阅读说明：本技术 一种耐切割性有色纤维和制备方法 (Cut-resistant colored fiber and preparation method thereof ) 是由 苏豪 孔凡敏 吴小莲 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种耐切割性有色纤维产品,所述有色纤维由超高分子和纳米晶体结构形成的无机微粒构成,所述的纳米晶体的材质为是硅、铝、钛、锌、锆的氧化物或氮化物,所述的纳米晶体的粒径为20~100nm,所述纳米晶体的重量为所述超高分子量聚乙烯树脂重量的5~25.0%。本发明还提供了一种耐切割性有色纤维的制备方法,本发明提供一种耐切割性有色纤维和制备方法,在超高分子量聚乙烯有色纤维“纺程解缠-溶剂回收”一体化专有干法纺丝技术的工艺的基础上进行改进,操作简单,原料制备工艺难度不高。(The invention discloses a cut-resistant colored fiber product, wherein the colored fiber is composed of inorganic particles formed by ultra-high molecular and nanocrystal structures, the nanocrystal is made of oxides or nitrides of silicon, aluminum, titanium, zinc and zirconium, the particle size of the nanocrystal is 20 ~ 100nm, and the weight of the nanocrystal is 5 ~ 25.0.0% of the weight of the ultra-high molecular weight polyethylene resin.)

一种耐切割性有色纤维和制备方法

技术领域

本发明属化学纤维技术领域，涉及一种耐切割性有色纤维和制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维，又称为高强高模聚乙烯纤维，它是90年代初出现的高科技、高性能纤维，是当今世界三大高科技纤维(碳纤维、芳纶、高强高模聚乙烯纤维)之一，由于超高分子量聚乙稀纤维具有高结晶度和高度取向的伸直链结构，与碳纤维、芳纶纤维相比较，超高分子量聚乙稀纤维的强度更高；质量更轻，化学稳定性更好；具有很强的化学惰性，耐强酸、强碱溶液及有机溶剂；具有很好的耐候性，经1500h日晒后，纤维强度保持率仍然高达80％，耐紫外性能非常优越；耐低温性好，使用温度可以低至-150℃；之外，超高分子量聚乙稀纤维的耐磨耐弯曲性能、张力疲劳性能、抗切割性能也是现有高性能纤维中最强的。在安全、防护、航空、航天、国防装备、车辆制造、造船业、体育界发挥着举足轻重的作用。广泛用于绳索、渔网、钓鱼线、复合材料等领域。除此之外，超高分子量聚乙稀纤维在民用工业领域作为抗冲击、减震材料及高性能轻质复合材料也有着广阔的应用前景。

高强高模聚乙烯纤维由于分子量极高，主链结合好，取向度、结晶度高，因此它的比强度是当今所有纤维之最.聚乙烯具有亚甲基(-CH2-CH2-)相连的大分子链的化学结构，超高分子量聚乙稀存在有大量无规线团的非晶区和折叠链的晶体结构。在超倍牵伸时，其大分子链的高度取向、使晶区及非晶区的大分子充分伸展，形成了高度结晶的伸直链超分子结构。这样的超分子结构决定了高强聚乙烯纤维的优越性能。

在超高分子量聚乙烯有色纤维在生产过程中，超高分子量聚乙烯在溶剂中的溶解解缠形成均匀的冻胶溶液直接影响超高分子量聚乙烯纤维的性能。由于其溶解、解缠过程是在高温、高剪切的条件下进行，其大分子链在溶解过程中易发生断裂，造成超高分子量聚乙烯分子的降解，导致超高分子量聚乙烯纤维的性能降低；并且，超高分子量聚乙烯在溶剂中的溶解过程极为缓慢：超高分子量聚乙烯大分子链很长，不易移动，大分子间的作用力大，且分子间的缠结点多，大分子与溶剂小分子接触后仅有其中的某个结构单元被溶剂化后，但它仍是大分子链的一部分，牵制整条大分子的运动，只有当整条大分子所有单元全部被溶剂化后，才有可能作为一个整体从固相的表面脱落下来而进入溶剂形成均匀溶液。所以，溶剂在超高分子量聚乙烯纤维生产中发挥着重要的作用，并影响超高分子量聚乙烯纤维生产方法及其纤维制品的性能。

