[发明专利]超高分子量聚乙烯纺丝溶液的制备方法和超高分子量聚乙烯纤维

说明书

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯纺丝溶液的制备方法和超高分子量聚乙烯纤维。本发明超高分子量聚乙烯纺丝溶液的制备方法包括如下步骤：将超高分子量聚乙烯料于助剂中采用物理方法进行辅助预溶胀处理，获得超高分子量聚乙烯溶胀液；将所述超高分子量聚乙烯溶胀液进行热溶解处理。本发明超高分子量聚乙烯纺丝溶液的制备方法能够使得所述超高分子量聚乙烯料初步溶胀，分子链得到初步解缠结，从而有效缩短了超高分子量聚乙烯溶解时间，降低了其溶解温度，避免了UHMWPE料在高温、长时间溶解条件下导致其分子量过度降解，从而赋予所述超高分子量聚乙烯纤维相关性能的稳定性。

技术领域

本发明属于聚合物纤维技术领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯纺丝溶液的制备方法和超高分子量聚乙烯纤维。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是继碳纤维、芳纶之后的世界三大高性能纤维之一。超高分子量聚乙烯纤维外观为白色，是高性能纤维中密度最小的纤维，也是唯一能够浮在水面上的纤维，具有优秀的物理机械性能，它是国家安全和经济建设中不可或缺的重要战略材料。在抗海水腐蚀的轻质结构复合材料和其他制品方面具有极大的优势，在现代化战争、航空、航海、防御装备、电子、兵器、造船、建材、体育、医疗等诸多领域发挥着举足轻重的作用。

冻胶纺丝-超倍拉伸技术是制备UHMWPE纤维最成功的纺丝制备方法。 1979年DSM公司顾问Penning、Smith等申请了采用冻胶纺丝法-超倍热牵伸技术制取超高分子量聚乙烯纤维的第一个专利，该公司于1985年正式商业化生产。自此，打开了聚乙烯纤维在高性能纤维领域应用的大门，并且引起了世界工业强国的极大兴趣和关注。同年与日本的Toyobo(东洋纺)公司建立了联合公司，并于1989年投产。DSM公司在凝胶纺丝法上的突破，当时立刻引起了工业强国的注意，美国AlliedSignal(现为Honeywell，即霍尼韦尔)公司抢先购买了该专利权，于1983年也取得自行研发技术的美国专利，该公司则于 1989年正式商业化生产，其产品在北美地区销售。1982年日本Mitsui(三井) 公司，利用其自有研发技术紧追其后，也于1983年通过欧洲专利评审，并于 1988年正式商业化生产。以上三家是世界上主要生产超高分子量聚乙烯纤维的公司，形成欧洲、美洲和亚洲三强鼎立的局面。

由于UHMWPE的分子量在百万级以上，分子链之间缠结严重、且分子极性小、结晶度高，致使UHMWPE的溶胀和溶解困难。目前工业上常用的溶剂为十氢萘(以DSM为代表)和白油(以Honeywell为代表)。十氢萘的溶解性较好，溶解温度较低，但十氢萘的价格昂贵且有毒；白油无毒、价格低，但溶解温度高，溶解时间长。UHMWPE因分子量巨大，粘度特高，分子链内和分子链间缠结严重，极不利于均匀溶解。为了解决UHMWPE的均匀溶解。有人将UHMWPE溶胀后采用双螺杆挤出机进一步溶解UHMWPE制备均匀溶液的方法，但UHMWPE在双螺杆中溶解受到许多因素的制约，如剪切断链，受热降解，氧化降解等，很容易造成UHMWPE最终性能的下降。正因这样，现有 UHMWPE纤维成本高或者性能不稳定。因此，如何高效解决UHMWPE的均匀溶解问题成为了制备UHMWPE纤维的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种超高分子量聚乙烯纺丝溶液的制备方法，以解决由于现有超高分子量聚乙烯纺丝溶液均匀性和稳定性不理想的技术问题。

本发明另一目的在于提供一种超高分子量聚乙烯纤维，以解决现有制备的超高分子量聚乙烯纤维成本高和性能不稳定的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种超高分子量聚乙烯纺丝溶液的制备方法，包括如下步骤：

将超高分子量聚乙烯料于助剂中采用物理方法进行辅助预溶胀处理，获得超高分子量聚乙烯溶胀液；

将所述超高分子量聚乙烯溶胀液与溶解溶剂混合处理后进行热溶解处理。