一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法及应用与流程

1.本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法及应用。


背景技术：

2.超高分子量聚乙烯纤维(简称uhmwpef)，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，其分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。据报道，美国生产制造的uhmwpef有70％用于防弹衣、防弹头盔、军用设施和设备的防弹装甲、航空航天等军事领域，高性能纤维的发展无疑是一个国家综合实力的体现，是建设现代化强国的重要物资基础。中国虽是化纤大国，但绝对不是化纤强国，据有关部门统计，中国的高性能特种纤维的产量仅为世界产量的百分之一。这是因为超高分子量聚乙烯分子纤维的生产工艺难度相对较大、加工性能也较差，再加上成本等因素的制约，大大限制了超高分子量聚乙烯纤维在我国的生产应用和发展。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法及应用。本发明的技术方案为：
4.第一个方面，本发明提供一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：
5.步骤1，将超高分子量聚乙烯纤维在乙醇中浸泡一段时间后烘干；
6.步骤2，在ph为7～8、质量浓度为0.0005～0.001g/ml的tris溶液中加入单宁酸和氯化钠，混合均匀后加入步骤1得到的超高分子量聚乙烯纤维浸泡10～24h，之后依次水洗、烘干，得到单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维；
7.步骤3，将单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维、石墨烯、溶剂油、抗氧剂和乳化剂混合均匀得到纺丝原液，采用冻胶纺丝法获得uhmwpef冻胶原丝；
8.步骤4，将uhmwpef冻胶原丝依次经过预拉伸、萃取、干燥和至少二级高温拉伸，即得。
9.进一步地，所述单宁酸的加入量为超高分子量聚乙烯纤维质量的0.1～3％。
10.进一步地，所述氯化钠的加入量为单宁酸质量的4～6倍。
11.进一步地，所述将单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维、石墨烯、溶剂油、抗氧剂和乳化剂混合均匀得到纺丝原液，其中石墨烯的添加量为单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维的0.02～0.05％，抗氧剂的添加量为超高分子量聚乙烯纤维的0.05～0.2％，乳化剂的添加量为超高分子量聚乙烯纤维的0.01～0.1％。
12.进一步地，所述预拉伸的控制参数为：温度105～110℃，拉伸倍率为3～5倍。
13.优选地，所述至少二级高温拉伸采用三级高温拉伸，其中一级高温拉伸的控制参数为：温度105～110℃，拉伸倍率为6～8倍；二级高温拉伸的控制参数为：温度120～125℃，拉伸倍率为3～5倍；三级高温拉伸的控制参数为：温度130～135℃，拉伸倍率为1～2倍。
14.第二个方面，本发明提供一种超高分子量聚乙烯纤维，是采用上述制备方法获得。
15.第三个方面，本发明提供上述超高分子量聚乙烯纤维在制备绳网上的应用。
16.综上，本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法及应用，该制备方法过程简单，加工性能方面较比采用未改性的超高分子量聚乙烯在断裂强度、拉伸断裂强度上都有较大提升，适用于制作绳网。
附图说明
17.图1为采用本发明的超高分子量聚乙烯纤维制备的绳网实物图。
具体实施方式
18.在本发明的描述中，需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
19.下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
20.实施例1
21.本实施例提供一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：
22.步骤1，将超高分子量聚乙烯纤维在乙醇中浸泡一段时间后烘干。
23.步骤2，在ph为8、质量浓度为0.0008g/ml的tris溶液中加入单宁酸和氯化钠，单宁酸的加入量为超高分子量聚乙烯纤维质量的1％，氯化钠的加入量为单宁酸质量的5倍，混合均匀后加入步骤1得到的超高分子量聚乙烯纤维浸泡18h，其中石墨烯的添加量为单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维的0.03％，抗氧剂的添加量为超高分子量聚乙烯纤维的0.1％，乳化剂的添加量为超高分子量聚乙烯纤维的0.05％，之后依次水洗、烘干，得到单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维。