同时超高分子量聚乙烯的分子无极性及结晶规整度使染料分子难以切入其中，纤维染色困难，改性和材料复合业非常困难，目前生产的多是原色纤维。若在超高分子量聚乙烯粉末内直接混入无机颜料添加剂，颜料易团聚分散性差易造成染色不匀，做成产品后再染色由于聚乙稀的化学惰性色老度不高。虽然国内外关于超高分子量聚乙烯纤维的专利多达数百篇，但均侧重于超高分子量聚乙烯纤维的生产方法及相应设备方面，至今仍未发现关于超高分子量聚乙烯溶剂及增加耐切割性能的有色纤维生产方法方面的专利。

发明内容

本发明的目的是在现有的专有技术基础之上进行进一步的优化，提供一种耐切割性有色纤维，所述有色纤维由超高分子和纳米晶体结构形成的无机微粒构成，所述的纳米晶体的材质为是硅、铝、钛、锌、锆的氧化物或氮化物，所述的纳米晶体的粒径为20~100nm，所述纳米晶体的重量为所述超高分子量聚乙烯树脂重量的5~25.0%。

所述硅、铝、钛、锌、锆总配比中硅、铝的含量总和大于50%。

所述硅、铝、钛、锌、锆总配比中硅、铝的含量总和大于80%。

所述的纳米晶体的粒径为20~50nm。

本发明还提供了一种耐切割性有色纤维的制备方法，包括以下步骤：第一步：配置复合原料分体和纺丝原液，将所述纳米晶体与一类超高分子量聚乙烯树脂充分混合得到复合原料分体，将专用颜料与二类超高分子量聚乙烯树脂和十氢化萘的混合制备纺丝原液；第二步：将复合原料粉体与纺丝原液在溶胀釜内充分溶胀形成具备特性流体流变原料液后，经由超高分子量聚乙烯干法纺丝装置进行具备耐切割特性的超高分子量聚乙烯有色纤维的制备。

所述纳米晶体含量为一类超高分子量聚乙烯树脂和二类超高分子量聚乙烯树脂总和的0.1%~15%。

所述纳米晶体含量为一类超高分子量聚乙烯树脂和二类超高分子量聚乙烯树脂总和的1%~7%。

所述专用颜料的含量为原料二类超高分子量聚乙烯树脂的0.01%~8%。

所述专用颜料为有机类颜料时，含量为原料二类超高分子量聚乙烯树脂的1-5%，所述专用颜料为无机类颜料时，含量为原料二类超高分子量聚乙烯树脂的0.1-3%。

一类超高分子量聚乙烯树脂的黏均分子量为500~850万。

一类超高分子量聚乙烯树脂的黏均分子量为500~650万。

所述二类超高分子量聚乙烯树脂的黏均分子量为300万~500万，

所述二类超高分子量聚乙烯树脂的黏均分子量为350~450万。

所述特性流体流变原料液中，超高分子量聚乙烯树脂浓度为5%~12%，所述百分比为质量比。

所述特性流体流变原料液中，超高分子量聚乙烯树脂浓度为为6.5%~8%，所述百分比为质量比。

本发明提供一种耐切割性有色纤维和制备方法，在超高分子量聚乙烯有色纤维“纺程解缠-溶剂回收”一体化专有干法纺丝技术的工艺的基础上进行改进，操作简单，原料制备工艺难度不高。

具体实施方式

下面通过实施例来对本发明进行详细说明。

以下实施实例所用到的材料为：

超高分子量聚乙烯树脂（UHMWPE），其中一类超高分子量聚乙烯树脂（黏均分子量500万~850万），二类超高分子量聚乙烯树脂（黏均分子量300万~500万）；纳米级（20nm~50nm）硅、铝、钛、锌、锆氧化物；含量大于98%十氢萘溶剂； 精馏制备2，6-二叔丁基对甲酚（BHT） 。

