專利名稱：超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料及其高性能纖維制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及復合材料領域，特別涉及一種超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材 料及其高性能纖維制造方法。
背景技術：
近年來繼碳纖維、芳香族聚酰胺類等高性能纖維后，又研發(fā)出一超高分子量聚乙 烯(Ultra-high MolecularffeightPolyethylene, UHMWPE)纖維，該超高分子量聚乙烯纖維 具有高強度、高模量、耐磨、耐蝕及耐光等特性，可廣泛應用于各領域?qū)崿F(xiàn)各種用途，例如 在海洋工程中，可應用于如超級油輪、海洋操作平臺及燈塔用固定錨繩，可解決傳統(tǒng)使用鋼 纜于海水中浸泡導致銹蝕，以及使用尼龍或聚酯纜繩時會因腐蝕、水解及紫外線降解，因而 降低纜繩強度、甚至斷裂等缺點；而在航空工程中，可應用于飛機的減速降落傘及懸吊重物 用繩索；在軍事中，可應用于裝甲兵器殼體、雷達防護外罩、頭盔等；另外，超高分子量聚乙 烯纖維也可制成多種類型織物，例如手套、行李箱織布、運動器材(如弓弦、風箏線、雪橇 及滑水板)、安全防護衣著(如防彈衣、防穿刺衣、防爆毯、及防切割手套)等，其中將超高分 子量聚乙烯纖維應用在防彈衣上時可在低溫條件下制造，其重量輕、耐沖擊性、吸收能量及 防彈效果優(yōu)于芳香族纖維。在制備超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料及其高性能纖維的凝膠紡絲技 術上，目前荷蘭DSM及美國Allied公司的凝膠紡絲多數(shù)基礎與制程專利均已在近年過 期，其中未過期兩項專利則強調(diào)可以以較低分子量的高分子量聚乙烯制備出強力不超過 1. 6GPa的纖維產(chǎn)品。歸納關于凝膠紡絲關鍵技術的美國專利如下表所示
U.S. Pat. No.專利到期日專利權人類別主要申請專利范圍4,344,9081999/08/17DSMprocess Limited to 1 - 5 % solution >25 % solvent during drawing
權利要求
一種超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料，其特征在于，將一奈米無機物添加在一超高分子量聚乙烯中，并經(jīng)過一包含空氣驟冷、水相固化及多段變溫延伸的預定制程，得到該高強力纖維的復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料，其特征在于，該 預定制程包含將該奈米無機物進行改質(zhì)、接枝反應、制備一凝膠溶液、抽真空脫泡、紡絲、空 氣驟冷、水相固化及多段變溫延伸的步驟。
3.根據(jù)權利要求2所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料，其特征在于，該 超高分子量聚乙烯的分子量范圍為1，000, 000 10，000, 000。
4.根據(jù)權利要求2所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料，其特征在于，該 奈米無機物為一經(jīng)過改質(zhì)、接枝反應以及超音波震蕩的奈米無機物，其直徑范圍為IOOnm 以下、長度范圍為IOOOym以下。
5.一種超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制造方法，其特征在 于，該方法包含下列步驟將一奈米無機物以羧基化技術進行改質(zhì)；將改質(zhì)后的該奈米無機物以一接枝劑進行接枝反應；再將一超高分子量聚乙烯與一溶劑在一第一預定溫度下加熱熔解一第一預定時間，同 時加入接枝反應后的該奈米無機物，制備一均勻凝膠溶液；將該凝膠溶液利用一真空幫浦抽真空，將該凝膠溶液進行脫泡；再將脫泡后的該凝膠溶液移至一泵浦中，通過該泵浦擠壓至一紡嘴，在一第二預定溫 度下以一第一預定速率擠出一凝膠原絲；將該凝膠原絲置入一第三預定溫度的空氣及水浴槽環(huán)境中進行冷卻，使該凝膠原絲凝 固為一初生凝膠纖維；將該初生凝膠纖維利用一熱延伸機，以一第四預定溫度及一第二預定速率進行一第一 段恒溫延伸后，再以一第五預定溫度及該第二預定速率進行一第二段變溫延伸，延伸完成 即得該超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維。
6.根據(jù)權利要求5所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該奈米無機物的末端基為一羧酸基。
7.根據(jù)權利要求6所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該溶劑為十氫萘。
8.根據(jù)權利要求6所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該第一預定溫度為100 150°C。
9.根據(jù)權利要求6所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該第一預定時間為1 5小時。
10.根據(jù)權利要求6所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該泵浦為定量泵浦。
11.根據(jù)權利要求6所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該紡嘴為干式紡嘴。
12.根據(jù)權利要求6所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該第二預定溫度為150 180°C。
13.根據(jù)權利要求6所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該第一預定速率為1 300米/分鐘。
14.根據(jù)權利要求6所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該第三預定溫度為0 60°C。
15.根據(jù)權利要求6所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該第四預定溫度為70 140°C。
16.根據(jù)權利要求6所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該預定倍率為1. 2 20倍。
17.根據(jù)權利要求6所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該第五預定溫度為70 140°C。
18.根據(jù)權利要求6所述的超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料的高性能纖維制 造方法，其特征在于，該第二預定速率為10 300毫米/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料及其高性能纖維制造方法，屬于復合材料領域。該超高分子量聚乙烯和奈米無機物復合材料是將一超高分子量聚乙烯(UHMWPE)及一奈米無機物(如凹凸棒土、奈米碳管、海泡石、硅灰石、蒙托土等無機物)制備為一凝膠溶液，該凝膠溶液在某一濃度下時，透光率趨近于零，同時加熱熔解，并經(jīng)過抽真空脫泡、以不同紡嘴板(包含各種紡嘴角度、入料及出料長度)紡絲、空氣驟冷、水相固化及多段變溫延伸等步驟而得一透光率近似為零的超高強力纖維的復合材料，其可增加該超高分子量聚乙烯纖維的強度及模量，同時解決該超高分子量聚乙烯纖維的高卷曲(crimp)、高蠕變(creep)及透光等缺點。
文檔編號D01D5/098GK101988221SQ20091016258
公開日2011年3月23日 申請日期2009年8月3日 優(yōu)先權日2009年8月3日
發(fā)明者葉正濤, 周芳如, 尤利春, 尤淳平, 賴玉親, 陳干男 申請人:葉正濤;正豐纖維股份有限公司