一种半互穿网络结构抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与流程

本发明设计超高分子量聚乙烯纤维的生产，具体涉及一种半互穿网络结构抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。

背景技术：

1、超高分子量聚乙烯纤维作为三大高性能纤维之一，是目前发展最好的高性能纤维，随着超高分子量聚乙烯纤维市场不断的扩大，绳缆，深海养殖等领域对其抗蠕变性能也提出量更高的要求。由于聚乙烯分子链非常的规整，其没有极性基团的相互作用，使得聚乙烯分子链容易发生滑移，这就导致量其天生的抗蠕变性能差。

2、目前已经公布的大多数提高超高分子量聚乙烯纤维抗蠕变性能的方法是通过改性接枝发生交联反应，如公布号为cn202110668512.5公开了一种高抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，通过使用引发剂和光敏剂发生接枝反应，由于聚乙烯分子链上没有活性基团，想要发生这种反应非常困难，采用高反应活性的引发剂或者光敏剂一般都会破坏聚乙烯分子链中的-c-c-碳链，这就使得超高分子量聚乙烯发生降解，影响它的强度和模量。有些使用紫外光和辐射的方法会加速超高分子量聚乙烯纤维的老化，大大降低量其使用寿命。

3、因此，研究一种有效方便的方法提高超高分子量聚乙烯纤维的抗蠕变性能具有十分重大的意义。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种半互穿网络结构抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，具体由以下技术方案实现：

2、一种半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：s1采用湿法纺丝工艺制备多空隙的超高分子量聚乙烯预制纤维，空隙中留有部分溶剂；s2将一种或多种单体以及催化剂溶解于萃取剂，利用萃取剂将所述超高分子量聚乙烯预制纤维中的溶剂萃取出的同时将单体以及催化剂引入空隙内；s3经过多级牵伸后获得抗蠕变半成品丝；s4抗蠕变半成品丝经过高温固化，一种或多种单体发生自聚或者自交联成型的网络状分布的聚合物，该聚合物形成缠结聚乙烯分子链的缠结点，使得该网络状分布的聚合物和聚乙烯分子链网络形成半互穿网络结构，即制得所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维。

3、所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其进一步设计在于：步骤s1中首先制备超高分子量聚乙烯冻胶丝，而后对超高分子量聚乙烯冻胶丝进行不完全萃取，部分溶剂被萃取形成空隙，空隙率为5%-40%；残留的溶剂支撑空隙，避免塌陷。

4、所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其进一步设计在于：向白油溶剂中添加超高分子量聚乙烯粉末配制纺丝溶液，其中超高分子量聚乙烯质量占比为2%～7%，经双螺杆挤出机制得所述的超高分子量聚乙烯冻胶丝。

5、所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其进一步设计在于：用白油质量占比为0-30%的白油和萃取剂的混合液对所述的超高分子量聚乙烯冻胶丝进行萃取，实现所述的不完全萃取。

6、所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其进一步设计在于：用白油质量占比为5-25%的白油和萃取剂的混合液对所述的超高分子量聚乙烯冻胶丝进行萃取，实现所述的不完全萃取。

7、所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其进一步设计在于：所述的单体包括丁二烯、苯乙烯、丙烯酸甲酯、三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或几种；所述单体在其与催化剂、萃取剂形成的溶液中质量占比为0.5%-20%。

8、所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其进一步设计在于：双螺杆挤出机加热温度在250度-320度，停留时间在10min-25min。

9、所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其进一步设计在于：步骤s2中所述催化剂为i2ticl2/alet2cl、briticl2/alet2cl、ticl3-alr3中的任意一种，催化剂在其与单体、萃取剂形成的混合液中质量占比为0.05%-5%。

10、所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其进一步设计在于：步骤s4中加热温度在80℃-160℃。

11、半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维，该抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维中具有一种或多种单体发生自聚或者自交联成型的网络状分布的聚合物，该聚合物形成缠结聚乙烯分子链的缠结点，使得该网络状分布的聚合物和聚乙烯分子链网络形成半互穿网络结构。

