天然树脂在高性能超高分子量聚乙烯纤维制备中的应用

本发明属于超高分子量纤维，尤其是涉及天然树脂在高性能超高分子量聚乙烯纤维制备中的应用。

背景技术：

1、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)纤维是由分子质量100万以上的聚乙烯纺成，具有比强度高、比模量高及耐化学腐蚀性好等众多优异特性，广泛应用于防弹衣、头盔和防弹装甲等安全防护领域，飞机和卫星天线的雷达罩及各种航空航天器结构材料和民用飞机的头部雷达罩以及卫星通信天线雷达罩、降落系统和打捞回收系统等航天航空领域。目前，提高超高分子量聚乙烯纤维性能、克服其缺点(耐温性低、抗蠕变性差、粘合性差)的关键点之一在于其加工过程流变行为的调控。

2、uhmwpe纤维复合材料的抗冲击韧性好，其比冲击吸收性能分别是芳纶、碳纤维和玻璃纤维复合材料的2.6、3和1.8倍；uhmwpe纤维复合材料装甲的防弹性能比芳纶纤维的装甲结构高2.5倍，它可以被制成最强最轻的装甲结构，其比弹击载荷值u/p是钢的10倍，是玻璃纤维和芳纶纤维的2倍多，用该纤维制成的绳索、缆绳、船帆和渔具适用于海洋工程，在自重下的断裂长度是钢绳的8倍，是芳纶的2倍。该绳索用于超级油轮、海洋操作平台、灯塔等的固定锚绳，解决了以往使用钢缆遇到的锈蚀和尼龙、聚酯缆绳遇到的腐蚀、水解、紫外降解等引起缆绳强度降低和断裂，需经常进行更换的问题。此外，还可以利用其质轻的特点，用于运钞车、装甲车、防弹车、轻型武装直升机，以减轻重量，也可以用于制作箱体的防爆内衬，还可以制成各类防刺、防割织物，如防割手套等。

3、在超高分子量聚乙烯纤维的生产中，由于聚合物分子量高，在加工过程需要很高的温度才能使其均匀溶解和喷丝，而高温会加速分子链的降解，导致分子量严重降低，进而影响纤维的最终性能，因此，调控超高分子量聚乙烯在加工过程的流变行为，对制备细旦化、高强度的uhmwpe纤维和降低生产能耗有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供天然树脂在高性能超高分子量聚乙烯纤维制备中的应用，以期望调控超高分子量聚乙烯在加工过程的流变行为，降低高分子量聚乙烯纤维的加工难度，提高超高分子量聚乙烯纤维的最终性能。

2、为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：

3、天然树脂在高性能超高分子量聚乙烯纤维制备中的应用。

4、在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

5、作为本发明的一种优选技术方案：包括如下步骤：凝胶纺丝：将流变调控剂、超高分子量聚乙烯粉末、抗氧剂、溶剂按照一定质量比例共混溶胀、溶解，经圆形喷丝孔喷出，进入凝固浴中骤冷并停留一定时间后出凝固浴，经过预牵伸得到冻胶纤维，该过程为前纺；

6、进行二次预牵伸，经萃取、干燥、热拉伸，制备得到高性能超高分子量聚乙烯纤维，该过程为后纺；

7、所述流变调控剂、超高分子量聚乙烯粉末、抗氧剂、溶剂之间的质量比为(0.1～40)：(2～40)：(0.01～2)：(60～98)；

8、所述流变调控剂为天然树脂。

9、作为本发明的一种优选技术方案：所述溶剂为十氢萘、白油、石蜡油中至少一种。

10、作为本发明的一种优选技术方案：前纺中：

11、圆形喷丝孔直径为0.5～5mm；

12、凝固浴的温度为-10～20℃，凝固浴的停留时间为0.1～2分钟；

13、预牵伸倍数为5～15倍。

14、作为本发明的一种优选技术方案：萃取选用碳氢萃取剂，优选为异构烷烃、正构烷烃、环烷烃中的至少一种。

15、作为本发明的一种优选技术方案：后纺中：

16、干燥温度为30～60℃；

17、热拉伸的温度为120～150℃；

18、热拉伸10～200倍，优选为20～50倍。

19、作为本发明的一种优选技术方案：包括如下步骤：熔融纺丝：将流变调控剂、超高分子量聚乙烯粉末、抗氧剂按照一定质量比例共混熔融，经圆形喷丝孔喷出，再经热拉伸制备得到高性能超高分子量聚乙烯纤维；

20、所述流变调控剂、超高分子量聚乙烯粉末、抗氧剂之间的质量比为(0.1～50)：(50～99)：(0.01～2)；

21、共混熔融的温度为140～260℃；

22、所述流变调控剂为天然树脂。

23、作为本发明的一种优选技术方案：热拉伸10～100倍，优选为20～60倍。

24、作为本发明的一种优选技术方案：所述超高分子量聚乙烯粉末的分子量为：1×106～1.5×107g/mol。

25、作为本发明的一种优选技术方案：所述天然树脂为虫胶、松香、聚合松香、柯巴树脂中至少一种。

26、本发明中的天然树脂由自然界中动植物分泌的有机物质(包括在此基础上的再次加工，如聚合)，且主要由萜类、酚类或聚酯类化合物构成，其分子量范围介于100～10000g/mol。

27、虫胶：1000-6000g/mol，萜、聚酯类。

28、松香：300-600g/mol，萜类。

29、聚合松香：600-3000g/mol，萜类。

30、柯巴树脂：100-300(新鲜树脂)，萜类。

31、本发明提供天然树脂在高性能超高分子量聚乙烯纤维制备中的应用，适用于凝胶纺丝和熔融纺丝两种工艺，通过使用天然树脂作为流变调控剂，可以解决超高分子量聚乙烯在较低温加工时溶解性和流动性差的问题，通过该方法可制备得到细旦化、高强度uhmwpe纤维。

1.天然树脂在高性能超高分子量聚乙烯纤维制备中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：凝胶纺丝：将流变调控剂、超高分子量聚乙烯粉末、抗氧剂、溶剂按照一定质量比例共混溶胀、溶解，经圆形喷丝孔喷出，进入凝固浴中骤冷并停留一定时间后出凝固浴，经过预牵伸得到冻胶纤维，该过程为前纺；

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述溶剂为十氢萘、白油、石蜡油中至少一种。

4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，前纺中：

5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，萃取选用碳氢萃取剂，优选为异构烷烃、正构烷烃、环烷烃中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，后纺中：

7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：熔融纺丝：将流变调控剂、超高分子量聚乙烯粉末、抗氧剂按照一定质量比例共混熔融，经圆形喷丝孔喷出，再经热拉伸制备得到高性能超高分子量聚乙烯纤维；

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，热拉伸10～100倍，优选为20～60倍。

9.根据权利要求2或7所述的应用，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯粉末的分子量为：1×106～1.5×107g/mol。

10.根据权利要求2或7所述的应用，其特征在于，所述天然树脂为虫胶、松香、聚合松香、柯巴树脂中至少一种。