耐熱抗靜電超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于纖維生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種耐熱抗靜電超高分子量聚己締纖維 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] UHMW陽纖維(超高分子量聚己締纖維）是繼碳纖維和芳絕纖維之后出現(xiàn)的第=代 高性能纖維，具有耐化學(xué)性和耐侯性、高能量吸收性、耐低溫和電絕緣等多種優(yōu)異性能，被 廣泛的應(yīng)用在軍事、航天航海工程和高性能、輕質(zhì)復(fù)合材料及運(yùn)動(dòng)器械等領(lǐng)域，用來生產(chǎn)諸 如繩索、網(wǎng)、醫(yī)療器械、織物、疊層、復(fù)合制品W及防彈制品。
[0003] 納米改性UHMWPE，國內(nèi)外有學(xué)者作過一定的研究。Krasnor等制得UHMWPE/化復(fù) 合材料，鐵粒子在高速摩擦過程中，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可起活性中屯、作用。復(fù)合材料具有低的 摩擦系數(shù)，并且穩(wěn)定性好。有些學(xué)者推出了層狀娃酸鹽烙融插層改性UHMWPE，研究發(fā)現(xiàn)，層 狀娃酸鹽剝離分散在UHMWPE基體中，使材料的流動(dòng)加工性能有所改善，但是該種改性方法 的對象是粘均分子量150萬左右的UHMWPE，對于粘均分子量較高的UHMWPE，層狀娃酸鹽就 無法剝離分散在UHMWPE基體中。
[0004] 納米粒子改性UHMWPE,如果沒有解決好納米粒子與UHMWPE的相容和分散，納米粒 子與UHMWPE的界面會(huì)有縫隙空穴或納米粒子團(tuán)聚在UHMWPE基體里，材料的力學(xué)性能尤其 是耐磨性和耐沖擊性大幅度下降，失去了作為輸送漿體、粉體介質(zhì)的UHMWPE管材最為關(guān)鍵 的耐磨、耐壓特性。所W，納米材料表面處理及高效分散技術(shù)是其功能有效發(fā)揮的重要條 件。
[0005] 由于UHMWPE本身烙體粘度極高，無法用常規(guī)的擠出設(shè)備加工成型管材，而納米粒 子的加入，使得體系的烙體粘度進(jìn)一步加大。納米粒子在高烙體粘度的基體中的分散及微 結(jié)構(gòu)控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高性能UHMWPE復(fù)合材料工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0006] 中國專利CN031153003公開了一種同時(shí)提高高強(qiáng)聚己締纖維耐熱、抗蠕變和粘接 性的方法。該方法中，將已制好的超高分子量聚己締纖維用丙酬洗漆表面雜質(zhì)后，在光敏 劑二苯甲酬和交聯(lián)劑丙締酸醋的有機(jī)溶劑中進(jìn)行浸泡，取出后再通過紫外光照進(jìn)行交聯(lián)聚 合。該方法屬于纖維的交聯(lián)改性范疇，在一定程度上提高了纖維的耐熱性、抗蠕變性和粘接 性。但是，交聯(lián)聚合的過程比較復(fù)雜，工業(yè)化生產(chǎn)過程中的控制比較困難，另一方面，由于聚 己締高度結(jié)晶，光敏劑和交聯(lián)劑主要集中在纖維表面，很難進(jìn)入纖維內(nèi)部，因此無法從根本 上改善纖維的耐熱性和抗蠕變性能。
[0007] 專利CN101538793A公開了提高超高分子量聚己締纖維抗蠕變性能的方法。首先 對超高分子量聚己締纖維通過溶有光敏劑的超臨界二氧化碳輔助滲透預(yù)處理后，再經(jīng)紫外 光福照使超高分子量聚己締纖維內(nèi)部分子鏈間發(fā)生交聯(lián)，從而提高它的抗蠕變性能。使用 超臨界二氧化碳輔助滲透預(yù)處理的目的是提高小分子在纖維中的滲透深度，而紫外福照技 術(shù)的目的是使小分子在纖維內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)。該方法的處理工藝條件為：超臨界二氧化碳流 體處理溫度為80°C~120 °C，處理壓力為9~15MPa,循環(huán)時(shí)間為30~90min;光敏劑添加量為 纖維質(zhì)量的10~30,紫外福照時(shí)間為2~16min。經(jīng)過改性后超高分子量聚己締纖維的抗蠕變 性能有所提高，由于超臨界二氧化碳流體處理?xiàng)l件苛刻，難W工業(yè)化生產(chǎn)。
[0008] USP5578374和USP5958582公開了一種采用再次拉伸提高UHMWPE纖維耐熱性和 抗蠕變性能的方法，在135°C~160°C下對UHMWPE成品纖維進(jìn)行多次拉伸或先對纖維進(jìn)行熱 處理再進(jìn)行多次拉伸，可有效提高UHMWPE纖維的耐熱性和抗蠕變性。但此法不能同時(shí)改善 UHMW陽纖維的表面粘結(jié)性能，并且采用二次或=次拉伸時(shí)，拉伸溫度較高，拉伸速度很低， 從而導(dǎo)致纖維成本大幅度提高。
