[发明专利]通过辐照降解超高分子量聚乙烯表层分子的方法及其在熔融纺丝中的应用

说明书

本发明属于超高分子量聚乙烯熔融纺丝领域，具体公开了通过辐照降解超高分子量聚乙烯表层分子的方法及其在熔融纺丝中的应用，该方法采用高频段X射线辐照超高分子量聚乙烯使其表层分子老化降解，高频段X射线频率范围为10¹⁹~10²¹Hz，高频段X射线辐照剂量均大于3kGy/h，这可以保证在所有辐照实验中，自由基生成速率低于氧气的扩散速率，使辐射裂解占优势。辐照之后将此超高分子量聚乙烯进行熔融纺丝，纺丝机从进料口至喷丝口模温度依次为150~160℃、200℃~230℃、200℃~230℃、230℃~260℃、230℃~260℃，喷丝口模直径0.5~1.5mm，初生丝牵伸倍数为2~10倍，二次热拉伸倍数为2~10倍，二次热拉伸温度为60~100℃。本发明方法能够解决因超高分子量聚乙烯熔体粘度高而导致无法直接熔融纺丝的难题。

技术领域

本发明属于超高分子量聚乙烯熔融纺丝领域，具体涉及一种通过辐照降解超高分子量聚乙烯表层分子的方法及其在熔融纺丝中的应用。

背景技术

超高分子量聚乙烯一般指粘均分子量在150万以上的线性聚乙烯，具有极其优异的综合性能，其耐磨损性能居塑料之首，比一般碳钢耐磨数倍，比尼龙耐磨4倍，在自润滑条件下，其摩擦系数仅为0.10～0.22，远远低于尼龙和其它塑料，与聚四氟乙烯相当。超高分子量聚乙烯的耐化学腐蚀性能好，冲击强度远远优于韧性极好的聚碳酸酯，甚至在低温-195℃时，仍能保持很好的韧性和强度，不会脆裂。此外，超高分子量聚乙烯无毒性，无污染，能循环回收利用，被称为“惊异的塑料”，近年来这种新型塑料制品在欧美各国得到广泛使用，需求量越来越大。在我国超高分子量聚乙烯制品应用也越来越广泛，现已被广泛地应用于热力发电、船舶、海洋、纺织、造纸、食品、化工、陶瓷工业、农业、包装、矿山、建筑、医疗、体育、娱乐、军事过滤器材的滤芯等领域。

超高分子量聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维之一，具有高比强度和高比模量，比强度是同等截面钢丝的十多倍，纤维密度低(0.97-0.98g/cm³)，能浮在水面上，断裂伸长率低、断裂功大，吸收能量的能力很强，因而具有突出的抗冲击性和抗切割性，冲击吸收能比对位芳酰胺纤维高近一倍，耐化学腐蚀、耐磨、有较长的挠曲寿命。利用其优异的耐冲击性能，超高分子量聚乙烯纤维在军事上可以制成防护衣料、防弹材料、头盔，直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣、防刺衣、盾牌等，其中以防弹衣的应用最为引人注目。在航天工程中，由于该纤维复合材料轻质高强和抗冲击性能好，适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。该纤维也可以用作航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索，取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索。用该纤维制成的绳索、缆绳适用于负力绳索、重载绳索、救捞绳、拖拽绳、帆船索和钓鱼线等。该绳索在用于超级油轮、海洋操作平台、灯塔等的固定锚绳方面，解决了以往使用钢缆遇到的锈蚀和尼龙、聚酯缆绳遇到的腐蚀、水解引起缆绳强度降低和断裂，需经常进行更换的问题。

极高的分子量在赋予超高分子量聚乙烯优异性能的同时，也使得其分子缠结极其严重，熔体粘度极高，其在熔点以上并不熔融成粘流态，而仍处于高弹态，而且，超高分子量聚乙烯具有很低的摩擦系数，在螺杆上塑化时容易打滑、不易进料，故很难沿螺槽推进，常常堵塞在螺杆的压缩部分，并与螺杆一起旋转形成“料塞”。所以，尽管超高分子量聚乙烯分子结构排列与高密度聚乙烯很相似，但是超高分子量聚乙烯无法像高密度聚乙烯一样通过一般的螺杆挤出机熔融纺丝，而是先以十氢萘等溶剂溶胀解缠结超高分子量聚乙烯分子，然后进行凝胶纺丝，并将丝条中大量的溶剂萃取、置换出来，从而得到“纯”的高强度聚乙烯纤维，大量使用溶剂导致该方法不环保。到目前为止，很难找到一种即经济实用、安全环保，萃取效果又好，还无毒、无味的理想萃取剂。一些研究表明将超高分子量聚乙烯与某些中低分子量聚合物(例如低密度聚乙烯)共混，可以实现超高分子量聚乙烯熔融纺丝，但是所得丝的机械强度明显降低。如何通过熔融纺丝法获得高强度超高分子量聚乙烯纤维是一个长期尚未解决的难题。

发明内容