一種有色超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種有色超高分子量聚乙烯纖維及其制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。將超高分子量聚乙烯、復(fù)配顏料和抗氧劑，按照質(zhì)量比為100:6～10:0.6～3加入到十氫萘溶液中制成超高分子量聚乙烯質(zhì)量濃度為7%～10%的懸浮液，經(jīng)過(guò)溶脹、溶解、噴頭拉伸、預(yù)牽伸和多倍牽伸制得單絲纖度低于1.5dtex，束絲斷裂強(qiáng)度不低于38cN·dtex-1，模量不低于1500cN·dtex-1，耐水洗色牢度為4，耐摩擦色牢度為3-4的有色超高分子量聚乙烯纖維。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)方法不僅生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、?可重復(fù)性強(qiáng)、而且所加工的產(chǎn)品細(xì)旦高強(qiáng)，色牢度高、顏色豐富，滿足了市場(chǎng)對(duì)多色系高性能聚乙烯纖維的需求，可泛應(yīng)用于海洋工程及漁用領(lǐng)域。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于高分子材料領(lǐng)域，特別涉及一種有色超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維及其制備方法。
技術(shù)介紹
超高分子量聚乙烯纖維（UltraHighMolecularWeightPolyethyleneFiber，簡(jiǎn)稱(chēng)UHMWPE）具有高度取向的伸直鏈結(jié)構(gòu)，化學(xué)穩(wěn)定性好，在耐磨耐彎曲性能、張力疲勞性能和抗切割性能上是現(xiàn)有高性能纖維中最強(qiáng)的。在軍事工業(yè)和航天航空領(lǐng)域均有不可替代的作用。此外，UHMWPE纖維在民用領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，隨著UHMWPE纖維在海洋工程及漁用領(lǐng)域的應(yīng)用拓展，對(duì)有色UHMWPE纖維的需求越來(lái)越多。紡前著色技術(shù)由于生產(chǎn)過(guò)程中“三廢”少、成本低、產(chǎn)品著色均勻等越來(lái)越受青睞，但是紡前著色的研究與開(kāi)發(fā)應(yīng)用主要集中在單一顏料添加方面，對(duì)復(fù)配色系研究甚少，導(dǎo)致纖維顏色單一，不能滿足市場(chǎng)對(duì)多色系纖維的需要。CN103590128A的專(zhuān)利介紹了一種有色超高分子量聚乙烯纖維的制備方法。該方法主要是將染料或顏料粉末與溶劑混合攪拌，并輔助超聲震蕩，得到均勻的染色浴液，然后進(jìn)行紡絲。本專(zhuān)利技術(shù)的工藝流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，染料或顏料粒子的選擇廣泛，但該方法只是針對(duì)單一的顏料進(jìn)行紡絲，只提到黑色、紅色、藍(lán)色等單一顏色纖維的制備，未提起顏色的復(fù)配和色系的開(kāi)發(fā)，也未對(duì)牽伸倍率對(duì)復(fù)配色系的影響進(jìn)行研究。CN101886295A的專(zhuān)利介紹了一種超高分子量聚乙烯有色纖維及制備方法。該方法將超高分子量聚乙烯粉末和溶劑按比例注入解纏釜內(nèi)，在溶劑中高剪切使超高分子量聚乙烯大分子之間適度解纏，形成均一乳液狀混和液，然后利用混合技術(shù)將含有納米級(jí)的無(wú)毒、無(wú)害顏料顆粒制成的乳液均勻連續(xù)地添加到乳液狀混和液中，進(jìn)一步剪切，最后乳液狀混和液通過(guò)儲(chǔ)料罐邊攪拌邊定量喂入螺桿擠出機(jī)擠出紡絲。該專(zhuān)利技術(shù)主要是制備一種具有常規(guī)高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的優(yōu)異品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了原材料環(huán)保、生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保，產(chǎn)品環(huán)保，而未對(duì)有色纖維的顏色復(fù)配及色系開(kāi)發(fā)進(jìn)行研究。CN102587060A的專(zhuān)利介紹了一種超高分子量聚乙烯有色纖維的生產(chǎn)方法。該方法首先將干燥后的超高分子量聚乙烯纖維放入高壓染色艙內(nèi)并封閉好，然后將二氧化碳儲(chǔ)罐中的二氧化碳?xì)怏w加熱加壓到非氣體也非液體的超臨界狀態(tài)，然后由泵將超臨界狀態(tài)下的二氧化碳打入染料槽內(nèi)，使二氧化碳超臨界流體溶解染料，然后送至高壓染色艙內(nèi)與超高分子量聚乙烯纖維進(jìn)行接觸，給超高分子量聚乙烯纖維進(jìn)行染色，染色后的超高分子量聚乙烯纖維再進(jìn)行超倍熱牽伸、收卷、入庫(kù)，所述二氧化碳和剩余的染料進(jìn)入分離器分離，分別收集回用。