一種超高分子量聚乙烯有色纖維的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于超高分子量聚乙烯纖維領域，尤其涉及一種超高分子量聚乙烯有色纖維的制備方法。
【背景技術】
[0002]超高分子量聚乙烯纖維是分子量在100萬以上的聚乙烯通過凝膠紡絲方法制得的一種纖維，具有強度高、模量高、結晶度高、密度低和良好耐候性等優點，廣泛應用于軍事、航空航天、海洋艦船、體育和防護用品(防彈、防刺、防切割)等領域。
[0003]由于超高分子量聚乙烯纖維的結構致密，化學性能穩定，具有極高的化學惰性，分子結構中不含任何反應性基團，因此，傳統纖維的著色方法，如載體著色法、高溫著色法、涂膠法等難以實施于超高分子量聚乙烯纖維的有色化加工中。例如，在高溫高壓條件下對超高分子量聚乙烯纖維進行著色，不但會破壞纖維的力學性能，而且難以保證上色均勻；又如，通過有色膠涂覆的方法對纖維上色，無法保證長久的色牢度，在使用纖維的過程中會出現脫膠現象。
[0004]目前，超高分子量聚乙烯纖維的有色化加工方法主要是將顏料和紡絲液在攪拌釜中混合，然后混合液經紡絲-萃取-干燥-熱拉伸后制得有色纖維。例如已公開的專利ZL200810014184.1中，涉及一種無機顏料原液著色的超高分子量聚乙烯纖維，該專利采用無機顏料作為著色劑，將著色劑、紡絲白油和超高分子量聚乙烯粉末等原料在攪拌釜中混合，最終制得一種具有顏色的超高分子量聚乙烯纖維。這種纖維有色化工藝對攪拌釜有極高的污染性，增加了攪拌釜的清洗難度，同時由于無機顏料與紡絲原液的互溶性較差，使得制得的有色纖維很容易出現顏色不均勻的現象。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種超高分子量聚乙烯有色纖維的制備方法，本發明提供的制備方法著色均勻、色澤柔和，同時不會導致設備污染。
[0006]本發明提供了一種超高分子量聚乙烯有色纖維的制備方法，包括:
[0007]a、有機顏料溶液與超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液在雙螺桿擠出機中共混擠出，進行紡絲形成凍膠原絲；
[0008]b、所述凍膠原絲經萃取、干燥和熱拉伸后得到超高分子量聚乙烯有色纖維。
[0009]優選的，所述有機顏料的耐熱溫度大于270°C。
[0010]優選的，所述有機顏料的耐熱溫度大于300°C。
[0011]優選的，所述雙螺旋桿擠出機的最高溫度低于有機顏料的耐熱溫度。
[0012]優選的，所述有機顏料包括酞菁藍、綠相藍、中相紅、紅相黃、綠相黃、熒光黃、熒光綠、顏料綠GM、顏料黃MG、炭黑和熒光橙中的一種或多種。
[0013]優選的，所述有機顏料溶液中有機顏料和溶劑的質量比為1:9?12。
[0014]優選的，所述的溶劑為白油。
[0015]優選的，所述步驟a具體包括:
[0016]有機顏料溶液與超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液匯流，匯流后進入雙螺桿擠出機共混擠出，進行紡絲形成凍膠原絲。
[0017]優選的，所述有機顏料溶液與超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液匯流的質量流量比為 1:20 ?50。
[0018]優選的，所述超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液的制備方法具體包括:
[0019]超高分子量聚乙烯溶解液和超高分子量聚乙烯溶脹液混合，得到超高分子量聚乙烯紡絲原液；
[0020]所述超高分子量聚乙烯溶解液為超高分子量聚乙烯粉末、紡絲溶劑、抗氧劑和乳化劑的混合液；
[0021]所述超高分子量聚乙烯溶脹液為超高分子量聚乙烯粉末和紡絲溶劑的混合液。
