[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与应用，制备方法包括以下步骤：1)将超高分子量聚乙烯树脂粉、助剂及溶剂混合均匀，之后在95‑105℃下进行多级高剪切乳化，乳化时间为15‑40分钟，得到纺丝原液；2)将纺丝原液采用饱和进料的方式，送入双螺杆挤出机中进行溶解纺丝，经后处理即得到超高分子量聚乙烯纤维，制得的超高分子量聚乙烯纤维用于防弹制品中。与现有技术相比，本发明采用预混、多级高剪切乳化、饱和进料等方式，一方面控制纺丝原液的均匀性，另一方面，通过调整乳化的时间和温度，来提高溶剂的浸润，并促进溶胀，从而保证成品性能的稳定和提高。

技术领域

本发明属于超高分子量聚乙烯纤维制备技术领域，涉及一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与应用。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维是目前已经工业化的纤维材料中比强度最高的纤维，具有优异的高强、高模、耐磨、耐化学腐蚀等性能，广泛地应用在国防军事、海工缆绳、个体防护等领域，尤其是在军用安防产品中的需求不断增长，相应的技术要求也逐年上升。对于单兵防弹产品，其要求轻、薄、软，这就对制作防弹衣的纤维等原材料提出了更高的性能要求，不仅要性能高，而且还要波动范围小，因为性能波动大就意味着最低值子弹击穿的可能大，为了保留余量，减重减薄就比较困难了。

因此，生产厂家不断寻求更完善的超高分子量聚乙烯纤维生产工艺，来追求性能的稳定和提高。

例如，中国发明专利CN101691673A公开了一种超高分子量聚乙烯纤维制备工艺，是将超高分子量聚乙烯粉末和溶剂注入解缠釜，并在氮气保护下形成均一乳液状混合液，然后混合液在常温下通过储料罐边搅拌边定量喂入螺杆挤出机进行纺丝而成。该方法虽然简单，但在常温下并不能达到分子链解缠的目的，所以其对成品性能的提升也是极有限的。

中国发明专利CN111118615A公开了一种超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液处理方法，该方法是将超高分子量聚乙烯粉末、溶剂以及助剂等注入到高压搅拌釜中，开启乳化搅拌，并保持高压腔室内的压力为1.5-5MPa，更优选为3MPa，温度为110-128℃，更优选为125℃；然后经高压处理后的混合液注入到单螺杆挤出机中，最后再进入双螺杆挤出纺丝。该方法中的乳化装置位于高压腔室内，转速度为2000-5000r/min，优先为3500r/min，乳化时间为2-5h。该方法存在以下几个问题：①3MPa左右的高压釜，对长期生产而言，是个安全隐患；②乳化时间过长，影响生产效率；③125℃下，高压腔内的超高分子量聚乙烯粉末已处于溶胀状态，会因表面黏连而抱团，从而加速相分离，因此无法保证均一稳定地输送到后续的单螺杆中。

中国发明专利CN109943900A公开了一种对超高分子量聚乙烯纺丝体系预处理的方法，该方法为：在真空腔室内，使超高分子量聚乙烯粉末完成表面吸附水脱除，然后注入一定温度的溶剂进行搅拌混合，通过保温保压，完成溶剂对树脂的浸润，再进行冻胶纺丝制得纤维。其真空腔室的压力为0.001-0.06Mpa，温度为50-90℃，保温保压时间为2-16h，搅拌速率为20-200r/min。该方法对树脂进行了预处理，有利于后续制得均一的纺丝溶液，但保温保压时间过长，影响生产效率。

此外，还有一些厂家采用更高分子量的原材料树脂来提高成品性能，有的甚至达到七、八百万，这无疑增加了加工难度，也不利于生产效率的提高和成本控制，尤其是纤维的均匀性难以保证，性能波动大，也就无法满足最终防弹产品减重减薄的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与应用，不仅性能好，而且偏差小，尤其适用于防弹制品中。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将超高分子量聚乙烯树脂粉、助剂及溶剂混合均匀，之后在95-105℃下进行多级高剪切乳化，乳化时间为15-40分钟，得到纺丝原液；