單絲狀超高分子量聚乙烯纖維的製作方法

2023-04-29 10:23:36 1

專利名稱：單絲狀超高分子量聚乙烯纖維的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及超高分子量聚こ烯纖維製備技術領域，具體地說是ー種單絲狀超高分子量聚こ烯纖維。
背景技術：
聚こ烯纖維、繩索材料以其良好的抗拉強度、抗衝擊性、柔韌性，以及比重小、濾水性強、表面光滑等良好的漁用性能，廣泛應用於繩網業、海洋和內陸水域拖網捕撈、網箱、圍攔網養殖及釣魚線製作生產。傳統的聚こ烯單絲是以高密度聚こ烯為原料，經塑料擠出機熔融擠出並經噴絲板噴出、冷卻得到初生絲，然後將初生絲在一定溫度下進行熱拉伸製成。中國水產科學研究院東海水產研究所於2003年8月25日提交的中國專利申請《聚こ烯單絲高溫高倍牽伸エ藝方法》，申請號為03150536. 8中所述的ー種聚こ烯單絲高溫高倍牽伸エ藝方法，其特徵是將高密度聚こ烯原料用長徑比為25:1的單螺杆擠出機熔融，配用長徑比8:1的噴絲板製成初生絲；初生絲以こニ醇為牽伸加熱介質，將加熱介質溫度控制在112°C _124°C的範圍內，牽伸12. 6-15. 7倍後，採用氣流法快速冷卻、收卷聚こ烯單絲。製得的聚こ烯單絲直徑為
0.19-0. 21mm,斷裂強度和結節強度分別達到6. 8-8. 5cN/dtex和4. 3-4. 7 cN/dtex。隨著科學技術的發展，對漁用纖維、繩索材料的性能，尤其是力學強度有了更高的要求。高強度的纖維、繩索材料對減少網具材料用量、節約原材料、降低拖網的作業阻カ以及網箱、圍攔網的水動阻力，提高網具的濾水性能，提高漁業生產效率、漁獲質量和降低生產成本具有極其重要的作用。超 高分子量聚こ烯纖維是當今世界三大高性能纖維(碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚こ烯纖維)之一。超高分子量聚こ烯纖維具有質輕、高強、高模、斷裂伸長低、撓曲壽命長、耐衝擊、低導電性、高防水性等優良性能；還具有很強的吸收能量的能力、突出的抗衝擊和抗切割韌性；摩擦係數比其他高強度纖維低，耐磨性好，能抗紫外線和耐各種化學腐蝕；也是唯一能夠漂浮在水面上的高性能纖維，使超高分子量聚こ烯纖維被廣泛應用於安全防護、航空航天、體育用品、生物材料等領域，尤其適用於海洋工程用繩，如超級油輪、近海採油平臺、燈塔的固定錨繩等。在漁業工程領域，用超高分子量聚こ烯纖維加工成漁網重量比普通聚こ烯纖維漁網輕50%以上，或同樣重量的纖維可製造更大尺寸的網具，進行捕撈作業時，可増加捕撈量、減輕網重，並減少拖網的水阻，從而能提高拖速和降低漁船的能耗。此外，超高分子量聚こ烯纖維在製作高檔釣魚線和球拍弦方面也具有明顯的優勢。隨著大型遠洋中層拖網、金槍魚延繩釣、金槍魚圍網及深水抗風浪網箱等現代漁業的發展，超高分子量聚こ烯纖維在我國漁業中也將會逐步得到推廣應用。超高分子量聚こ烯纖維通常是採用凍膠紡絲-超拉伸エ藝製備而成的復絲纖維，集束性較差，用於繩網、漁具線繩製造過程中很難保持束絲中各單纖維及各股束絲間的張力平衡，從而在制繩過程中強力有較大損失，結節穩定性和結節強度也較低。東華大學於2010年6月23日提交的中國專利申請《ー種超高分子量聚こ烯單絲的製備方法》，申請號為201010207623. 8中所述的ー種超高分子量聚こ烯單絲的製備方法，其特徵在於，將重均分子量為100-700萬的聚こ烯粉末溶解於白油中，配製成10-25wt%的紡絲溶液，在250-330°C的紡絲溫度下經孔徑為5. 5-8mm的圓形噴絲孔噴出，進入零下I (TC -零下1°C的凝固浴中驟冷成凍膠纖維，在凝固浴中停留1-2分鐘後出凝固浴，然後經萃取、乾燥、熱拉伸製得聚こ烯單絲。製得的聚こ烯單絲直徑為0. 1-0.5!11111，單絲斷裂強カ為2.5-401^。然而，上述超高分子量聚こ烯單絲雖然解決了超高分子量聚こ烯纖維集束性差的問題，但在物理性能特別是纖維斷裂強度上效果不是很理想。
