一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法与流程

1.本发明涉及汽车零部件技术领域，特别是涉及一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法。
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背景技术：

3.超高分子量聚乙烯(uhmwpe)纤维作为世界三大高性能纤维之一，具有许多优异的性能，被广泛应用在军用防护材料、航空航天相关材料、医用材料、雷达天线罩、船用锚绳等诸多领域。
4.传统的超高分子量聚乙烯的制备方法为将超高分子聚乙烯粉料和抗氧化剂、敏化剂混合，然后挤出纺丝，纺丝经过冷却水后，再执行萃取，之后再烘干，即获得了超高分子量聚乙烯纤维，若要调节纤维的颜色，则在生产过程中加入包覆染料。
5.现有的制备方法获得的超高分子聚乙烯纤维，具有较强的韧性，但是当加入包覆染料时，会对纤维的韧性产生一定的影响，可能会导致韧性较低，或者纤维掉色的问题。
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技术实现要素：

7.本发明的一个目的在于提出一种韧性强，且不易掉色的有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法。
8.一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将超高分子量聚乙烯粉料、复配颜料和抗氧剂混合加入有机溶剂中，得到悬浮液；步骤2，对所述悬浮液执行超声波处理，再进行溶胀、溶解、喷头拉伸，得到初始纤维；步骤3，对所述初始纤维执行预牵伸和多倍牵伸，制得有色超高分子量聚乙烯纤维。
9.根据本发明提出的有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，采用廉价的复配颜料，无需包覆，并与超高分子量聚乙烯粉料混合后执行超声波处理，获得的纤维，韧性更强，且不以掉色。
10.另外，根据本发明提供的有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，所述超高分子量聚乙烯、复配颜料和抗氧剂的质量比为100:7-8:0.2-1。
11.进一步地，所述悬浮液中的超高分子量聚乙烯的质量浓度为15-20%。
12.进一步地，所述抗氧化剂为叔丁基对苯二酚、二丁基羟基甲苯、丁基羟基茴香醚的一种或多种的组合。
13.进一步地，所述抗氧化剂还包括己六醇。
14.进一步地，所述超声波处理为将超声波发生器放入悬浮液中，平均超声强度为2-3w/cm2，持续时间为3-5小时。
15.进一步地，所述溶胀和溶解采用双螺杆挤出机执行，所述喷头拉伸的倍数为10-20倍。
16.进一步地，所述预牵伸的牵伸倍数为10-15倍，牵伸温度为100-120℃。
17.进一步地，所述多倍牵伸的步骤包括：在80-90℃温度下，牵伸5-10倍；在90-100℃温度下，牵伸4-8倍；在120-150℃温度下，牵伸3-6倍；在150-200℃温度下，牵伸2-4倍。
18.进一步地，所述多倍牵伸均在甲苯雾气氛下进行，所述甲苯雾气氛中的甲苯浓度为20-30%。
19.本发明的有益效果是：（1）抗氧化剂中还加入己六醇，使获得的纤维能带有一种清香，同时也能一定程度提高纤维的韧性和耐摩擦色牢度；（2）多倍牵引分别在四种不同的温度下执行，能使最终获得的纤维强度更高；（3）多倍牵引的环境采用甲苯雾气氛，一方面能降低空气中的氧气，另一方面能甲苯融入纤维中，使纤维强度更强。
20.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
21.具体实施方式
22.为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
23.实施例1一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将超高分子量聚乙烯粉料、复配颜料和抗氧剂混合加入有机溶剂中，得到悬浮液，所述超高分子量聚乙烯、复配颜料和抗氧剂的质量比为100:7:0.5，所述悬浮液中的超高分子量聚乙烯的质量浓度为18%；步骤2，对所述悬浮液执行超声波处理，再进行溶胀、溶解、喷头拉伸，得到初始纤维；步骤3，对所述初始纤维执行预牵伸和多倍牵伸，制得有色超高分子量聚乙烯纤维。
24.根据本发明提出的有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，采用廉价的复配颜料，无需包覆，并与超高分子量聚乙烯粉料混合后执行超声波处理，获得的纤维，韧性更强，且不以掉色。
25.在本实施例中，有机溶剂采用十氢萘溶液，所述抗氧化剂为叔丁基对苯二酚。
26.需要说明的是，本实施例只需将悬浮液的超高分子量聚乙烯的浓度达到18%即可，无需将浓度降低至10%以下，如此降低了有机溶剂的使用量，节约了生产成本。
27.应当指出的是，叔丁基对苯二酚具有较强的抗氧化性能，能大大降低混合溶液变质的几率。