颜料：Heliogen 蓝 K6911 FP/ K7090 FP、Paliogen 红 K3580/ K4180等

测试分析设备仪器：DSC热分析仪STA449C（德国耐驰）、气相色谱 680N （美国 安捷伦）、HAAKE转矩流变仪PolyLab OS系统、高性能聚乙烯纤维干法纺丝装置。

实施例1

（一）将5.785KG的一类超高分子量聚乙烯树脂树脂与580g无机纳米微粒混合物（其中硅、铝、钛、锌、锆元素摩尔比为5:5:1:1:1）高速震荡均混后，注入90升含量大于98%十氢萘溶剂，混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀3h；（二）同时将5.785KG的二类超高分子量聚乙烯树脂树脂与290g的１#有机颜料及其他助剂如抗氧剂BHT等高速震荡均混，注入90升含量大于98%十氢萘溶剂，将混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀2.5h。通过回流输送泵将（一）（二）溶液注入均质釜内进一步剪切之后混合溶液通过带搅拌的储料罐定量进入双螺杆挤出机（剪切速率为80rpm）、静态混合器、喷丝板等纺丝设备挤出纺丝，得到的冻胶原丝通过环吹设备将其内包含的大部分良溶剂回收后，再经优化改造后的位于甬道入口的上集束设备以及连接甬道出口的卷绕设备，原丝得到高倍喷头拉伸，获得UHMWPE树脂混合溶液干法纺丝制备的初生有色纤维，经高倍多级后牵伸获得耐切割的成品超高分子量聚乙烯有色纤维，对成品纤维取样进行特性测试，其强度、模量、纤度、色牢度、耐切割度等特性指标件见表1。

实施例2

（一）将3.856KG的一类超高分子量聚乙烯树脂树脂与460g无机纳米微粒混合物（其中硅、铝、钛、锌、锆元素摩尔比为5:5:1:1:1）高速震荡均混后，注入60升含量大于98%十氢萘溶剂，混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀3h；（二）同时将7.113KG的二类超高分子量聚乙烯树脂树脂与290g的１#有机颜料及其他助剂如抗氧剂BHT等高速震荡均混，注入120升含量大于98%十氢萘溶剂，将混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀2.5h。通过回流输送泵将（一）（二）溶液注入均质釜内进一步剪切之后混合溶液通过带搅拌的储料罐定量进入双螺杆挤出机（剪切速率为80rpm）、静态混合器、喷丝板等纺丝设备挤出纺丝，得到的冻胶原丝通过环吹设备将其内包含的大部分良溶剂回收后，再经优化改造后的位于甬道入口的上集束设备以及连接甬道出口的卷绕设备，原丝得到高倍喷头拉伸，获得UHMWPE树脂混合溶液干法纺丝制备的初生有色纤维，经高倍多级后牵伸获得耐切割的成品超高分子量聚乙烯有色纤维，对成品纤维取样进行特性测试，其强度、模量、纤度、色牢度、耐切割度等特性指标件见表1。

实施例3

（一）将2.893KG的一类超高分子量聚乙烯树脂树脂与350g无机纳米微粒混合物（其中硅、铝、钛、锌、锆元素摩尔比为5:5:1:1:1）高速震荡均混后，注入45升含量大于98%十氢萘溶剂，混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀3h；（二）同时将8.678KG的二类超高分子量聚乙烯树脂树脂与290g的１#有机颜料及其他助剂如抗氧剂BHT等高速震荡均混，注入135升含量大于98%十氢萘溶剂，将混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀2.5h。通过回流输送泵将（一）（二）溶液注入均质釜内进一步剪切之后混合溶液通过带搅拌的储料罐定量进入双螺杆挤出机（剪切速率为80rpm）、静态混合器、喷丝板等纺丝设备挤出纺丝，得到的冻胶原丝通过环吹设备将其内包含的大部分良溶剂回收后，再经优化改造后的位于甬道入口的上集束设备以及连接甬道出口的卷绕设备，原丝得到高倍喷头拉伸，获得UHMWPE树脂混合溶液干法纺丝制备的初生有色纤维，经高倍多级后牵伸获得耐切割的成品超高分子量聚乙烯有色纤维，对成品纤维取样进行特性测试，其强度、模量、纤度、色牢度、耐切割度等特性指标件见表1。