發明內容本實用新型的目的在於提供ー種集束性較好、高斷裂強力、抗耐磨的單絲狀超高分子量聚こ烯纖維。該單絲狀超高分子量聚こ烯纖維，其特徵在於它是由50-570根超高分子量聚こ烯纖維並排粘結為一體，外壁上塗覆有基體樹脂層。所述的基體樹脂層，由基體樹脂製成。上述單絲狀超高分子量聚こ烯纖維連續製備方法是該單絲狀超高分子量聚こ烯纖維連續製備方法，其特徵在於它包括以下步驟製成(I)、選材選用 超高分子量聚こ烯纖維50-570根，纖維規格為200D-2400D，強カ彡 32g/D ；(2)、纖維表面處理對超高分子量聚こ烯纖維進行常壓低溫等離子體表面處理；所述的常壓為86 106kPa ;所述的低溫為-10°C +40°C ；(3)、纖維加捻製成單股束狀將已進行常壓低溫等離子表面處理的超高分子量聚こ烯纖維經加捻機進行加捻，捻數為每米在20-100個捻，加捻類型為S捻或Z捻；(4)、纖維均勻張力、去除靜電將已均勻加捻的超高分子量聚こ烯纖維的單股束均勻張力、去除靜電；(5)、上膠將上述的超高分子量聚こ烯纖維的單股束經七輥牽伸機以5-20m/min速度，通過上膠機用已配製好的基體樹脂對超高分子量聚こ烯纖維的單股束進行上膠，上膠時間為0. 8-1. 3s ；(6)、熱定型將上膠後的超高分子量聚こ烯纖維的單股束經過熱箱烘乾定型後，成為單絲狀超高分子量聚こ烯纖維，最後卷繞成卷，熱箱烘乾定型溫度為80-130°C之間，烘乾停留時間為l-4min。所述的基體樹脂，為聚氨脂樹脂、聚こ烯基樹脂、環氧樹脂或酚醛樹脂，基體樹脂溶液的濃度為35%-80%。所述的單絲狀超高分子量聚こ烯纖維中基體樹脂的質量百分比為18-35. 5%，纖維直徑為0. 2-0. 8mm，纖維強力損失為3_8%，纖維的強力不低於28g/D。根據上述方法，單絲狀超高分子量聚こ烯纖維被理解為這樣的產品，即它的外觀和手感與多絲紗線或者多絲線相比更類似於單絲，但其實際上是由超高分子量聚こ烯纖維的復絲進行表面處理後再上膠製成的。採用常壓低溫等離子體對超高分子量聚こ烯纖維進行表面處理，是ー種有效物理改性技木。這種改性有許多明顯的優點ー是對纖維表面的作用僅涉及幾到幾百納米，只會改善纖維表面性能而纖維整體結構不受損傷、強度不受影響；ニ是處理時間短、效率高 三是常壓低溫等離子體表面處理技術屬乾式エ藝，對環境無汙染，滿足節能和環保的需要；四是能耗低、生產成本低，經濟實惠、操作簡單；五是能夠有效改善超高分子量聚こ烯纖維的浸潤性和粘結性，與基體樹脂的浸潤速度得到提高，浸潤量増大，浸潤效果改善，使其複合材料的成型エ藝性和整體綜合性能更優化，可滿足超高分子量聚こ烯纖維複合材料使用方面的各項技術要求。本實用新型的有益效果在於ー是超高分子量聚こ烯纖維在整個生產環節都獲得均勻張力，可得到集束性較好的單絲狀超高分子量聚こ烯纖維，使纖維強力得到充分利用；ニ是在基本不影響纖維強力性能的前提下，極大提高纖維耐磨性，可大大延長纖維使用壽命；三是生產方法エ藝簡單，不需要複雜專用設備，造價低廉；可廣泛地使用於エ業、國防、體育、海洋等各個領域。

圖1為本實用新型的結構斷面剖視放大示意圖；圖中1、超高分子量聚こ烯纖維；2、基體樹脂層。
具體實施方式
