具有高拉伸强度和高拉断能的聚乙烯膜的制作方法

文档序号:8439830
具有高拉伸强度和高拉断能的聚乙烯膜的制作方法
【专利说明】具有局拉伸强度和局拉断能的聚乙燦月旲
[0001] 本申请是申请日为2008年7月2日、申请号为200880106031. 8、发明名称为"具 有高拉伸强度和高拉断能的聚乙烯膜"的发明专利申请的分案申请。
[0002] 本发明涉及具有高拉伸强度和高拉断能的聚乙烯膜,和从特定的超高分子量聚乙 烯制备此膜的方法。在本文中,将超高分子量聚乙烯进一步称为UHMWPE。
[0003] 用于制备高强度高模量UHMWPE膜的方法为本领域所公知。
[0004] US 5, 756, 660描述了在特定催化剂上的UHMWPE的聚合,随后通过压力成型、辊轧 (rolling)和拉伸形成聚合物膜。在实施例1中,获得具有160GPa模量和2. 8GPa强度的材 料。
[0005] US 5, 106, 555描述了用于压力成型/拉伸UHMWPE的方法。
[0006] US 5, 503, 791描述了通过在第一溶剂中挤出聚烯烃溶液,随后冷却、去除溶剂并 拉伸膜所制备的聚乙烯膜。由此获得的膜的缺点是其总会包含一定量的残留溶剂,这对膜 的性质可能不利。通常,存在于胶铸膜(gel-cast film)溶液中的溶剂量为至少lOOppm。 此外,溶剂的回收极不经济。
[0007] EP 292 074 描述了分子量为 4, 000, 000g/mol、Mw/Mn 比为 4、拉伸强度为 2. 3GPa 且拉伸模量为92GPa的UHMWPE膜。假定密度为0. 97g/ml,可计算出拉断能为29. 6J/g。
[0008] EP 269 151描述了拉伸强度大于2. OGPa、模量大于70GPa且蠕变小于3 X KT7/秒 的材料。此文献未包括有关最终产品Mw/Mn比率的信息。
[0009] US 5, 106, 558描述了用于连续制备高强度和高模量聚乙烯的方法,包括在135°C 下将100重量份的在萘烷中具有5-50dl/g特性粘度的超高分子量聚乙烯粉末与2-50重 量份的沸点大于聚乙烯熔点的液体有机化合物混合,将所得混合物加入至一对辊子之间, 且对此混合物进行压力成型并拉伸。此文献未包括有关最终产品Mw/Mn比率的信息。
[0010] US 6, 017, 480描述了用于制备聚烯烃材料的方法,包括制备UHMW聚烯烃的模制 品、将此制品拉伸大于30倍、接触此制品并再拉伸此制品。此文献未包括有关最终产品Mw/ Mn比率的信息。
[0011] 已经发现,在高拉伸强度UHMWPE膜领域仍有改进的空间。更特别地,具有高拉断 能、高拉伸强度和其它所需性质的PE膜会有多种应用,包括防弹用品、绳索、电缆和网、织 物、和防护用品。本发明提供了这样的UHMWPE膜。
[0012] 根据本发明的UHMWPE膜具有至少2. OGPa的拉伸强度、至少30J/g的拉断能、至少 500 000克/摩尔的Mw和最高为6的Mw/Mn比率。
[0013] 已经发现,选择具有Mw/Mn比率最高为6且Mw至少为500 000的材料对使最终 膜具有所述的高拉伸强度和高拉断能以及其它所需性质很重要,这将在下文中讨论。US 5, 756, 660、US 5, 106, 555和US 5, 503, 791中所述的材料无法满足全部以上标准。
[0014] 如上所述,根据ASTM D882-00的测定,根据本发明的UHMWPE膜具有至少为2. OGPa 的拉伸强度。取决于拉伸率和拉伸温度,可获得的拉伸强度为至少2. 5GPa、特别地为至少 3. OGPa、更特别地至少为3. 5GPa。也可获得至少为4GPa的拉伸强度。
[0015] 根据本发明的UHMWPE膜的拉断能为至少30J/g。此拉断能根据使用50% /分钟 的应变速率的ASTM D882-00测定。其可通过对应力-应变曲线下每单位质量的能量进行 积分来计算。