本專(zhuān)利技術(shù)的目的是解決纖維著色的技術(shù)問(wèn)題，纖維品種切換困難的技術(shù)問(wèn)題，而未提及有色纖維色系的開(kāi)發(fā)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中超高分子量聚乙烯有色纖維，顏色單一，纖維品質(zhì)不高，不能滿足市場(chǎng)需求的問(wèn)題。本專(zhuān)利技術(shù)主要研究復(fù)配色系超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，通過(guò)調(diào)整復(fù)配顏料比例、主要工藝溫度、噴頭拉伸倍數(shù)、預(yù)牽伸倍數(shù)和多倍牽伸各級(jí)倍數(shù)生產(chǎn)出所需的細(xì)旦高強(qiáng)的復(fù)配色系纖維。本專(zhuān)利技術(shù)的有色超高分子量聚乙烯纖維：?jiǎn)谓z纖度低于1.5dtex，束絲斷裂強(qiáng)度不低于38cN·dtex-1，模量不低于1500cN·dtex-1，耐水洗色牢度為4，耐摩擦色牢度為3-4。本專(zhuān)利技術(shù)超高分子量聚乙烯有色纖維的制備方法，步驟如下：（1）將超高分子量聚乙烯、復(fù)配顏料和抗氧劑，按照質(zhì)量比為100:6～10:0.6～3加入到十氫萘溶液中制成超高分子量聚乙烯質(zhì)量濃度為7~10%的懸浮液，懸浮液定量擠入雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行溶脹、溶解，形成均勻的超高分子量聚乙烯溶液；（2）將步驟（1）中的超高分子量聚乙烯溶液經(jīng)噴絲板噴出，噴頭牽伸的倍數(shù)為6～15倍，制得初生纖維；（3）將初生纖維進(jìn)行預(yù)牽伸，預(yù)牽伸溫度為：90～130℃，牽伸倍數(shù)為6～12倍；（4）將預(yù)牽伸后的纖維在20～25℃下靜置，平衡24小時(shí)以消除內(nèi)應(yīng)力；（5）經(jīng)過(guò)預(yù)牽伸、平衡后的纖維通過(guò)多倍牽伸，熱定型除去纖維中的十氫萘，纖維取向結(jié)晶形成高強(qiáng)高模纖維。牽伸工藝為：一級(jí)牽伸溫度100～115℃，牽伸倍數(shù)4～8倍；二級(jí)牽伸溫度105～130℃，牽伸倍數(shù)3～6；三級(jí)牽伸溫度130～160℃，牽伸倍數(shù)1.1～2。通過(guò)以上步驟可以完成有色超高分子量聚乙烯的生產(chǎn)。同色系不同色號(hào)纖維的生產(chǎn)，需要通過(guò)調(diào)節(jié)復(fù)配顏料配比和紡絲過(guò)程中的各級(jí)牽伸比來(lái)調(diào)節(jié)，需要做大量的試驗(yàn)才能完成。本專(zhuān)利技術(shù)有色超高分子量聚乙烯纖維，復(fù)配色系優(yōu)選為咖啡色系和橘色系。咖啡色系的配色主要顏料為黑色、紅色、黃色和白色，配比為：0.1～0.6:4～5:0.01～0.5。橘色系的配色主要顏料為黃色和紅色，配比為：3.5～4:6～6.5。所述咖啡色系的纖維生產(chǎn)過(guò)程的噴頭牽伸倍數(shù)優(yōu)選為：6～12倍；預(yù)牽伸溫度優(yōu)選90～115℃，牽伸倍數(shù)優(yōu)選7～10倍；多倍牽伸工藝為：一級(jí)牽伸溫度100～115℃，牽伸倍數(shù)優(yōu)選為6.5～8倍；二級(jí)牽伸溫度優(yōu)選110～130℃，牽伸倍數(shù)4～6倍；三級(jí)牽伸溫度優(yōu)選130～145℃，牽伸倍數(shù)優(yōu)選為1.2～1.6倍。所述橘色系的纖維生產(chǎn)過(guò)程的噴頭牽伸倍數(shù)優(yōu)選為8倍；預(yù)牽伸溫度優(yōu)選125～130℃，牽伸倍數(shù)優(yōu)選12～15倍；多倍牽伸工藝為：一級(jí)牽伸溫度110～115℃，牽伸倍數(shù)優(yōu)選為5～5.5倍；二級(jí)牽伸溫度優(yōu)選125～130℃，牽伸倍數(shù)4～4.5倍；三級(jí)牽伸溫度優(yōu)選150～155℃，牽伸倍數(shù)優(yōu)選為1.1～2倍。本專(zhuān)利技術(shù)染色方法最終制得的成品有色超高分子量聚乙烯纖維單絲纖度低于1.5dtex，束絲斷裂強(qiáng)度不低于38cN·dtex-1，模量不低于1500cN·dtex-1，耐水洗色牢度為4，耐摩擦色牢度為3-4。本專(zhuān)利技術(shù)所提供的有色超高分子量聚乙烯纖維的方法不僅生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、可重復(fù)性強(qiáng)、而且所加工的產(chǎn)品細(xì)旦高強(qiáng)，色牢度高、顏色豐富，滿足了市場(chǎng)對(duì)多色系高性能聚乙烯纖維的需求。