[发明专利]高韧性聚乙烯纱

说明书

本发明的背景 

1.本发明的领域 

本发明涉及制备具有改进拉伸性能的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复丝纱的方法以及所生产的纱和制品。 

2.相关技术的描述 

已经生产出具有高强度性能如韧性、拉伸模量和断裂能的UHMWPE复丝纱。该纱可用于需要冲击吸收性和防弹性能的应用中，如胸甲，防护帽，护胸板，直升机坐位，防碎层；复合材料运动设备如橡皮艇、划艇、水上自行车和船；和用于钓鱼线，帆，绳，医用缝合线和织物。 

复丝“凝胶纺丝”超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纱是由Honeywel1International Inc.，DSM N.V.，Toyobo Co.，Ltd.和TongyizhongSpecialty Fibre Technology and Development Co.，Ltd生产的。凝胶纺丝过程阻止折叠链分子结构的形成和有利于更有效地传输张力负荷的伸直链结构的形成。 

在凝胶状态下单个UHMWPE长丝的制备和拉伸的首次描述是由P.Smith，P.J.Lemstra，B.Kalband A.J.Pennings，Poly.Bull.，1，731(1979)完成的。UHMWPE的单个长丝是从溶液纺丝的并且在蒸发溶剂的同时进行拉伸。更新的方法(参见，例如，美国专利(USP)4,551,296，4,663,101，6,448,659和6,969,553)描述了拉伸溶液长丝，凝胶长丝和无溶剂长丝的全部三种。USP4,551,296，4,663,101，5,741,451，6,448,659和6,969,553和美国申请20050093200的公开内容在与本申请相适应的程度上被引入这里供参考。 

聚乙烯分子的理论强度直接与它的分子量相关。(D.C.Prevorsek，Handbook of Fiber Science and Technology，Vol.3，Section 3.2，P.48-59，Marcel Dekker，Inc.，New York 1996；Y.Tremonia et al.， Macromolecules，18，2246(1985))。聚乙烯纤维的实验上可实现的强度直接与聚乙烯(从它纺丝纤维)的分子量有关，并且还与起始聚合物的分子量分布的宽度有关。(P.Smith et al.，J.Poly.Sci.，Poly.Phys.Ed.， 20 2229(1982))。通过纺丝具有低于7的重均分子量与数均分子量比率(M_w/M_n)的聚合物有利于获得更高的纤维强度。然而，似乎表明M_w/M_n从7到15.6的变化不影响拉伸强度。 

USP 4,436,659教导了M_w/M_n低于5的UHMWPE的纺丝，该聚合物通过具有较宽分子量分布的聚合物的分级来获得或通过使用特定的催化剂体系和/或特定的反应条件由聚合反应获得。 

USP 5,547,626教导了特性粘度(IV)(聚合物到纤维)降低到比初始聚合物IV低了10％-30％的最终IV。降低的上限据说是必要的，因为平均分子量的过分下降将引起纤维韧性的下降。该专利教导了聚乙烯溶液在氧化条件下的纺丝，例如，在纺丝溶液中不使用抗氧化剂和压纺纤维在空气中的冷却。在USP 5,547,626没有规定的重要工艺系数是挤出物温度，在单螺杆挤出机中的停留时间，在挤出物中聚合物的特性粘度，以及螺杆直径、转速和螺杆构型。 

G.R.Rideal等人的研究，标题“The Thermal-MechanicalDegradation of High Density Polyethylene”，J.Poly.Sci.，Symposium，No 37，1-15(1976)发现氧气的存在会促进剪切诱导的断链，但是在氮气氛围中在低于290℃的温度下，长链支化和粘度提高则占支配地位。