[0016] 拉断能可通过以下方法估算。当其根据上述ASTM D882-00测定时,这些将对拉断 能给出很好的估算。
[0017] 拉断能的估算可通过将吸收的总能量积分,并将其除以样品初始测量区(gage region)的质量来获得。特别地,因为大于2. OGPa韧性的UHMWPE样品的应力-应变曲线 趋近于直线,所述拉断能可由下式计算,
【主权项】
1. 一种UHMWPE膜,具有至少2. OGPa的拉伸强度、至少30J/g的拉断能、至少IOOGPa的 模量、至少500000克/摩尔的Mw和最高为6的Mw/Mn比率,其中所述膜可由在160°C熔化 后直接测定的弹性剪切模量最高为0. 9MPa的UHMWPE粉末得到,并且可通过固态方法获得。
2. 如权利要求1所述的UHMWPE膜,具有至少2. 5GPa的拉伸强度。
3. 如权利要求1或2所述的UHMWPE膜,具有至少35J/g的拉断能。
4. 如前述权利要求中任一项所述的UHMWPE膜,具有最高为4的Mw/Mn比率。
5. 如前述权利要求中任一项所述的UHMWPE膜,具有至少为3的结晶取向参数。
6. 如前述权利要求中任一项所述的UHMWPE膜,具有小于IOOppm的聚合物溶剂含量。
7. 如前述权利要求中任一项所述的UHMWPE膜的制备方法,包括使初始UHMWPE经历压 缩步骤和拉伸步骤,所述初始UHMWPE的重均分子量为至少500000克/摩尔、在160°C熔化 后直接测定的弹性剪切模量最高为0. 9MPa,且Mw/Mn比率最高为6,条件为在聚合物的加工 期间,其温度的值在任何时候都不升高至大于其熔点,其中所述方法在固态下进行。
8. 如权利要求7所述的方法,其中所述初始UHMWPE具有最高为0. 8MPa的在160°C熔 化后直接测定的弹性剪切模量。
9. 如权利要求7或8所述的方法,其中所述压缩步骤在低于所述聚合物自由熔点至少 1°C的温度下进行,且所述拉伸步骤在低于方法条件下聚合物熔点至少1°C的温度下进行。
10. 如权利要求7至9中任一项所述的方法,其中获得的所述总拉伸率为至少120,特 别地为至少140,更特别地为至少160。
11. 权利要求1至6中任一项所述的UHMWPE膜或其衍生物的用途,在防弹用品、绳索、 电缆、网、织物和防护用品中用作初始材料。
12. 权利要求1至6中任一项所述的UHMWPE膜制备的防弹品、绳索、电缆、网、织物和防 护用品。
【专利摘要】本发明涉及UHMWPE膜,具有至少2.0GPa的拉伸强度、至少30J/g的拉断能、至少500000克/摩尔的Mw和最高为6的Mw/Mn比率。所述膜可通过以下方法制备,包括使初始UHMWPE经历压缩步骤和拉伸步骤,所述初始UHMWPE的重均分子量为至少500000克/摩尔、在160℃熔化后直接测定的弹性剪切模量最高为0.9MPa,且Mw/Mn比率最高为6,条件为在聚合物的加工期间,其温度的值在任何时候都不升高至大于其熔点。所述膜可被用作高拉伸强度和高拉断能很重要的任何应用中的初始材料。适合的应用包括防弹用品、绳索、电缆、网、织物和防护性用品。
【IPC分类】B29C55-04, D07B1-02, B29C55-00
【公开号】CN104760270
【申请号】CN201510111747
【发明人】A·P·德韦杰尔, H·范德埃, M·W·M·G·彼得斯, S·莱斯托基, B·王
【申请人】帝人芳纶有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2008年7月2日
【公告号】CA2693417A1, CN101795848A, EP2014445A1, EP2178689A1, EP2178689B1, EP2865512A1, US20100144224, WO2009007045A1
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