12、本发明的有益效果

13、通常相对于熔融纺工艺而言，湿法纺丝工艺中萃取操作形成的空隙是不利于强度的缺陷，本发明巧妙地利用这种空隙，引入单体并形成网络状分布的聚合物，该网络状分布的聚合物和聚乙烯分子链网络形成半互穿网络结构，从而使得纤维的抗蠕变性能大幅提升。相对于现有技术紫外线辐照或者利用引发剂去实现接枝效果，本发明能够得到抗蠕变性能的同时保持纤维原有的高强度高模量的特征。

14、通过控制萃取进程或者用含有一定湿法工艺溶剂的萃取剂去实现不完全的萃取操作，形成空隙的同时又利用残留的溶剂确保空隙不会塌陷，便于后续引入单体。

15、本发明通过低浓度制备的多空隙预制纤维，保证了超高分子量聚乙烯分子链的原有结构不被破坏，使纤维生产更加的稳定。

技术特征：

1.一种半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：s1采用湿法纺丝工艺制备多空隙的超高分子量聚乙烯预制纤维，空隙中留有部分溶剂；s2将一种或多种单体以及催化剂溶解于萃取剂，利用萃取剂将所述超高分子量聚乙烯预制纤维中的溶剂萃取出的同时将单体以及催化剂引入空隙内；s3经过多级牵伸后获得抗蠕变半成品丝；s4抗蠕变半成品丝经过高温固化，一种或多种单体发生自聚或者自交联成型的网络状分布的聚合物，该聚合物形成缠结聚乙烯分子链的缠结点，使得该网络状分布的聚合物和聚乙烯分子链网络形成半互穿网络结构，即制得所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维。

2.根据权利要求1所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤s1中首先制备超高分子量聚乙烯冻胶丝，而后对超高分子量聚乙烯冻胶丝进行不完全萃取，部分溶剂被萃取形成空隙，空隙率为5%-40%；残留的溶剂支撑空隙，避免塌陷。

3.根据权利要求2所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：向白油溶剂中添加超高分子量聚乙烯粉末配制纺丝溶液，其中超高分子量聚乙烯质量占比为2%～7%，经双螺杆挤出机制得所述的超高分子量聚乙烯冻胶丝。

4.根据权利要求3所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：用白油质量占比为0-30%的白油和萃取剂的混合液对所述的超高分子量聚乙烯冻胶丝进行萃取，实现所述的不完全萃取。

5.根据权利要求3所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：用白油质量占比为5-25%的白油和萃取剂的混合液对所述的超高分子量聚乙烯冻胶丝进行萃取，实现所述的不完全萃取。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，所述的单体包括丁二烯、苯乙烯、丙烯酸甲酯、三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或几种；所述单体在其与催化剂、萃取剂形成的溶液中质量占比为0.5%-20%。

7.根据权利要求3中所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，双螺杆挤出机加热温度在250度-320度，停留时间在10min-25min。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述催化剂为i2ticl2/alet2cl、briticl2/alet2cl、ticl3-alr3中的任意一种，催化剂在其与单体、萃取剂形成的混合液中质量占比为0.05%-5%。

9.根据权利要求1-5任意一项所述的半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，步骤s4中加热温度在80℃-160℃。

10.半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，该抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维中具有一种或多种单体发生自聚或者自交联成型的网络状分布的聚合物，该聚合物形成缠结聚乙烯分子链的缠结点，使得该网络状分布的聚合物和聚乙烯分子链网络形成半互穿网络结构。

技术总结
本发明提供了一种半互穿网络结构的抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，具体采用湿法纺丝工艺制备多空隙的超高分子量聚乙烯预制纤维，空隙中留有部分溶剂；将一种或多种单体以及催化剂溶解于萃取剂，利用萃取剂将所述超高分子量聚乙烯预制纤维中的溶剂萃取出的同时将单体以及催化剂引入空隙内；经过多级牵伸后获得抗蠕变半成品丝；抗蠕变半成品丝经过高温固化，制得成品。本发明通过引入一种或者多种单体使其发生自聚或者交联反应，与聚乙烯分子链形成半互穿聚合物网络结构，增加聚乙烯纤维内部的缠结点密度，降低聚乙烯分子链的滑移，从而提高了超高分子量聚乙烯纤维的抗蠕变性能。

技术研发人员：蔡卫,牛艳丰,周新基,朱建军,陈俊明,钱小卫,赵振凯
受保护的技术使用者：九州星际科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19