24.步骤3，将单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维、石墨烯、溶剂油、抗氧剂和乳化剂混合均匀得到纺丝原液，采用冻胶纺丝法获得uhmwpef冻胶原丝；
25.步骤4，将uhmwpef冻胶原丝依次经过预拉伸、萃取、干燥和三级高温拉伸，其中预拉伸的控制参数为：温度105～110℃，拉伸倍率为4倍；一级高温拉伸的控制参数为：温度105～110℃，拉伸倍率为7倍；二级高温拉伸的控制参数为：温度120～125℃，拉伸倍率为4倍；三级高温拉伸的控制参数为：温度130～135℃，拉伸倍率为1倍，即得。
26.实施例2
27.本实施例提供一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：
28.步骤1，将超高分子量聚乙烯纤维在乙醇中浸泡一段时间后烘干。
29.步骤2，在ph为7、质量浓度为0.0005g/ml的tris溶液中加入单宁酸和氯化钠，单宁酸的加入量为超高分子量聚乙烯纤维质量的0.1％，氯化钠的加入量为单宁酸质量的6倍，混合均匀后加入步骤1得到的超高分子量聚乙烯纤维浸泡24h，其中石墨烯的添加量为单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维的0.05％，抗氧剂的添加量为超高分子量聚乙烯纤维的0.05％，乳化剂的添加量为超高分子量聚乙烯纤维的0.01％，之后依次水洗、烘干，得到单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维。
30.步骤3，将单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维、石墨烯、溶剂油、抗氧剂和乳化剂混合均匀得到纺丝原液，采用冻胶纺丝法获得uhmwpef冻胶原丝；
31.步骤4，将uhmwpef冻胶原丝依次经过预拉伸、萃取、干燥和三级高温拉伸，其中预拉伸的控制参数为：温度105～110℃，拉伸倍率为3倍；一级高温拉伸的控制参数为：温度105～110℃，拉伸倍率为6倍；二级高温拉伸的控制参数为：温度120～125℃，拉伸倍率为5倍；三级高温拉伸的控制参数为：温度130～135℃，拉伸倍率为1倍，即得。
32.实施例3
33.本实施例提供一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：
34.步骤1，将超高分子量聚乙烯纤维在乙醇中浸泡一段时间后烘干。
35.步骤2，在ph为7、质量浓度为0.001g/ml的tris溶液中加入单宁酸和氯化钠，单宁酸的加入量为超高分子量聚乙烯纤维质量的3％，氯化钠的加入量为单宁酸质量的4倍，混合均匀后加入步骤1得到的超高分子量聚乙烯纤维浸泡10h，其中石墨烯的添加量为单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维的0.02％，抗氧剂的添加量为超高分子量聚乙烯纤维的0.2％，乳化剂的添加量为超高分子量聚乙烯纤维的0.1％，之后依次水洗、烘干，得到单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维。
36.步骤3，将单宁酸改性超高分子量聚乙烯纤维、石墨烯、溶剂油、抗氧剂和乳化剂混合均匀得到纺丝原液，采用冻胶纺丝法获得uhmwpef冻胶原丝；
37.步骤4，将uhmwpef冻胶原丝依次经过预拉伸、萃取、干燥和三级高温拉伸，其中预拉伸的控制参数为：温度105～110℃，拉伸倍率为5倍；一级高温拉伸的控制参数为：温度105～110℃，拉伸倍率为8倍；二级高温拉伸的控制参数为：温度120～125℃，拉伸倍率为3倍；三级高温拉伸的控制参数为：温度130～135℃，拉伸倍率为2倍，即得。
38.对比例1
39.与实施例1的区别在于：未采用单宁酸改性，即无步骤1和2，直接采用用超高分子量聚乙烯粉，其他同实施例1。
40.性能测试
41.将实施例1
‑
3和对比例1获得的超高分子量聚乙烯纤维进行断裂强度、断裂伸长率和拉伸强度测试，结果如表1所示。
42.表1实施例1
‑
3的聚乙烯纤维的性能指标
[0043][0044][0045]
注：每个实施例和对比例都进行了多批次实验。
[0046]
表1的数据表明，本发明实施例的超高分子量聚乙烯纤维具有高强度、低断裂伸长
率的优异性能，加工性能方面较比采用未改性的超高分子量聚乙烯在剪切强度、拉伸断裂强度上都有较大提升，适用于制备绳网(获得绳网实物图如图1所示)。
[0047]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。