[0022]與現有技術相比，本發明首先將有機顏料溶液與超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液在雙螺桿擠出機中共混擠出，進行紡絲形成凍膠原絲；將所述凍膠原絲經萃取、干燥和熱拉伸后得到超高分子量聚乙烯有色纖維。本發明將有機顏料溶液與超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液在雙螺桿擠出機中共混擠出，由于雙螺桿擠出機的內部溫度較高，且紡絲原液和有機顏料溶液的混合物一直處于流動狀態，因此，可以防止有機顏料在設備內部的凝固和殘留，有效避免了有機顏料對紡絲設備的污染，降低了紡絲設備的清洗難度。同時，由于本發明采用的顏料為有機顏料，與紡絲原液的互溶性良好，制備的有色纖維顏色均勻。另外，本發明提供的方法不會破壞纖維力學性能，而且得到的纖維的色牢度較為長久。實驗結果表明，本方法制備得到的超高分子量聚乙烯有色纖維模量為llOOcN/dtex以上，強度為30cN/dtex以上，干濕摩擦牢度達5級以上，耐各類有機溶劑牢度為5級以上。
【具體實施方式】
[0023]本發明提供了一種超高分子量聚乙烯有色纖維的制備方法，包括:
[0024]a、有機顏料溶液與超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液在雙螺桿擠出機中共混擠出，進行紡絲形成凍膠原絲；
[0025]b、所述凍膠原絲經萃取、干燥和熱拉伸后得到超高分子量聚乙烯有色纖維。
[0026]本發明首先將有機顏料溶液與超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液在雙螺桿擠出機中共混擠出，進行紡絲形成凍膠原絲。其中，所采用的有機顏料溶液為有機顏料和溶劑的混合液。為了保證纖維著色過程中不出現顏料熱解，本發明采用的有機顏料的耐熱溫度優選大于270°C，更優選大于300°C。所述有機顏料包括但不限于酞菁藍、綠相藍、中相紅、紅相黃、綠相黃、熒光黃、熒光綠、顏料綠GM、顏料黃MG、炭黑和熒光橙中的一種或多種。所述溶劑優選為紡絲溶劑，包括但不限于十氫萘、礦物油、煤油或白油等，優選為白油。所述有機顏料和溶劑的質量比優選為1:5?20，更優選為1:7?15，最優選為1:9?12。
[0027]本發明采用的超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液為超高分子量聚乙烯溶解液與超高分子量聚乙烯溶脹液的混合液，其制備方法具體包括:
[0028]超高分子量聚乙烯溶解液和超高分子量聚乙烯溶脹液混合，得到超高分子量聚乙烯紡絲原液；
[0029]所述超高分子量聚乙烯溶解液為超高分子量聚乙烯粉末、紡絲溶劑、抗氧劑和乳化劑的混合液；
[0030]所述超高分子量聚乙烯溶脹液為超高分子量聚乙烯粉末和紡絲溶劑的混合液。
[0031]所述超高分子量聚乙烯溶解液為超高分子量聚乙烯粉末、紡絲溶劑、抗氧劑和乳化劑的混合液，其中，超高分子量聚乙烯的重均分子量優選為3?5X106。所述紡絲溶劑包括但不限于十氫萘、礦物油、煤油或白油等，優選為白油。所述抗氧劑為本領域技術人員熟知的抗氧劑，可以為抗氧劑1010、抗氧劑168、抗氧劑B225等。所述乳化劑為本領域技術人員熟知的乳化劑，可以為乳化劑EL-12、乳化劑FLUFD0LW90等。所述超高分子量聚乙烯粉末、紡絲溶劑、抗氧劑和乳化劑的質量比優選為1:120?170:0.01?0.05:0.0005?0.002，更優選為 1:130 ?160:0.02 ?0.04:0.0005 ?0.002，最優選:1: 145 ?155:0.025 ?0.035:0.0005 ?0.002。
[0032]本發明采用的超高分子量聚乙烯溶解液按照如下步驟制備:
[0033]超高分子量聚乙烯粉末、紡絲溶劑、抗氧劑和乳化劑混合后經過平衡放置得到高分子量聚乙烯溶解液。
[0034]首先將超高分子量聚乙烯粉末、紡絲溶劑、抗氧劑和乳化劑混合，混合的初始溫度優選為60?70°C，混合的方式優選為攪拌，攪拌速率優選為65?70轉/min。本發明優選在攪拌過程中對混合液升溫，使混合液溫度由60?70°C升溫至150?160°C，升溫速率優選為0.73?0.820C /min，之后維持150?160°C保溫攪拌，保溫攪拌的時間優選為lh。保溫攪拌結束后，混合液再經過平衡放置即可得到超高分子量聚乙