[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维的预处理分散方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维的预处理分散方法，属于造纸技术领域。

背景技术

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维是继芳纶纤维和碳纤维之后的世界第三代高性能特种纤维，外观为白色，具有模量高、强度高、质量轻、耐光性好、耐低温、化学稳定性好、使用寿命长等优异的性能，还具有良好的耐化学腐蚀、比能量吸收高、电磁波透射率高、摩擦系数低、优良的耐冲击和抗切割性能，以及不吸水、与生物相容性好等特点，并且是所有高强高模纤维中密度最小的纤维，公称值只有0.97g/cm^-3，是唯一能够漂浮在水面上的高性能纤维。纤维的高分子量、高取向度、分子链的高度缠结以及高结晶度等特点，使其拥有极好的综合性能。其比强度是目前在使用的纤维中最高的，比对位芳纶还高40％，是优质钢丝的 15 倍以上，是普通化学纤维和优质钢纤维的10倍，仅次于碳纤维，使用温度可低至零下150℃。其综合性能已经超过了芳纶。

UHMWPE纤维多种优良的特性，使它在高性能纤维的市场上表现出极大的优势。目前已在航空航天、海洋开发、军事、体育用品、建筑工程加固增强材料、过滤材料、生物材料、增强复合材料等产业取得不同程度的研究应用进展。

利用湿法成型工艺制备UHMWPE纤维纸，是一种新的制备UHHMWPE材料的方法，这种方法技术操作相对简单、生产工艺能耗低，制得的纸页匀度好，孔隙率大，孔径均匀，厚度范围大，绝缘性好，在工艺上具有很大的成本和技术优势。利用湿法成型技术制备植物纤维或者其它化纤的纸基材料的技术比较成熟，而UHMWPE材料本身的高强高模性、化学稳定性、密度低等优良性能相比于植物纤维和其他化纤都是非常可取的。

专利公开号为CN104343041A的中国发明专利提供了一种间位芳纶纸的制备方法，其分散工艺主要是机械分散，将芳纶短切纤维经水力碎浆机疏解后经高频疏解机疏解，将芳纶沉析纤维加入水力射流分散装置分散成芳纶沉析纤维浆料，再经过水力碎浆机疏解，离心式筛浆机进行筛浆，将通过筛网的浆料与疏解后的芳纶短切纤维浆料混合，将混合浆料不添加助剂，直接经上网抄造、压榨脱水、干燥，得到原纸。对于UHMWPE纤维来说，该工艺所述的机械作用不仅不利于纤维的分散而且会导致纤维的缠卷打结，使得最后的纸张匀度更差，对于高强高模的超高分子量聚乙烯纤维来说，机械分散是不适合的。

专利公开号为CN102268832A的中国发明专利提供了使用落叶松化机浆生产中高档文化用纸的制浆造纸工艺，该工艺依照传统的制浆造纸工艺制备文化纸，经过打浆分散纤维并将纤维打浆到合理的打浆度范围内，在制浆工艺后上网成型，但是对于UHMWPE纤维来说，传统的打浆工艺将导致纤维的缠卷，且纤维密度轻无法形成均匀的纤维悬浮液，植物纤维的分散方法不适用于UHMWPE纤维，必须经过更多的预处理。

对于湿法抄造工艺来说，纤维能否均匀的分散是决定制得的产品质量是否合格的的重要因素，换句话说，纤维分散不好，意味着整个湿法抄造工艺无法完成。在传统的湿法抄造工艺中，打浆是纤维分散的重要步骤，包括现有的一些其他高性能化纤的湿法抄造过程，打浆也是必不可少的环节，而UHMWPE纤维具有高强高模性，传统的打浆作用无法切断纤维，却使得纤维缠结，这不利于纤维的分散，反而给后续的其他工艺带来负面影响。另外，UHMWPE纤维没有亲水基团，使得纤维具有疏水性，且纤维密度比水小，这既是优点也是阻碍纤维在水中良好分散的因素，本身疏水的纤维密度小，会导致纤维上浮，这些都是不利于纤维分散的因素。导致后期制备的产品匀度不够，性能也将受到负面影响。本发明通过提高纤维的亲水性，降低界面张力辅以适当的机械分散来促进纤维的分散。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于湿法抄造的UHMWPE纤维的预处理分散方法。本发明的侧重点是解决UHMWPE纤维分散难的问题，主要经过纤维洗涤-超声预处理-疏解分散-分散剂分散。

按照本发明提供的技术方案，一种超高分子量聚乙烯纤维的预处理分散方法，步骤为：

（1）洗涤：取超高分子量聚乙烯纤维，采用浓度为0.1×l0^-3-5.0×l0^-3mol/L溶剂对其进行洗涤，去除纤维表面杂质；

（2）渗透：取步骤（1）所得超高分子量聚乙烯纤维，按照绝干浆用量的2%-20%加入渗透剂，按照水纤比为100-10:1加水，然后在温度为30-60℃、20-100kHz超声条件下处理2min-48h，得到纤维悬浮液；