超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法

本发明涉及超高分子量纳米纤维，尤其涉及一种超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法。

背景技术：

1、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)存在熔体流动性差、成型加工难的问题，uhmwpe纳米纤维的制备一直是难以解决的行业难题，尤其是尺寸在300nm以下的纳米纤维。目前最优的制备方法是采用静电纺丝的方法制备，但也多在500nm以上，同时该方法制备效率低下，成本高。

2、现有技术中，公开号为cn102041557b的专利公开了一种高强高模聚乙烯纤维的生产方法，该方法通过溶胀溶解、过滤、喷丝、冷冻凝固、预拉伸、萃取、干燥、超倍拉伸、卷绕，其溶胀溶解步骤在一捏合机内进行，经过溶胀溶解步骤得到的透明均一纺丝溶液边搅拌边定量将纺丝溶液喂入单螺杆挤出机中进行挤出，得到高强高模聚乙烯纤维。但是该方法制备的聚乙烯纤维仍处于微米级，这极大地限制了其应用范围，超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备仍是瓶颈问题。

3、有鉴于此，有必要设计一种改进的超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法。该制备方法采用海岛纺丝和晶体结构调控相结合的方法实现uhmwpe纳米纤维的批量制备，通过两组分的挤压、拉伸以及晶粒细化等多个调控作用相结合的方式，实现uhmwpe纤维进一步细化，达到纤维直径300nm以下的宏量制备。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

3、s1，将相对平均分子质量为450万的超高分子量聚乙烯粉末与液体石蜡按照超高分子量聚乙烯粉末：液体石蜡＝2:8的质量比进行预溶胀，得到超高分子量聚乙烯凝胶；

4、s2，将超高分子量聚乙烯凝胶、成核剂、醋酸丁酸纤维素喂入双螺杆挤出机熔融共混、挤出，得到改性凝胶超高分子量聚乙烯纤维；所述成核剂为二苄叉山梨醇、二(对一甲基苄叉)山梨醇或者草酸钛；

5、s3，将步骤s2得到的改性凝胶超高分子量聚乙烯纤维浸泡在丙酮溶液中，利用丙酮萃取掉cab相和液体石蜡，得到直径小于300nm的uhmwpe纳米纤维。

6、进一步地，在步骤s2中，所述超高分子量聚乙烯、成核剂、醋酸丁酸纤维素的质量比为20:(0.5-2):(78-79.5)。优选的，所述超高分子量聚乙烯、成核剂、醋酸丁酸纤维素的质量比为20:1:79。

7、所述成核剂的质量浓度为0.5-2.0wt％，优选的，所述成核剂的质量浓度为1.0wt％。

8、进一步地，在步骤s2中，熔融共混的温度为200-240℃。

9、本发明的有益效果是：

10、1.本发明提供的超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法，首先对uhmwpe粉末进行液体石蜡预溶胀(uhmwpe：液体石蜡＝2:8)，然后将溶胀uhmwpe凝胶、成核剂和cab利用双螺杆挤出机熔融共混，通过挤出过程中发生uhmwpe在线晶体调控以及cab共混对uhmwpe的拉伸和挤压作用实现uhmwpe在熔融共混过程的牵伸和细化，然后采用丙酮萃取掉cab相和液体石蜡，获得uhmwpe纳米纤维，实现uhmwpe纳米纤维直径300nm以下的宏量制备。

11、2.本发明通过使用成核剂二苄叉山梨醇、二(对一甲基苄叉)山梨醇或者草酸钛，利用成核剂引起局部应力不稳定，诱导新的大量晶核产生，达到细化晶粒尺寸，增加晶体数量的目的，促进uhmwpe更易牵伸，纤维尺寸更易细化。成核剂优选草酸钛，原因是当uhmwpe熔融结晶时，草酸钛表面作为给电子体与uhmwpe的亚甲基形成氢键，uhmwpe晶片分子链更易在草酸钛表面生长，形成界面间的穿晶区域，这对于细化晶粒尺寸，增加晶体数量效果更加明显，晶粒细化增强了分子链间作用力，使uhmwpe受大比例牵伸后不易断裂，纤维尺寸更小。

技术特征：

1.一种超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：在步骤s2中，所述超高分子量聚乙烯、成核剂、醋酸丁酸纤维素的质量比为20:(0.5-2):(78-79.5)。

3.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述成核剂为二苄叉山梨醇，所述二苄叉山梨醇的质量浓度为0.5-2.0wt％。

4.根据权利要求3所述的超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯、二苄叉山梨醇、醋酸丁酸纤维素的质量比为20:(0.5-2):(78-79.5)。

5.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述成核剂为二(对一甲基苄叉)山梨醇，所述二(对一甲基苄叉)山梨醇的质量浓度为0.5-2.0wt％。

6.根据权利要求5所述的超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯、二(对一甲基苄叉)山梨醇、醋酸丁酸纤维素的质量比为20:(0.5-2):(78-79)。

7.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述成核剂为草酸钛，所述草酸钛的质量浓度为0.5-2.0wt％。

8.根据权利要求7所述的超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯、草酸钛、醋酸丁酸纤维素的质量比为20:(0.5-2):(78-79.5)。

9.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法，其特征在于：在步骤s2中，熔融共混的温度为200-240℃。

技术总结
本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纳米纤维的制备方法。该方法首先对UHMWPE粉末进行液体石蜡预溶胀(UHMWPE：液体石蜡＝2:8)，然后将溶胀UHMWPE凝胶、成核剂和CAB利用双螺杆挤出机熔融共混，通过挤出过程中发生UHMWPE在线晶体调控以及CAB共混对UHMWPE的拉伸和挤压作用实现UHMWPE的牵伸和细化，然后采用丙酮萃取掉CAB相和液体石蜡，获得UHMWPE纳米纤维，实现UHMWPE纳米纤维直径300nm以下的宏量制备。该方法通过海岛纺丝和晶体结构调控相结合的方法实现UHMWPE纳米纤维的宏量制备，通过组分比和实验参数的改变实现UHMWPE纳米纤维的灵活调控，满足多种尺寸UHMWPE纳米纤维的可控制备，解决了UHMWPE纳米纤维难以制备和产品单一的问题。

技术研发人员：王栋,杨晨光,刘轲,王雯雯,张孝永,严坤,夏明
受保护的技术使用者：武汉纺织大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/21