[发明专利]超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，包括将萃取溶剂后的超高分子量聚乙烯初生丝置于含有辐敏交联剂的改性溶液中进行浸渍处理；所述浸渍后的初生丝经过干燥，多级热空气牵伸；采用高能射线辐照所述牵伸后的纤维，从而获得经辐照交联的超高分子量聚乙烯纤维。本发明提供的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法通过在萃取溶剂后超高分子量聚乙烯初生丝中引入辐敏交联剂，使辐敏交联剂极易进入纤维内部，在拉伸过程镶嵌在纤维大分子间，并通过高能射线的辐照引发超高分子量聚乙烯纤维交联，因此，本发明的过程简单，操作方便，由此制得的超高分子量聚乙烯纤维具有高强度、低蠕变的性能。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维，其密度比水小，是目前唯一一种能够漂浮在水面上的高性能纤维，具有优异的力学性能。其主链结构好，具有很高的比强度，在相同质量下，其强度是钢丝绳的15倍、普通化学纤维和优质钢的10倍，比芳纶高40％，仅次于特级碳纤维，且耐光性好，在户外暴露1年以上其强度稍有下降。超高分子量聚乙烯纤维具有高强度、高模量、较好的耐磨性、耐候性和耐腐蚀性，被广泛应用于防弹防护用品、舰艇帆板、运动器材、绳索，以及缆绳和渔网等海上用品。

但是，超高分子量聚乙烯纤维大分子主链由亚甲基组成、无侧链，分子没有极性，分子链之间只有范德华力作用，分子间作用力低。在承载过程中，分子链之间以及晶片之间容易产生相对滑移，导致尺寸、形态的不稳定，在宏观上表现为较大的蠕变，限制了其在国民经济领域中的应用。因此，采用方法改善蠕变性能，对超高分子量聚乙烯纤维的进一步发展和应用具有重要的意思。

日本专利JP6208111、国际专利WO2009043598、以及申请号CN200880110448.1、CN200880110402.X、CN201210327505.X、CN201280029173.5的发明专利，介绍了从分子结构出发改善纤维蠕变性的方法，选用的原料为具有极低支链结构的超高分子量聚乙烯纤维原料，其支化度为每100或1000个碳原子包含2个以下的甲基侧基或乙基、丁基等短链基团。但是，该方法中支化分子链在拉伸过程中受到束缚，影响纤维的最终牵伸倍数，进而影响纤维的断裂强度。

申请号CN200910162583.7、CN201110271729.9、CN201310471406.3的发明专利，介绍了改善超高分子量聚乙烯纤维抗蠕变性的方法，在纺丝过程中添加无机纳米粉体(比如奈米无机复合材料、碳纳米管、石墨烯粉料、SiO2)，通过无机纳米颗粒的物理交联点使得分子之间发生交联，从而提高纤维的抗蠕变性能。但是，无机纳米颗粒的添加会使得超高分子量聚乙烯纤维可纺性变差，进而影响纤维的力学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，以提高其抗蠕变性能。

基于上述目的，本发明提供的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：

将萃取溶剂后的超高分子量聚乙烯初生丝置于含有辐敏交联剂的改性溶液中进行浸渍处理；

所述浸渍后的初生丝经过干燥，多级热空气牵伸；

采用高能射线辐照所述牵伸后的初生丝，从而获得经辐照交联的超高分子量聚乙烯纤维。

在本发明的一些实施例中，所述高能射线为电子束或者伽马射线。

在本发明的一些实施例中，所述采用高能射线辐照所述牵伸后的初生丝的步骤是在真空、氮气、氩气或乙炔气中进行，所述高能射线的辐照剂量为1～500kGy。

在本发明的一些实施例中，所述含有辐敏交联剂的改性溶液与超高分子量聚乙烯初生丝的质量比为5:1～50:1。