[0009] USP4870136公開了一種提高UHMWPE纖維耐熱性、抗蠕變性和表面粘結(jié)性能的方 法。此法先將一定比例的UHMWPE粉末、自由基引發(fā)劑、硅烷類化合物和稀釋劑在螺桿中烙 融混合，進(jìn)行增塑烙融紡絲，在紡絲階段由熱引發(fā)完成UHMW陽的硅烷化接枝反應(yīng)，將紡得 纖維在萃取劑和交聯(lián)劑的介質(zhì)中進(jìn)行熱拉伸，然后再置于沸水中完成交聯(lián)反應(yīng)。此法所得 纖維平衡烙點(diǎn)大大提高，并且纖維抗蠕變性和表面粘結(jié)性能也得到改善。但此法由于在 UHMWPE紡絲原液內(nèi)加入大量引發(fā)劑和接枝化合物并在接枝反應(yīng)完成后再進(jìn)行拉伸，從而使 纖維拉伸倍數(shù)較低，最后所得纖維的力學(xué)性能較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為解決上述問題，本發(fā)明公開了耐熱抗靜電超高分子量聚己締纖維及其制備方 法，生產(chǎn)出的纖維具有耐磨、耐熱、抗靜電、抗沖擊、自潤滑、耐腐蝕、耐低溫、衛(wèi)生無毒、不易 粘附、不易吸水、密度較小等綜合性能。
[0011] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 耐熱抗靜電超高分子量聚己締纖維，該纖維包括超高分子量聚己締粉末、納米導(dǎo)電顆 粒、交聯(lián)劑、固化劑、引發(fā)劑和抗氧劑。
[0012] 耐熱抗靜電超高分子量聚己締纖維的制備方法，通過溶劑溶脹超高分子量聚己締 粉末，形成孔隙，然后加入交聯(lián)劑、固化劑、引發(fā)劑、抗氧劑、納米導(dǎo)電顆粒和溶劑共同浸潤 的復(fù)合改性劑，均勻滲透到超高分子量聚己締粉末孔隙中，混合均勻后，通過螺桿擠出機(jī)擠 出紡絲，去除溶劑后經(jīng)過牽伸得到超高分子量聚己締復(fù)合纖維，最后經(jīng)過福照交聯(lián)得到耐 熱抗靜電超高分子量聚己締纖維。
[0013] 本發(fā)明通過物理交聯(lián)與化學(xué)交聯(lián)相結(jié)合的方式，在超高分子量聚己締基體中加入 兩維結(jié)構(gòu)材料納米導(dǎo)電顆粒，起到加強(qiáng)筋的作用，好比鋼筋混凝±結(jié)構(gòu)中的"鋼筋"；同時(shí)， 還在基體中添加了交聯(lián)劑和固化劑，通過化學(xué)交聯(lián)，形成一種交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將超高分子量 聚己締基體與納米導(dǎo)電顆粒緊密地連接起來，形成一種耐熱抗靜電的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
[0014] 所述的耐熱抗靜電超高分子量聚己締纖維及其制備方法，其特征在于，所述的超 高分子量聚己締粉末粘均分子量為100萬~700萬，優(yōu)選為200萬~500萬。
[0015] 所述的耐熱抗靜電超高分子量聚己締纖維及其制備方法，其特征在于，所述的溶 劑為四氨蒙、十氨蒙、正庚燒、正己燒、環(huán)己燒、石蠟油、植物油、動(dòng)物油、煤油、二甲苯一種或 幾種的混合物，溶劑與超高分子量聚己締粉末的重量比為1:1至20:1。
[0016] 所述的耐熱抗靜電超高分子量聚己締纖維及其制備方法，其特征在于，所述的交 聯(lián)劑為酸酢、二胺、二元醇、二元酸、多元醇、多元酸或者多元胺類、丙締酷胺類、丙締酸醋 類、異氯酸醋類、異氯酸脈類化合物中的一種或者幾種，用量為超高分子量聚己締粉末重量 的 0%~5〇/〇。
[0017] 所述的耐熱抗靜電超高分子量聚己締纖維及其制備方法，其特征在于，所述的固 化劑為酸酢、二胺、二元醇、二元酸、多元醇、多元酸或者多元胺類化合物中的一種或者幾 種，用量為超高分子量聚己締粉末重量的09(^5%。
[0018] 所述的耐熱抗靜電超高分子量聚己締纖維及其制備方法，其特征在于，所述的引 發(fā)劑為過氧化類引發(fā)劑、偶氮類引發(fā)劑或者光敏引發(fā)劑，優(yōu)選為過氧化環(huán)己酬、過氧化二苯 甲酯、過氧化二異丙苯、叔了基異丙苯基氧化物、1,3-1, 4-二（叔了基過氧異丙基）苯、叔 了基過氧化氨、偶氮二異了膳、偶氮二異庚膳、二苯甲酬及其衍生物中的一種或者幾種，用 量為超高分子量聚己締粉末重量的〇%~3%。
[0019] 所述的耐熱抗靜電超高分子量聚己締纖維及其制備方法，其特征在于，所述的納 米導(dǎo)電顆粒為金屬、非金屬、氧化物半導(dǎo)體，其用量為超高分子量聚己締粉末重量的〇~3%。
[0020] 所述的耐熱抗靜電超高分子量聚己締纖維及其制備方法，其特征在于，所述的抗 氧劑為2，6-二特了基苯酪、2，4，6-S特了基苯酪、4，4'-硫代雙（6-特了基-3-甲基 苯酪）或四[亞甲基-3- (3'，5'-二特了基-4'-鈴基苯基）丙酸]季戊四醇醋與亞磯 酸S苯醋、亞磯酸S(2，4-二特了基苯基）醋