[发明专利]蠕变优化的UHMWPE纤维

说明书

本发明涉及一种蠕变优化的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维、其制备方法以及包含所述UHMWPE纤维的各种产品，诸如绳索、网、医疗器械、织物、叠层、复合制品以及防弹制品。

在过去数十年中，许多研究项目集中在改善合成纤维的蠕变性能，因为这种纤维极其适用于范围广泛的应用中，其中轻量和强度是推动因素。合成纤维的一个例子是UHMWPE纤维，其成功地满足了重量和强度的要求。UHMWPE纤维几乎能立即用于系泊绳索、复合材料的增强、医疗设备、货网等的原因是这些材料结合了几乎无可匹敌的强度以及抗紫外线性、耐化学性、耐切割性和耐磨损性及其它有利性质。

但是UHMWPE纤维有一个缺点，成为在其长期应用中最佳利用的障碍，该缺点与其蠕变行为有关。据观察，使用UHMWPE纤维的系统，尤其是那些长期置于负荷下的系统的最终失效模式，是由于蠕变导致的破裂或故障。因此，这样的系统，特别是意欲长期或超长期使用的那些，必须过度设计足够维持多年，例如超过10年，并在某些情况下超过甚至30年。因此，认为工业中存在迫切需要，即需要一种具有优化的蠕变行为的UHMWPE纤维。因此许多旨在改善UHMWPE纤维的研究项目专注于其蠕变行为，并且几乎所有这些项目把重点仅仅放在优化其蠕变速率上。

例如，JP6280111的发明人认识到，用支化的UHMWPE聚合物制造纤维可以产生具有良好的抗蠕变性的纤维。JP6280111因而公开了一种高度支化的UHMWPE，例如每100个碳原子具有不止1个分支，并且公开了一种用其制造纤维的方法。然而，据观察，如JP6280111中描述的高度支化的UHMWPE可能对最终纤维性能产生有害影响，并可能仍然不能提供具有优化的蠕变行为的纤维。

从EP1,699,954中已知具有良好蠕变行为的UHMWPE纤维的其它实例及其制备方法；所公开的UHMWPE纤维在600MPa的负荷下在70℃下测量的蠕变速率低至1x10^-6sec^-1并且拉伸强度高达4.1GPa。

WO2009／043598和WO2009／043597也公开了具有蠕变速率和拉伸强度的良好组合的UHMWPE纤维，例如在600MPa的负荷下在70℃下测量蠕变速率为至多5x10^-7sec^-1，拉伸强度为至少4GPa。

US5,578,374公开了一种低蠕变速率、高模量、低收缩、高韧性且在高温下具有良好强度保留的UHMWPE纤维，以及该纤维的制备方法。

然而，本发明人观察到，除了UHMWPE纤维的蠕变速率，其它的蠕变性能也需要被改善。在恒定负荷下，UHMWPE纤维表现出强烈地依赖于负荷和温度的不可逆变形。该不可逆变形的速率称为蠕变速率，是UHMWPE纤维如何快速经历所述变形的量度。然而，长期的负荷下的UHMWPE纤维的生存性(survivability)，或换句话说，在UHMWPE纤维可用于特定应用而不需要替换的时间，也需要改善。非常令人惊讶的是，有人观察到，具有良好的蠕变速率的UHMWPE纤维可能会显示出比较差的生存性。

因此立即认识到，从工程角度来看，所述UHMWPE纤维的生存性是需要主要被优化的，转而使用其的任何系统或设备的设计和／或使用寿命也可以得到优化。此外，观察到，尽管对蠕变速率优化进行了大量研究，但具有最佳的生存性的UHMWPE纤维目前不可获得。

因此，本发明的目的可以是提供一种具有优化的生存性的UHMWPE纤维。本发明的另一个目的可以是提供一种具有优化的生存性以及良好的拉伸性能(例如拉伸强度、拉伸模量和／或断裂伸长率)的UHMWPE纤维。本发明的另一个目的可以是提供一种与现有的UHMWPE纤维的生存性相比具有改善的生存性的UHMWPE纤维。

本发明提供了一种通过如下的UHMWPE的纺丝而得到的蠕变优化的UHMWPE纤维，所述UHMWPE包含烯属分支(OB)并且具有伸长应力(elongational stress，ES)，并且每1000个碳原子的烯属分支的数量(OB／1000C)与伸长应力(ES)之间的比例为至少0.2，其中在70℃的温度下经受600MPa的负荷时所述UHMWPE纤维的蠕变寿命为至少90小时，优选至少100小时，更优选至少110小时，甚至更优选至少120小时，最优选至少125小时。优选地，所述UHMWPE的特性粘度(IV)为至少5dl／g。