实施例4

（一）将6.235KG的一类超高分子量聚乙烯树脂树脂与500g无机纳米微粒混合物（其中硅、铝、钛、锌、锆元素摩尔比为5:5:1:1:1）高速震荡均混后，注入90升含量大于98%十氢萘溶剂，混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀3h；（二）同时将6.235KG的二类超高分子量聚乙烯树脂树脂与370g的2#有机颜料及其他助剂如抗氧剂BHT等高速震荡均混，注入90升含量大于98%十氢萘溶剂，将混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀2.5h。通过回流输送泵将（一）（二）溶液注入均质釜内进一步剪切之后混合溶液通过带搅拌的储料罐定量进入双螺杆挤出机（剪切速率为80rpm）、静态混合器、喷丝板等纺丝设备挤出纺丝，得到的冻胶原丝通过环吹设备将其内包含的大部分良溶剂回收后，再经优化改造后的位于甬道入口的上集束设备以及连接甬道出口的卷绕设备，原丝得到高倍喷头拉伸，获得UHMWPE树脂混合溶液干法纺丝制备的初生有色纤维，经高倍多级后牵伸获得耐切割的成品超高分子量聚乙烯有色纤维，对成品纤维取样进行特性测试，其强度、模量、纤度、色牢度、耐切割度等特性指标件见表1。

实施例5

（一）将4.157KG的一类超高分子量聚乙烯树脂树脂与370g无机纳米微粒混合物（其中硅、铝、钛、锌、锆元素摩尔比为5:5:1:1:1）高速震荡均混后，注入60升含量大于98%十氢萘溶剂，混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀3h；（二）同时将6.235KG的二类超高分子量聚乙烯树脂树脂与370g的2#有机颜料及其他助剂如抗氧剂BHT等高速震荡均混，注入120升含量大于98%十氢萘溶剂，将混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀2.5h。通过回流输送泵将（一）（二）溶液注入均质釜内进一步剪切之后混合溶液通过带搅拌的储料罐定量进入双螺杆挤出机（剪切速率为80rpm）、静态混合器、喷丝板等纺丝设备挤出纺丝，得到的冻胶原丝通过环吹设备将其内包含的大部分良溶剂回收后，再经优化改造后的位于甬道入口的上集束设备以及连接甬道出口的卷绕设备，原丝得到高倍喷头拉伸，获得UHMWPE树脂混合溶液干法纺丝制备的初生有色纤维，经高倍多级后牵伸获得耐切割的成品超高分子量聚乙烯有色纤维，对成品纤维取样进行特性测试，其强度、模量、纤度、色牢度、耐切割度等特性指标件见表1。

实施例6

（一）将3.118KG的一类超高分子量聚乙烯树脂树脂与250g无机纳米微粒混合物（其中硅、铝、钛、锌、锆元素摩尔比为5:5:1:1:1）高速震荡均混后，注入45升含量大于98%十氢萘溶剂，混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀3h；（二）同时将6.235KG的二类超高分子量聚乙烯树脂树脂与370g的2#有机颜料及其他助剂如抗氧剂BHT等高速震荡均混，注入135升含量大于98%十氢萘溶剂，将混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀2.5h。通过回流输送泵将（一）（二）溶液注入均质釜内进一步剪切之后混合溶液通过带搅拌的储料罐定量进入双螺杆挤出机（剪切速率为80rpm）、静态混合器、喷丝板等纺丝设备挤出纺丝，得到的冻胶原丝通过环吹设备将其内包含的大部分良溶剂回收后，再经优化改造后的位于甬道入口的上集束设备以及连接甬道出口的卷绕设备，原丝得到高倍喷头拉伸，获得UHMWPE树脂混合溶液干法纺丝制备的初生有色纤维，经高倍多级后牵伸获得耐切割的成品超高分子量聚乙烯有色纤维，对成品纤维取样进行特性测试，其强度、模量、纤度、色牢度、耐切割度等特性指标件见表1。

