蠕變優(yōu)化的uhmwpe纖維的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過如下的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)紡絲而得到的蠕變優(yōu)化的UHMWPE纖維，所述UHMWPE包含烯屬分支(OB)并且具有伸長應力(ES)，并且每1000個碳原子的烯屬分支的數(shù)量(OB／1000C)與伸長應力(ES)之間的比例為至少0.2，其中在70℃的溫度下經(jīng)受600MPa的負荷時所述UHMWPE纖維的蠕變壽命為至少90小時。
【專利說明】蠕變優(yōu)化的UHMWPE纖維
[0001]本發(fā)明涉及一種蠕變優(yōu)化的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維、其制備方法以及包含所述UHMWPE纖維的各種產(chǎn)品，諸如繩索、網(wǎng)、醫(yī)療器械、織物、疊層、復合制品以及防彈制品。
[0002]在過去數(shù)十年中，許多研究項目集中在改善合成纖維的蠕變性能，因為這種纖維極其適用于范圍廣泛的應用中，其中輕量和強度是推動因素。合成纖維的一個例子是UHMWPE纖維，其成功地滿足了重量和強度的要求。UHMWPE纖維幾乎能立即用于系泊繩索、復合材料的增強、醫(yī)療設備、貨網(wǎng)等的原因是這些材料結合了幾乎無可匹敵的強度以及抗紫外線性、耐化學性、耐切割性和耐磨損性及其它有利性質(zhì)。 [0003]但是UHMWPE纖維有一個缺點，成為在其長期應用中最佳利用的障礙，該缺點與其蠕變行為有關。據(jù)觀察，使用UHMWPE纖維的系統(tǒng)，尤其是那些長期置于負荷下的系統(tǒng)的最終失效模式，是由于蠕變導致的破裂或故障。因此，這樣的系統(tǒng)，特別是意欲長期或超長期使用的那些，必須過度設計足夠維持多年，例如超過10年，并在某些情況下超過甚至30年。因此，認為工業(yè)中存在迫切需要，即需要一種具有優(yōu)化的蠕變行為的UHMWPE纖維。因此許多旨在改善UHMWPE纖維的研究項目專注于其蠕變行為，并且?guī)缀跛羞@些項目把重點僅僅放在優(yōu)化其蠕變速率上。
[0004]例如，JP6280111的發(fā)明人認識到，用支化的UHMWPE聚合物制造纖維可以產(chǎn)生具有良好的抗蠕變性的纖維。JP6280111因而公開了一種高度支化的UHMWPE，例如每100個碳原子具有不止I個分支，并且公開了一種用其制造纖維的方法。然而，據(jù)觀察，如JP6280111中描述的高度支化的UHMWPE可能對最終纖維性能產(chǎn)生有害影響，并可能仍然不能提供具有優(yōu)化的蠕變行為的纖維。
[0005]從EP1，699，954中已知具有良好蠕變行為的UHMWPE纖維的其它實例及其制備方法；所公開的UHMWPE纖維在600MPa的負荷下在70°C下測量的蠕變速率低至lxK^sec—1并且拉伸強度高達4.1GPa0
[0006]W02009 / 043598和W02009 / 043597也公開了具有蠕變速率和拉伸強度的良好組合的UHMWPE纖維，例如在600MPa的負荷下在70°C下測量蠕變速率為至多SxliTsec—1，拉伸強度為至少4GPa。
[0007]US5, 578，374公開了一種低蠕變速率、高模量、低收縮、高韌性且在高溫下具有良好強度保留的UHMWPE纖維，以及該纖維的制備方法。
[0008]然而，本發(fā)明人觀察到，除了 UHMWPE纖維的蠕變速率，其它的蠕變性能也需要被改善。在恒定負荷下，UHMWPE纖維表現(xiàn)出強烈地依賴于負荷和溫度的不可逆變形。該不可逆變形的速率稱為蠕變速率，是UHMWPE纖維如何快速經(jīng)歷所述變形的量度。然而，長期的負荷下的UHMWPE纖維的生存性(survivability)，或換句話說，在UHMWPE纖維可用于特定應用而不需要替換的時間，也需要改善。非常令人驚訝的是，有人觀察到，具有良好的蠕變速率的UHMWPE纖維可能會顯示出比較差的生存性。
