[发明专利]超高强度UHMW PE纤维和产品

说明书

发明领域

本技术涉及超高分子量聚乙烯（UHMW PE）长丝和由这样的长丝形成的纱线，以及UHMW PE长丝的制备方法。

相关技术描述

已经制成具有高拉伸性质，如韧度、拉伸模量和致断能量的由超高分子量聚乙烯树脂制成的复丝UHMW PE纱。例如Honeywell International Inc.生产复丝“凝胶纺成”UHMW PE纱。凝胶纺丝工艺阻碍折叠链分子结构的形成并有利于形成更有效传播拉伸载荷的伸展链结构。该纱线可用于许多用途。

例如日本的Mitsui Chemicals、欧洲的Ticona Engineered Polymers和DSM；巴西的Braskem、印度的Reliance和中国的至少一家公司生产超高分子量的聚乙烯树脂。AlliedSignal Co.在1985年最早通过溶液纺丝由UHMW PE树脂商业生产高强度、高模量纤维。在从那时起的二十年商业纤维生产中，经验表明，具有名义上相同的分子特征，如通过特性粘度测得的平均分子量、分子量分布和短链支化度的UHMW PE树脂可能以许多不同方式加工。例如，已经发现，来自相同供应商的表现上复制批次的UHMW PE树脂相当不同地加工。

发明概述

本技术涉及超高分子量聚乙烯（UHMW PE）长丝和由这样的长丝形成的纱线，以及UHMW PE长丝的制备方法。

一方面，提供制造由超高分子量聚乙烯（UHMW PE）制成的凝胶纺纱线的方法，其包括步骤：将包含UHMW PE和纺丝溶剂的浆料供入挤出机以产生液体混合物，所述UHMW PE具有至少大约30 dl/g的在135℃下在十氢化萘中的特性粘度；使所述液体混合物经过加热容器以形成包含UHMW PE和纺丝溶剂的均匀溶液；由所述加热容器向喷丝头提供所述溶液以形成溶液纱（solution yarn）；以大约1.1:1至大约30:1的拉伸比拉伸出自喷丝头的溶液纱以形成拉伸溶液纱；将拉伸溶液纱冷却至低于UHMW PE聚合物的胶凝点的温度以形成凝胶纱（gel yarn）；在一个或多个阶段中以大约1.1:1至大约30:1的第一拉伸比DR1拉伸所述凝胶纱；以第二拉伸比DR2拉伸所述凝胶纱；在溶剂脱除装置中从所述凝胶纱中除去纺丝溶剂以形成干纱；在至少一个阶段中以第三拉伸比DR3拉伸所述干纱以形成部分取向纱；将所述部分取向纱转移至后拉伸操作；和在后拉伸操作中将所述部分取向纱拉伸至大约1.8:1至大约15:1的第四拉伸比DR4以形成韧度大于大约45 g/d (40.5 g/dtex)的高取向纱产品。

另一方面，提供制造由超高分子量聚乙烯（UHMW PE）制成的凝胶纺纱线的方法，其包括步骤：将包含UHMW PE和纺丝溶剂的浆料供入挤出机以产生液体混合物，所述UHMW PE具有大约100微米至大约200微米的平均粒度和至少大约30 dl/g的在135℃下在十氢化萘中的特性粘度；使所述液体混合物经过温度为大约220℃至大约320℃的加热容器以形成包含UHMW PE和纺丝溶剂的均匀溶液，所述溶液包括所述溶液的大约5重量%至大约20重量%的量的UHME PE；由所述加热容器向喷丝头提供所述溶液以形成溶液纱；以大约1.1:1至大约30:1的拉伸比拉伸出自喷丝头的溶液纱以形成拉伸溶液纱；将拉伸溶液纱冷却至低于UHMW PE聚合物的胶凝点

的温度以形成凝胶纱；在一个或多个阶段中以大约1.1:1至大约30:1的第一拉伸比DR1拉伸所述凝胶纱；以第二拉伸比DR2拉伸所述凝胶纱；在溶剂脱除装置中从所述凝胶纱中除去纺丝溶剂以形成干纱；在至少一个阶段中以第三拉伸比DR3拉伸所述干纱以形成部分取向纱，所述部分取向纱具有大于大约19 dl/g的特性粘度；将所述部分取向纱转移至后拉伸操作；和在后拉伸操作中将所述部分取向纱拉伸至大约1.8:1至大约15:1的第四拉伸比DR4以形成韧度大于大约45 g/d (40.5 g/dtex.)的高取向纱产品。

附图简述

为举例说明，选择具体实例并显示在附图中，其构成说明书的一部分。

图1图解生产UHMW PE凝胶纺成长丝和纱线的工艺流程图。

图2图解图1的方法中可用的后拉伸工艺的一个实例。

图3图解图2的后拉伸工艺中可用的加热装置的一个实例。

图4图解各种UHMW PE凝胶纺成纱的试验结果的图。

详述