1.本发明涉及超高分子量聚乙烯纤维技术领域，尤其涉及一种超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法。


背景技术：

2.进入21世纪以来，材料领域飞速发展，涌现了一批引起行业变革的新材料，高性能纤维材料具有强度高、刚性大、化学稳定性好等特点。其中作为三大高性能材料的碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维已取代了多个领域中的金属材料。
3.超高分子量聚乙烯纤维由于原料易得，成本相对较低，已经产业化生产十几年且在各领域得到广泛应用。超高分子量聚乙烯纤维具有高取向度、高结晶度，微纤沿拉伸方向排列规整度高的结构的特点。尤其是以其力学性能优异，轴向拉伸强度很高，比强度是现有高性能纤维中最高的；可用于军队装备物资、机械制造、薄板加工、玻璃切割、精工打磨、锻件搬运、屠宰分割、消防救援、野外防护、刀具生产、造纸、航运、渔业、海上工业用绳索、电缆、渔网，登山绳索等领域；并在汽车、航空航天、国防兵器等领域，发挥了越来越大的作用。
4.超高分子量聚乙烯纤维产业化时间较短，制备方法、性能提高及应用拓展尚在研究发展中，国内已产业化生产的厂家不足十家。复合纤维材料、树脂复合材料、纤维改性、应用开发等内容为近年来的研究热点。随着超高分子量聚乙烯纤维在安全防护领域大范围应用，由于其本身分子结构特殊性产生的问题越来越多，使之具备优良性能的因素反而成为制约该纤维进一步应用的弊端，尤其以防护制品防切割指数不足、绳类制品蠕变现象严重最为突出。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维及其制备方法，在超高分子量聚乙烯纤维的制备过程中加入超短纤增强纤维材料作为填料，形成一种复合纤维，从而弥补超高分子量聚乙烯纤维在使用中的不足，增强纤维防切割性能，改善蠕变性能。
6.本发明采用超短纤作为填料制备超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维。
7.本发明包括如下步骤：
8.(1)将超短纤与纺丝白油按质量比为1.34-6.67：100混合，连续搅拌分散均匀以防止玻璃及玄武岩超短纤因密度大导致沉降，得到超短纤混合液；
9.(2)将超高分子量聚乙烯粉末与纺丝白油按质量比为9.4-9.8：100在溶胀釜中搅拌，搅拌过程中升温至120-125℃，得到纺丝溶胀液；
10.(3)将超短纤混合液与纺丝溶胀液同时注入双螺杆挤出机中，通过流量控制，将超短纤与超高分子量聚乙烯的重量比控制在0.1-5：95-99.9，利用双螺杆挤出机的混炼、搅拌功能将超短纤混合液与纺丝液充分混合成为均一的流体，流体温度从110-120℃升温至275-295℃，经过分配板、过滤器、喷丝头形成复合初生纤维；
11.(4)复合初生纤维经36-48h应力平衡，在集束架上整齐排列，采用碳氢清洗剂清除复合初生纤维中纺丝白油，再经低温挥发出去碳氢清洗剂，接着牵伸通过130-135℃的牵伸热箱，经过四级牵伸，得到高度结晶、高强度、高模量的超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维。
12.优选地，超短纤为玻璃纤维和/或玄武岩纤维。
13.优选地，超短纤为玻璃纤维和玄武岩纤维的组合物，玻璃纤维和玄武岩纤维的质量比为1-4：1-4。
14.优选地，超短纤的直径为3.5-7μm，长度为0.1-0.5mm。
15.优选地，玻璃纤维和玄武岩纤维的参数如下：
16.性能指标玻璃纤维玄武岩纤维直径，μm3.5-76-7纤度，dtex110-11622-176断裂强力，n5.0-6.00.5-10.5断裂强度，cn/dtex4.5-5.54.0-6.5断裂伸长，mm8.0-10.08.5-11.0断裂伸长率，％1.3-1.61.4-1.8断裂模量，cn/dtex300-360320-400初始模量，cn/dtex0.04-0.060.03-0.16
17.优选地，本发明所得超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维的力学性能如下：线密度为200-800dtex，断裂强力为50-150n，断裂强度为30-35cn/dtex，断裂伸长为13-18mm，断裂伸长率为2.8-4.2％，断裂模量为770-1340cn/dtex，初始模量为0.3-6.2cn/dtex。
