道中，纺丝甬道温度为75‑140℃，风量为200‑800N3/h；牵伸的牵伸频率为15‑30。本发明提供的超高分子量聚乙烯纤维具有强的阻燃、抗老化和力学性能。

技术研发人员：吴小莲,孔凡敏,苏豪
受保护的技术使用者：中石化南京化工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11