以下結合附圖1和具體實施例，進ー步闡述本實用新型。實施例1該單絲狀超高分子量聚こ烯纖維，其特徵在於它是由50根超高分子量聚こ烯纖維I並排粘結為一體，外壁上塗覆有基體樹脂層2。所述的基體樹脂層2，由基體樹脂構成。上述單絲狀超高分子量聚こ烯纖維連續製備方法， 其特徵在於它包括以下步驟製成(I)選材選用超高分子量聚こ烯纖維50根，纖維規格為200D，強カ> 32g/D ；(2)纖維表面處理通過常壓低溫等離子體設備(輸出功率1KW;脈衝頻率14KHz ;輸出電壓12KV)對超高分子量聚こ烯纖維進行常壓低溫等離子體表面處理；所述的常壓為86 106kPa ;所述的低溫為-10°C +40°C ；(3)纖維加捻製成單股束狀將已進行壓低溫等離子表面處理的超高分子量聚こ烯纖維經加捻機進行加捻，S捻，捻數為每米在20個捻；(4)纖維均勻張力、去除靜電將已均勻加捻的超高分子量聚こ烯纖維單股束均勻張力、去除靜電；(5)上膠將上述的超高分子量聚こ烯纖維單股束經七輥牽伸機以5m/min速度，通過上膠機用已配製好的基體樹脂對超高分子量聚こ烯纖維單股束進行上肢，上膠時間為
0.8s ；( 6 )熱定型將上膠後的超高分子量聚こ烯纖維單股束經過熱箱烘乾定型後，製成單絲狀超高分子量聚こ烯纖維，最後卷繞成卷，熱箱烘乾定型溫度為80°C，烘乾停留時間為
zHnin0所述的基體樹脂，為聚氨脂樹脂，基體樹脂溶液的濃度為35%。經檢測經上述步驟製得的單絲狀超高分子量聚こ烯纖維中基體樹脂的質量百分比為18%，纖維直徑為0. 2mm，纖維的強力不低於31. 5g/D。實施例2該單絲狀超高分子量聚こ烯纖維，其特徵在於它是由190根超高分子量聚こ烯纖維I並排粘結為一體，外壁上塗覆有基體樹脂層2。所述的基體樹脂層2，由基體樹脂構成。上述單絲狀超高分子量聚こ烯纖維連續製備方法，其特徵在於它包括以下步驟製成(I)選材選用超高分子量聚こ烯纖維190根，纖維規格為800D，強カ> 32g/D ；(2)纖維表面處理通過常壓低溫等離子體設備(輸出功率1. 5KW ;脈衝頻率ISKHz ;輸出電壓15KV)對超高分子量聚こ烯纖維進行常壓低溫等離子體表面處理；所述的常壓為86 106kPa ;所述的低溫為-10°C +40°C ；(3)纖維加捻製成單股束狀將已進行壓低溫等離子表面處理的超高分子量聚こ烯纖維經加捻機進行加捻，Z捻，捻數為每米在50個捻；(4)纖維均勻張力、去除靜電將已均勻加捻的超高分子量聚こ烯纖維單股束均勻張力、去除靜電；(5)上膠將上述的超高分子量聚こ烯纖維單股束經七輥牽伸機以10m/min速度，通過上膠機用已配製好的 基體樹脂對超高分子量聚こ烯纖維單股束進行上膠，上膠時間為1.3s ；( 6 )熱定型將上膠後的超高分子量聚こ烯纖維單股束經過熱箱烘乾定型，製成單絲狀超高分子量聚こ烯纖維，最後卷繞成卷，熱箱烘乾定型溫度為100°c，烘乾停留時間為2min。所述的基體樹脂，為聚こ稀基樹脂，基體樹脂溶液的濃度為40%。經檢測經上述步驟製得的單絲狀超高分子量聚こ烯纖維中基體樹脂的質量百分比為21. 5%，纖維直徑為0. 35mm，纖維的強カ不低於29. 5g/D。實施例3該單絲狀超高分子量聚こ烯纖維，其特徵在於它是由360根超高分子量聚こ烯纖維I並排粘結為一體，外壁上塗覆有基體樹脂層2。所述的基體樹脂層2，由基體樹脂構成。上述單絲狀超高分子量聚こ烯纖維連續製備方法，其特徵在於它包括以下步驟製成(I)選材選用超高分子量聚こ烯纖維360根，纖維規格為1600D，強カ彡32g/D ；(2)纖維表面處理通過常壓低溫等離子體設備(輸出功率2KW;脈衝頻率20KHz ;輸出電壓18KV)對超高分子量聚こ烯纖維進行常壓低溫等離子體表面處理；所述的常壓為86 106kPa ;所述的低溫為-10°C +40°C ；(3)纖維加捻製成單股束狀將已進行壓低溫等離子表面處理的超高分子量聚こ烯纖維經加捻機進行加捻，S捻，捻數為每米在80個捻；(4)纖維均勻張力、去除靜電將已均勻加捻的超高分子量聚こ烯纖維單股束均勻張力、去除靜電；(5)上膠將上述的超高分子量聚こ烯纖維單股束經七輥牽伸機以15m/min速度，通過上膠機用已配製好的基體樹脂對超高分子量聚こ烯纖維單股束進行上膠，上膠時間為
