[发明专利]改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其中制备方法包括将超高分子量聚乙烯树脂和溶剂混合并喂入双螺杆挤出机的螺杆A，将超高分子量聚乙烯粉末与溶剂混合并喂入双螺杆挤出机的螺杆B；挤出的溶体汇合进入切片分层强制自组装工段中，以此将溶体进行多次强制切片分层；切片分层后的溶体通过喷丝板，形成溶体丝条，将溶体丝条经过水槽冷却，凝固形成冻胶纤维；超倍拉伸，得到成品改性超高分子量聚乙烯纤维。与现有技术相比，本发明通过对含有添加剂的UHMWPE溶体进行强制自组装的方式，使得改性添加物在UHMWPE溶体中实现更加均匀的分散，可以获得更加优异的力学性能和功能特性、抗切割性、导热性和耐磨性。

技术领域

本发明涉及一种高分子化合物聚合加工领域，尤其是涉及一种改性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(UHMWPE)纤维是世界三大高性能纤维之一，得益于UHMWPE的高分子量和高结晶度，UHMWPE纤维拥有极好的力学性能，同时其轻质，防切割，耐磨，导热系数高等特性，使其在军用装备，缆绳，防护手套以及凉席等领域都有应用。

然而，UHMWPE结构简单，分子惰性的特征也使得其改性变得较为困难，特别是粉末状添加剂添加改性。粉末添加改性是一种简单高效的改性方式，通过将粉末分散在基体材料中，可以有效的将粉末的特性与基体材料特性结合，使基体材料的某些性能得到明显提升。例如，在UHMWPE纤维行业中，纤维抗切割性能可以通过在纤维中添加不同的无机氧化物颗粒来得到大幅度提升。

然而由于添加的粉末改性剂与基体材料一般性质差异较大，其在基体材料中的分散性往往成为改性效果的最重要因素，特别是当改性添加粉末的尺寸达到纳米级别的时候，如果添加物在基体中分散不佳，很可能改性效果适得其反。UHMWPE的分子惰性使得粉末添加剂在基体材料中的分散成为研究和生产的难点。

关于UHMWPE添加改性的分散性问题，中国UHMWPE纤维生产者已经做出了很多探索和研究。中国专利CN201610466611.4提出了一种石墨烯、氧化铝复合改性的UHMWPE纤维制备方法，其将石墨烯，氧化铝和UHMWPE粉末同时在球磨机中进行球磨，得到改性UHMWPE原料，再将原料进行湿法纺丝，得到的纤维具有良好的放切割性能；中国专利CN201510165000.1介绍了一种石墨烯复合改性高强度聚乙烯纤维的制备方法，其将石墨烯分散在分散液中再与UHMWPE纺丝原液混合，以改善其分散不均匀的问题；中国专利CN201910038293.5则对分散颗粒二氧化硅进行了表面改性，使其表面疏水，从而更有利于其在纺丝溶液中的分散；中国专利CN201610250772.X则通过在UHMWPE树脂聚合过程中添加改性粉末的方式，从源头出发，制备功能性UHMWPE树脂。类似的方法还有很多，然而这些方法往往都会增加对改性剂，UHMWPE树脂或者纺丝溶液的前处理步骤，增加成本和操作难度的同时也增加了很多不可控因素，其改善分散效果的过程也基本都在UHMWPE树脂溶解之前，在溶液形成过程和挤出过程中，很难再对分散物的团聚加以控制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，整体过程简单高效，一步完成，易于控制且不需要前处理过程，减少了很多不确定因素。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本申请的第一个目的是保护一种改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：

S1：将超高分子量聚乙烯树脂和溶剂混合并喂入双螺杆挤出机的螺杆A，将超高分子量聚乙烯粉末与溶剂混合并喂入双螺杆挤出机的螺杆B，其中，螺杆A和/或螺杆B中还喂入有功能性改性添加剂；

S2：将S1中螺杆A和螺杆B挤出的溶体汇合进入切片分层强制自组装工段中，以此将溶体进行多次强制切片分层；

S3：将S2中切片分层后的溶体通过喷丝板，形成溶体丝条，将溶体丝条经过水槽冷却，凝固形成冻胶纤维；