耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纤维生产技术领域，具体涉及一种耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] UHMWPE纤维(超高分子量聚乙烯纤维）是继碳纤维和芳纶纤维之后出现的第三代 高性能纤维，具有耐化学性和耐侯性、高能量吸收性、耐低温和电绝缘等多种优异性能，被 广泛的应用在军事、航天航海工程和高性能、轻质复合材料及运动器械等领域，用来生产诸 如绳索、网、医疗器械、织物、叠层、复合制品以及防弹制品。
[0003] 从提高出发原料纤维防切割性考虑的现有专利有CN102828312A，JP2004-19050， W02008/046476, CN102037169A，CN102227524A等，其中多利用高分子量聚乙烯、高对称结 构聚酞胺、聚苯并嗯哩等高强纤维与无机金属或玻纤以芯/皮形成复合纤，或以高弹纤维 包覆、以硬质矿物粉粒涂覆的方式达到提高耐切割性之目标，但因加入无机金属、玻璃纤类 而导致体感变硬，使人无舒适感；专利CN 102037169A(东洋纺）公开了一种较低分子量 (5-30万）聚乙烯加交联剂通过自由基引发交联形成的网络结构来达到目的，但该法为熔 融纺，高温下形成交联链凝胶可控性在工艺流程操作上绝非易事（参见文献1，2)，后续尚 须短纤包覆达到，专利CN 18092292 A(杜邦）公开的二面叠体型复合针织物，其中提供的 耐切割纤维组分主要为公知的高强芳烃聚合物与带枝化聚乙烯共混物纤维，但此混合纺丝 实施较繁琐复杂，且纺丝时难于达到均匀；专利CN 101528998 A及102277669 A(DSM)公 开了一种包含有长丝线和所谓定长纤维的复合丝，其中主要使用的定长纤维为具一定长径 比的短切硬质纤维，包括：玻璃纤、矿（石）物纤或金属纤维，该公开专利中未指明硬质纤 维的化学属性种，仅道出了由公知的旋转技术或喷射纺等法纺制成，其直径小于25 Nm，长 径比大于10,然后将其碾磨成短切硬质纤维，该法注重了在短切硬质纤维长径比与直径等 宏观尺寸形貌加工方面的改进，继而与超高分子量聚乙烯（UHMWPE)溶液混合进行纺丝，对 UHMWPE纤维防切割性能提高有明显效果，但该法中的定长硬质纤维制备工艺、制作成本，特 别是尺度分布控制较难，尤其是部分较长的硬质纤当其长度超过UHMWPE纤维直径时，对溶 液纺流程稳定性不利，以及对复合纤维成品的强度（包括模量、断裂强度等）和使用性能均 产生影响；对此，专利CN 102227524 A (DSM)提出用较简便的环锭纺纱法进一步通过对其 包覆具有极性的聚芳烃酸胺等纤维丝形成的鞘一芯结构形式，其中如前所制耐切割丝为芯 制成，这种改进具有一定效果，但此法如前所述仍局限在编织形态结构的改良方面，特别是 玻纤对人体健康有一定的影响。
[0004]
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明公开了耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方 法，生产出的纤维具有耐磨、耐热、抗切割、抗冲击、自润滑、耐腐蚀、耐低温、卫生无毒、不易 粘附、不易吸水、密度较小等综合性能。
[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案如下： 耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维，该纤维包括超高分子量聚乙烯粉末、无机纳米颗 粒、交联剂、固化剂、引发剂和抗氧剂。
[0007] 耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，通过溶剂溶胀超高分子量聚乙烯 粉末，形成孔隙，然后加入交联剂、固化剂、引发剂、抗氧剂、无机纳米颗粒和溶剂共同浸润 的复合改性剂，均匀渗透到超高分子量聚乙烯粉末孔隙中，混合均匀后，通过螺杆挤出机挤 出纺丝，去除溶剂后经过牵伸得到超高分子量聚乙烯复合纤维，最后经过辐照交联得到耐 热抗切割超高分子量聚乙烯纤维。
[0008] 本发明通过物理交联与化学交联相结合的方式，在超高分子量聚乙烯基体中加入 两维结构材料无机纳米颗粒，起到加强筋的作用，好比钢筋混凝土结构中的"钢筋"；同时， 还在基体中添加了交联剂和固化剂，通过化学交联，形成一种交联网状结构，将超高分子量 聚乙烯基体与无机纳米颗粒紧密地连接起来，形成一种耐热抗切割的稳定结构。
[0009] 所述的耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其特征在于，所述的超 高分子量聚乙烯粉末粘均分子量为1〇〇万~700万，优选为200万~500万。
[0010] 所述的耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其特征在于，所述的溶 剂为四氢萘、十氢萘、正庚烷、正己烷、环己烷、石蜡油、植物油、动物油、煤油、二甲苯一种或 几种的混合物，溶剂与超高分子量聚乙烯粉末的重量比为1:1至20:1。
[0011] 所述的耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其特征在于，所述的交 联剂为酸酐、二胺、二元醇、二元酸、多元醇、多元酸或者多元胺类、丙烯酰胺类、丙烯酸酯 类、异氰酸酯类、异氰酸脲类化合物中的一种或者几种，用量为超高分子量聚乙烯粉末重量 的 0%~5%。
[0012] 所述的耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其特征在于，所述的固 化剂为酸酐、二胺、二元醇、二元酸、多元醇、多元酸或者多元胺类化合物中的一种或者几 种，用量为超1?分子量聚乙烯粉末重量的〇%~5%。
[0013] 所述的耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其特征在于，所述的引 发剂为过氧化类引发剂、偶氮类引发剂或者光敏引发剂，优选为过氧化环己酮、过氧化二苯 甲酰、过氧化二异丙苯、叔丁基异丙苯基氧化物、1,3-1，4-二（叔丁基过氧异丙基）苯、叔 丁基过氧化氢、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、二苯甲酮及其衍生物中的一种或者几种，用 量为超高分子量聚乙烯粉末重量的〇%~3%。
[0014] 所述的耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其特征在于，所述的无 机纳米颗粒为金属、非金属、氧化物半导体，其用量为超高分子量聚乙烯重量粉末的〇~3%。
[0015] 所述的耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其特征在于，所述的抗 氧剂为2，6-二特丁基苯酚、2，4，6-三特丁基苯酚、4，4'-硫代双（6-特丁基-3-甲基 苯酚）或四[亚甲基-3- (3'，5'-二特丁基-4'-羚基苯基）丙酸]季戊四醇酯与亚磷 酸三苯酯、亚磷酸三（2，4-二特丁基苯基）酯、亚磷酸三异辛酯或磷酸三苯甲酯或硫代二 丙酸二月桂酯、硫代二丙酸月桂十八酯或硫代二丙酸二（十三酯）的复合体系，用量为超高 分子量聚乙烯粉末重量的〇.
[0016] 所述的耐热抗切割超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，其特征在于，所述的交 联方式为X射线或者Y射线或者电子辐照交联，或者为紫外线辐照或者红外线辐照交联， 以及其他高能射线辐照交联或者热辐照交联中的一种或者几种的结合。
[0017] 本发明所述的纤维，适用于绳索、起重机绳索、系泊绳索或索具，是一种含有增强 元件的增强产品，用于防弹应用的多层复合制品，例如防弹衣、头盔、硬质和软质防护板、车 辆装甲板、渔线和渔网、地网、货网和幕帘、风筝线、牙线、网球拍线、帆布、编织布和无纺