0.9s ；(6)熱定型將上膠後的超高分子量聚こ烯纖維經過熱箱烘乾定型，製成單絲狀超高分子量聚こ烯纖維，最後卷繞成卷，熱箱烘乾定型溫度為110°C，烘乾停留時間為
1.4min。所述的基體樹脂，為環氧樹脂，基體樹脂溶液的濃度為60%。經檢測經上述步驟製得的單絲狀超高分子量聚こ烯纖維中基體樹脂的質量百分比為27. 4%，纖維直徑為0. 5mm，纖維的強カ不低於31. 5g/D。實施例4該單絲狀超高分子量聚こ烯纖維，其特徵在於它是由570根超高分子量聚こ烯纖維I並排粘結為一體，外壁上塗覆有基體樹脂層2。所述的基體樹脂層2，由基體樹脂構成。上述單絲狀超高分子量聚こ烯纖維連續製備方法，其特徵在於它包括以下步驟製成(I)選材選用超高分子量聚こ烯纖維570，纖維規格為2400D，強カ彡32g/D ；(2)纖維表面處理通過常壓低溫等離子體設備(輸出功率2. 5KW ;脈衝頻率25KHz ;輸出電壓20KV)對超高分子量聚こ烯纖維進行常壓低溫等離子體表面處理；所述的常壓為86 106kPa ;所述 的低溫為-10°C +40°C ；(3)纖維加捻製成單股束狀將已進行壓低溫等離子表面處理的超高分子量聚こ烯纖維經加捻機進行加捻，Z捻，捻數為每米在100個捻；(4)纖維均勻張力、去除靜電將已均勻加捻的超高分子量聚こ烯纖維單股束均勻張力、去除靜電；(5)上膠將上述的超高分子量聚こ烯纖維單股束經七輥牽伸機以20m/min速度，通過上膠機用已配製好的基體樹脂對超高分子量聚こ烯纖維單股束進行上膠，上膠時間為0. 8s ；( 6 )熱定型將上膠後的超高分子量聚こ烯纖維單股束經過熱箱烘乾定型，製成單絲狀超高分子量聚こ烯纖維，最後卷繞成卷，熱箱烘乾定型溫度為130°C，烘乾停留時間為Imin0所述的基體樹脂，為酚醛樹脂，基體樹脂溶液的濃度為80%。經檢測經上述步驟製得的單絲狀超高分子量聚こ烯纖維中基體樹脂的質量百分比為35. 5%,纖維直徑為0. 8mm,纖維的強カ不低於30. 5g/D。
權利要求1.單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，其特徵在於它是由50-570根超高分子量聚乙烯纖維(I)並排粘結為一體，外壁上塗覆有基體樹脂層(2)。
專利摘要本實用新型公開了單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，它是由50-570根超高分子量聚乙烯纖維並排粘結為一體，外壁上塗覆有基體樹脂層。該單絲狀超高分子量聚乙烯纖維，在基本不影響纖維強力性能的前提下，極大提高纖維耐磨性，可大大延長纖維使用壽命，不需要複雜專用設備，造價低廉；可廣泛地使用於工業、國防、體育、海洋等各個領域。
文檔編號D02G3/36GK202865476SQ20122046842
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月14日 優先權日2012年9月14日
發明者任維軍, 亓秀斌, 李強 申請人:山東愛地高分子材料有限公司