28.在本实施例中，所述超声波处理为将超声波发生器放入悬浮液中，平均超声强度为3w/cm2，持续时间为4小时。
29.需要说明的是，对悬浮液进行超声波处理，能大大提高复配颜料与超高分子聚乙烯的结合度，可理解为将超高分子聚乙烯和复配颜料进行了充足的分散，使二者几乎融为一体，有助于提高纤维的耐摩擦色牢度，防止掉色。
30.具体的，所述溶胀和溶解采用双螺杆挤出机执行，所述喷头拉伸的倍数为15倍，所述预牵伸的牵伸倍数为10倍，牵伸温度为110℃。
31.在本实施例中，所述多倍牵伸的步骤包括：在80℃温度下，牵伸10倍；在90℃温度下，牵伸8倍；在120℃温度下，牵伸6倍；在150℃温度下，牵伸4倍。
32.需要说明的是，多倍牵引分别在四种不同的温度下执行，能使最终获得的纤维强度更高，所述多倍牵伸均为氮气气氛下执行，其中氮气浓度为95%。
33.实施例2一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将超高分子量聚乙烯粉料、复配颜料和抗氧剂混合加入有机溶剂中，得到悬浮液，所述超高分子量聚乙烯、复配颜料和抗氧剂的质量比为100:7:0.5，所述悬浮液中的超高分子量聚乙烯的质量浓度为18%；步骤2，对所述悬浮液执行超声波处理，再进行溶胀、溶解、喷头拉伸，得到初始纤维；步骤3，对所述初始纤维执行预牵伸和多倍牵伸，制得有色超高分子量聚乙烯纤维。
34.在本实施例中，所述抗氧化剂为叔丁基对苯二酚和二丁基羟基甲苯的组合，二者质量比为5:1。
35.应当指出的是，叔丁基对苯二酚和二丁基羟基甲苯均为抗氧化剂，混合使用能在一定程度上提高抗氧化效果。
36.在本实施例中，所述超声波处理为将超声波发生器放入悬浮液中，平均超声强度为3w/cm2，持续时间为4小时，所述多倍牵伸均为氮气气氛下执行，其中氮气浓度为95%。
37.实施例3一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将超高分子量聚乙烯粉料、复配颜料和抗氧剂混合加入有机溶剂中，得到悬浮液，所述超高分子量聚乙烯、复配颜料和抗氧剂的质量比为100:7:0.5，所述悬浮液中的超高分子量聚乙烯的质量浓度为18%；
步骤2，对所述悬浮液执行超声波处理，再进行溶胀、溶解、喷头拉伸，得到初始纤维；步骤3，对所述初始纤维执行预牵伸和多倍牵伸，制得有色超高分子量聚乙烯纤维。
38.在本实施例中，所述抗氧化剂为叔丁基对苯二酚、二丁基羟基甲苯、丁基羟基茴香醚的组合，三者质量比为10:3:1。
39.需要说明的是，叔丁基对苯二酚和二丁基羟基甲苯混合提高的抗氧化效果不是很明显，而当加入丁基羟基茴香醚时，能明显提高抗氧化效果。
40.在本实施例中，所述超声波处理为将超声波发生器放入悬浮液中，平均超声强度为3w/cm2，持续时间为4小时，所述多倍牵伸均为氮气气氛下执行，其中氮气浓度为95%。
41.实施例4本实施例与实施例3基本一致，不同之处在于：所述抗氧化剂还包括己六醇。
42.需要说明的是，抗氧化剂中还加入己六醇，使获得的纤维能带有一种清香，同时也能一定程度提高抗氧化剂的性能，以及纤维的韧性和耐摩擦色牢度。
43.应当指出的是，叔丁基对苯二酚的抗氧化机理主要是通过自身脱氢，形成活性强且稳定的苯氧自由基，此时将中断脂类的过氧化反应，以此清除有害自由基，而己六醇自身也具有一定的抗氧化性能，还能在酸性加热条件下，辅助脱除叔丁基对二苯酚的氢键，以提高抗氧化剂的抗氧化性能。
44.选用实施例1-4中所采用的抗氧化剂进行tba抗氧化性能检测，在150℃，检测茶油的吸光度，抗氧化剂浓度均为0.02%，结果见表1所示。
45.表1分组吸光度（茶油）实施例10.584实施例20.582实施例30.541实施例40.535从表1可以看出，当采用实施例4中的抗氧化剂时，茶油的吸光度最低，说明抗氧化剂阻止油脂分解的能力越强，即抗氧化性越强。
46.实施例5本实施例与实施例4基本一致，不同之处在于：所述多倍牵伸均在甲苯雾气氛下进行，所述甲苯雾气氛中的甲苯浓度为25%。
47.需要说明的是，当采用甲苯气氛时，一方面能降低空气中的氧气，防止纤维牵伸时氧化，另一方面能将甲苯融入纤维中，使纤维强度更强。
48.应当指出的是，纤维在牵伸过程中，还处于不稳定状态，不能将其置于液体中浸泡，本实施例采用甲苯气氛，既能提高纤维强度，还能提高耐摩擦色牢度，且无需额外进行浸泡。
49.对照例1本对照例与实施例1基本一致，不同之处在于：
所述悬浮液中的超高分子量聚乙烯的质量浓度为7%。
50.对照例2本对照例与实施例1基本一致，不同之处在于：未对悬浮液执行超声波处理。
51.对上述实施例和对照例所获得的纤维，分别执行检测，结果见表2。
52.表2请参阅表2，对比实施例1和对照例1，可以看出，即使加入了更多的有机溶剂，所获得的纤维质量也并未获得显著的提高；对比实施例1和对照例2，可以看出，当未采用超声波处理时，所获得纤维的色牢度将明显降低；对比实施例4和5，可以看出，采用甲苯气氛较氮气气氛能显著提高纤维的色牢度。
53.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
54.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。