具體實(shí)施方式以下用實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例以復(fù)配色系的咖啡色系和橘色系為例詳細(xì)的說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案。咖啡色系超高分子量聚乙烯纖維的制備主要是通過(guò)黑色、黃色、紅色、白色四種顏料進(jìn)行復(fù)配，對(duì)牽伸比進(jìn)行合理分配，生產(chǎn)出棕色、褐色、煙色和駝色有色纖維，以下實(shí)施例1～實(shí)施例4為咖啡色系的超高分子量聚乙烯纖維的制備。橘色系超高分子量聚乙烯纖維的制備主要是通過(guò)黃色、紅色顏料進(jìn)行復(fù)配，對(duì)牽伸比進(jìn)行合理分配，生產(chǎn)出橘紅色和橘黃色有色纖維，以下實(shí)施例5、實(shí)施例6為橘色系的超高分子量聚乙烯纖維的制備。實(shí)施例不限于本專(zhuān)利技術(shù)的保護(hù)范圍，本專(zhuān)利技術(shù)的保護(hù)范圍由權(quán)利要求來(lái)決定。實(shí)施例1棕色超高分子量聚乙烯的制備超高分子量聚乙烯、抗氧劑、復(fù)配顏料按照質(zhì)量比為100:6.11:2.5加入到十氫萘溶液中制成超高分子量聚乙烯質(zhì)量濃度為7%的懸浮液，其中復(fù)配顏料中黑色、黃色、紅色、白色的配比為：0.6:4:1.5:0.01。將懸浮液定量擠入雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行溶脹、溶解，形成均勻的聚乙烯溶液，經(jīng)過(guò)噴頭牽伸制得初生纖維，噴頭牽伸的倍數(shù)為6倍，將初生纖維進(jìn)行預(yù)牽伸，預(yù)牽伸溫度為：90℃，牽伸倍數(shù)為10倍；將預(yù)牽伸后的纖維在20℃下靜置平衡24小時(shí)以消除內(nèi)應(yīng)力；經(jīng)過(guò)預(yù)牽伸、平衡后的纖維通過(guò)多倍牽伸，熱定型除去纖維中的十氫萘，纖維取向結(jié)晶形成高強(qiáng)高模纖維，多倍牽伸的牽伸工藝為：一級(jí)牽伸溫度本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種有色超高分子量聚乙烯纖維，其特征在于：?jiǎn)谓z纖度低于?1.5dtex，束絲斷裂強(qiáng)度不低于38cN·dtex?1，模量不低于?1500cN·dtex?1，耐水洗色牢度為4，耐摩擦色牢度為3?4。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種有色超高分子量聚乙烯纖維，其特征在于：?jiǎn)谓z纖度低于1.5dtex，束絲斷裂強(qiáng)度不低于38cN·dtex-1，模量不低于1500cN·dtex-1，耐水洗色牢度為4，耐摩擦色牢度為3-4。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有色超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，其特征在于包含如下步驟：（1）將超高分子量聚乙烯、復(fù)配顏料和抗氧劑，按照質(zhì)量比為100:6～10:0.6～3加入到十氫萘溶液中制成超高分子量聚乙烯質(zhì)量濃度為7~10%的懸浮液，懸浮液定量擠入雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行溶脹、溶解，形成均勻的超高分子量聚乙烯溶液；（2）將步驟（1）中的超高分子量聚乙烯溶液經(jīng)噴絲板噴出，噴頭牽伸的倍數(shù)為6～15倍，制得初生纖維；（3）將初生纖維進(jìn)行預(yù)牽伸，預(yù)牽伸溫度為：90～130℃，牽伸倍數(shù)為6～12倍；（4）將預(yù)牽伸后的纖維在20～25℃下靜置，平衡24小時(shí)；（5）經(jīng)過(guò)預(yù)牽伸、平衡后的纖維通過(guò)多倍牽伸，牽伸工藝為：一級(jí)牽伸溫度100～115℃，牽伸倍數(shù)4～8倍；二級(jí)牽伸溫度105～130℃，牽伸倍數(shù)3～6；三級(jí)牽伸溫度130～160℃，牽伸倍數(shù)1.1～2。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有色超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，其特征在于復(fù)配...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬敏，劉建，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)石油化工股份有限公司，南化集團(tuán)研究院，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32