实施例7

（一）将6.675KG的一类超高分子量聚乙烯树脂树脂与530g无机纳米微粒混合物（其中硅、铝、钛、锌、锆元素摩尔比为5:5:1:1:1）高速震荡均混后，注入90升含量大于98%十氢萘溶剂，混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀3h；（二）同时将6.675KG的二类超高分子量聚乙烯树脂树脂与460g的3#有机颜料及其他助剂如抗氧剂BHT等高速震荡均混，注入90升含量大于98%十氢萘溶剂，将混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀2.5h。通过回流输送泵将（一）（二）溶液注入均质釜内进一步剪切之后混合溶液通过带搅拌的储料罐定量进入双螺杆挤出机（剪切速率为80rpm）、静态混合器、喷丝板等纺丝设备挤出纺丝，得到的冻胶原丝通过环吹设备将其内包含的大部分良溶剂回收后，再经优化改造后的位于甬道入口的上集束设备以及连接甬道出口的卷绕设备，原丝得到高倍喷头拉伸，获得UHMWPE树脂混合溶液干法纺丝制备的初生有色纤维，经高倍多级后牵伸获得耐切割的成品超高分子量聚乙烯有色纤维，对成品纤维取样进行特性测试，其强度、模量、纤度、色牢度、耐切割度等特性指标件见表1。

实施例8

（一）将4.450KG的一类超高分子量聚乙烯树脂树脂与400g无机纳米微粒混合物（其中硅、铝、钛、锌、锆元素摩尔比为5:5:1:1:1）高速震荡均混后，注入60升含量大于98%十氢萘溶剂，混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀3h；（二）同时将8.90KG的二类超高分子量聚乙烯树脂树脂与460g的3#有机颜料及其他助剂如抗氧剂BHT等高速震荡均混，注入120升含量大于98%十氢萘溶剂，将混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀2.5h。通过回流输送泵将（一）（二）溶液注入均质釜内进一步剪切之后混合溶液通过带搅拌的储料罐定量进入双螺杆挤出机（剪切速率为80rpm）、静态混合器、喷丝板等纺丝设备挤出纺丝，得到的冻胶原丝通过环吹设备将其内包含的大部分良溶剂回收后，再经优化改造后的位于甬道入口的上集束设备以及连接甬道出口的卷绕设备，原丝得到高倍喷头拉伸，获得UHMWPE树脂混合溶液干法纺丝制备的初生有色纤维，经高倍多级后牵伸获得耐切割的成品超高分子量聚乙烯有色纤维，对成品纤维取样进行特性测试，其强度、模量、纤度、色牢度、耐切割度等特性指标件见表1。

实施例9

（一）将3.338KG的一类超高分子量聚乙烯树脂树脂与267g无机纳米微粒混合物（其中硅、铝、钛、锌、锆元素摩尔比为5:5:1:1:1）高速震荡均混后，注入45升含量大于98%十氢萘溶剂，混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀3h；（二）同时将10.013KG的二类超高分子量聚乙烯树脂树脂与460g的3#有机颜料及其他助剂如抗氧剂BHT等高速震荡均混，注入135升含量大于98%十氢萘溶剂，将混合后的料液在95±2℃的条件下溶胀2.5h。通过回流输送泵将（一）（二）溶液注入均质釜内进一步剪切之后混合溶液通过带搅拌的储料罐定量进入双螺杆挤出机（剪切速率为80rpm）、静态混合器、喷丝板等纺丝设备挤出纺丝，得到的冻胶原丝通过环吹设备将其内包含的大部分良溶剂回收后，再经优化改造后的位于甬道入口的上集束设备以及连接甬道出口的卷绕设备，原丝得到高倍喷头拉伸，获得UHMWPE树脂混合溶液干法纺丝制备的初生有色纤维，经高倍多级后牵伸获得耐切割的成品超高分子量聚乙烯有色纤维，对成品纤维取样进行特性测试，其强度、模量、纤度、色牢度、耐切割度等特性指标件见表1。

表1——UHMWPE树脂有色纤维实施例样品特性表

。

从表中可以看出，本发明的有色纤维，最小强度为44.98g/d，最大强度为48.35g/d，最小模量为1800.18g/d，最大模量为1896.12g/d，伸长率为1.35-2.57%，气候色牢度为4-5，耐酸碱色牢度为4-5，耐切割等级为4-5级。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。