18.优选地，当本发明所得超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维作为原料用于编制缆绳、登山绳等产品时，2000h后蠕变率由原来的4-8％降为0.65-1.08％。
19.优选地，上述集束架为本技术所用实用新型专利“超高分子量聚乙烯纤维的电动式集束架”(申请号为201120350262.2)。
20.本发明采用超短纤增强的方法，使所得超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维除了具备高强度、高模量的性能外，其纤维应力应变性能得到提高，防切割性能优良，根据en388标准检测制品的防切割指数可达40以上，远高于五级标准防切割指数20的标准。在建筑、电力、切割行业的实际使用过程中，防切割手套制成品手掌部位为重点防护部位，使用寿命可延长一倍以上，且对手部可起到良好的保护作用；而且能有效改善分子链易滑移导致的蠕变，解决原有超高分子量聚乙烯纤维存在的防切割制品性能不足、绳索蠕变现象严重等问题。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
22.实施例1玻璃超短纤增强超高分子量聚乙烯纤维
23.将单丝直径为3.5μm的玻璃纤维切断成长度为0.3mm的超短纤，与纺丝白油配置成质量分数为4.0％的混合液，在锚式分散乳化釜中连续搅拌分散均匀，得到超短纤混合液。
24.将超高分子量聚乙烯粉末与纺丝白油成质量分数为9.5％的混合液，于溶胀釜加
热至125℃制成纺丝溶胀液。
25.将超短纤混合液与纺丝溶胀液在双螺杆挤出机入口端同时注入，控制超短纤混合液的流量为12.56kg/h，纺丝溶胀液流量为171.05kg/h，使超短纤与超高分子量聚乙烯的质量比为3：97。经过喷丝系统，得到含有超短纤的初生纤维。
26.初生纤维在室温下平衡静置36h后，采用四辊牵伸机进行预牵伸，牵伸倍数为3.00，预牵伸后用萃取剂(prime103)萃取，然后44℃干燥15min，最后在七辊牵伸机-加热箱中进行热拉伸，拉伸比维持在40，热拉伸温度为148℃，得到玻璃超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维。
27.实施例2玻璃/玄武岩混合超短纤增强超高分子量聚乙烯纤维
28.将单丝直径为3.5μm的玻璃纤维和单丝直径为7μm的玄武岩纤维分别切断成长度为0.3mm的超短纤，按质量比为1：1混合，与纺丝白油配置成质量百分数为6.67％的混合液，在锚式分散乳化釜中连续搅拌分散均匀，得到超短纤混合液。
29.将超高分子量聚乙烯粉末与纺丝白油成质量分数为9.5％的混合液，于溶胀釜加热至125℃制成纺丝溶胀液。
30.将超短纤混合液与纺丝溶胀液在双螺杆挤出机入口端同时注入，控制超短纤混合液的流量为12.82kg/h，纺丝溶胀液流量为171.05kg/h，使超短纤与超高分子量聚乙烯的质量比为5：95。经过喷丝系统，得到含有超短纤的初生纤维。
31.初生纤维在室温下平衡静置48h后，采用四辊牵伸机进行预牵伸，牵伸倍数为3.00，预牵伸后用萃取剂(prime103)萃取，然后33℃干燥15min，最后在七辊牵伸机-加热箱中进行热拉伸，拉伸比维持在43，热拉伸温度为140℃，得到玻璃/玄武岩超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维。
32.将实施例1和实施例2所得超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维进行力学性能测试，其结果如下：
[0033] 实施例1实施例2线密度，dtex346429断裂强度，cn/dtex3133断裂伸长率，％3.03.6断裂模量，cn/dtex10521298
[0034]
将实施例1和实施例2所得超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维参照gb/t 19975-2005测试纤维的拉伸蠕变性能，测试条件如下：夹距200mm，载荷40％，2000h定力拉伸。其结果如下：实施例1所得超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维的拉伸蠕变伸长率为0.93％，而实施例2所得超短纤增强超高分子量聚乙烯复合纤维的拉伸蠕变伸长率为0.66％。
[0035]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。