[0009]因此立即認識到，從工程角度來看，所述UHMWPE纖維的生存性是需要主要被優(yōu)化的，轉(zhuǎn)而使用其的任何系統(tǒng)或設備的設計和/或使用壽命也可以得到優(yōu)化。此外，觀察到，盡管對蠕變速率優(yōu)化進行了大量研究，但具有最佳的生存性的UHMWPE纖維目前不可獲得。
[0010]因此，本發(fā)明的目的可以是提供一種具有優(yōu)化的生存性的UHMWPE纖維。本發(fā)明的另一個目的可以是提供一種具有優(yōu)化的生存性以及良好的拉伸性能(例如拉伸強度、拉伸模量和/或斷裂伸長率)的UHMWPE纖維。本發(fā)明的另一個目的可以是提供一種與現(xiàn)有的UHMWPE纖維的生存性相比具有改善的生存性的UHMWPE纖維。
[0011]本發(fā)明提供了一種通過如下的UHMWPE的紡絲而得到的蠕變優(yōu)化的UHMWPE纖維，所述UHMWPE包含烯屬分支(OB)并且具有伸長應力(elongational stress, ES),并且每
1000個碳原子的烯屬分支的數(shù)量(OB / 1000C)與伸長應力(ES)之間的比例
【權利要求】
1.一種通過包含烯屬分支(OB)并且具有拉伸應力(ES)、并且每1000個碳原子的烯屬分支的數(shù)量(OB / 1000C)與拉伸應力(ES)之間的比例
2.如權利要求1所述的纖維，其通過包含乙基分支(OB)并且特性粘度(IV)為至少5dl / g、具有拉伸應力(ES)、并且每1000個碳原子的乙基分支的數(shù)量(C2H5 / 1000C)與拉伸應力(ES)之間的比例
3.如權利要求1所述的纖維，其通過包含丁基分支(OB)并且特性粘度(IV)為至少5dl / g、具有拉伸應力(ES)、并且每1000個碳原子的丁基分支的數(shù)量(C4H9 / 1000C)與拉伸應力(ES)之間的比例
4.如前面任何一個權利要求所述的纖維，其中，所述UHMWPE的
5.如前面任何一個權利要求所述的纖維，其中，所述蠕變壽命為至少290小時。
6.如前面任何一個權利要求所述的纖維，其中，所述蠕變壽命為至少350小時。
7.如前面任何一個權利要求所述的纖維，其通過凝膠紡絲工藝得到。
8.如權利要求2所述的纖維，其中所述UHMWPE的('211^q00c之比為至少1.0。
9.如前面任何一個權利要求所述的纖維，其中所述UHMWPE的ES為至多0.50。
10.如權利要求2所述的纖維，其中，所述UHMWPE每1000個碳原子的乙基分支的量(C2H5 / 1000C)介于 0.60 和 1.10 之間。
11.如前面任何一個權利要求所述的纖維，其中所述UHMWPE是在烯烴聚合催化劑的存在下通過於漿聚合法得到的。
12.—種含有權利要求1-11中任意一項所述纖維的繩索、起重機繩索、系泊繩索或索具。
13.一種含有增強元件的增強產(chǎn)品，其中所述增強元件包含權利要求1-11中任意一項所述的纖維。
14.用于防彈應用的多層復合制品，例如防彈衣、頭盔、硬質(zhì)和軟質(zhì)防護板、車輛裝甲板，所述制品包含權利要求1-11中任意一項所述的纖維。
15.含有權利要求1-11中任意一項所述纖維的產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品選自由下列組成的組:漁線和漁網(wǎng)、地網(wǎng)、貨網(wǎng)和幕簾、風箏線、牙線、網(wǎng)球拍線、帆布、編織布和無紡布、織物帶、電池隔離物、電容器、壓力容器、軟管、臍帶電纜、汽車裝置、電力傳輸帶、建筑材料、耐切刺和耐切割制品、防護手套、復合運動裝備、滑雪撬、頭盔、劃艇、獨木舟、自行車和船體以及翼梁、揚聲器紙盆、高性能電子絕緣、天線罩、帆、和土工織物。
【文檔編號】D01F6/04GK103608501SQ201280029173
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年4月3日 優(yōu)先權日:2011年4月13日
【發(fā)明者】喬恩·鮑伊斯頓, 馬丁·皮耶特·瓦拉斯布魯姆, 皮奧特·馬特洛克, 蒂莫西·詹姆士·基德, 羅曼·伯紹德, 約翰內(nèi)斯·亨德里克斯·瑪麗·海杰倫 申請人:帝斯曼知識產(chǎn)權資產(chǎn)管理有限公司