CN111441096A - 一种耐紫外光老化的超高分子量聚乙烯纤维及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐紫外光老化的超高分子量聚乙烯纤维，所述超高分子量聚乙烯纤维含有紫外线吸收剂(UV‑P)，且所述的超高分子量聚乙烯纤维的相对分子量大于50万；本发明在纤维中添加UV‑P，在本文测试方法204小时，强度保持率大于60％。
Description
技术领域
本发明涉及超高分子量聚乙烯纤维，具体涉及一种耐紫外光老化的超高分子量聚乙烯纤维及其生产方法
背景技术
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是一种理论上全部由亚甲基(CH2)组成的高性能纤维，因为其结构中的亚甲基对290-400nm波长的紫外光无吸收，通常认为UHMWPE纤维是一种耐紫外线光老化的材料，已经有很多公开报道证实了UHMWPE纤维的耐紫外光老化性能大大优于芳纶和PBO等液晶高性能纤维。虽然这种纤维可以在紫外光暴露的环境下直接应用，但是，因实际上UHMWPE内部含有少量端基、侧基、支链、杂原子和氧化结构等对紫外光有吸收的基团，经过紫外光照射后UHMWPE纤维的性能仍然会下降，甚至在经过一段时间后，UHMWPE的性能会加速下降，并最终导致UHMWPE纤维制品的破坏。
虽然在UHMWPE纤维制品表面涂敷其他材料可以提高制品的耐紫外光老化性能，但涂敷其他材料增加了制品重量、增加了涂敷-干燥工序并进而增加了成本，且涂敷材料在应用中产生脱落等其他问题，从本质上提高制品性能的最有效的办法是提高纤维的耐光老化性能。
虽然还没有发现以提高UHMWPE纤维耐紫外光老化性能为目的的专利和文献，但开发一种具有更优异的耐紫外光老化的UHMWPE纤维产品显然很有意义，可以提高这种纤维和制品暴露于环境中的时间，提高制品在光环境下应用的可靠性，延长制品的使用寿命，降低客户更换材料的频率，并为客户节约了成本。
发明内容
第一方面，本发明提供一种耐紫外光老化的超高分子量聚乙烯纤维，所述超高分子量聚乙烯纤维含有紫外线吸收剂(UV-P)，且所述的超高分子量聚乙烯纤维的相对分子量大于50 万。
本发明的发明人在纤维中添加UV-P，在本文测试方法204小时，强度保持率大于60％。
在本发明一些实施方式中，所述的紫外线吸收剂的含量占超高分子量聚乙烯纤维的总量的0.1％-8％，当UV-P的用量小于0.1％时，光老化性能改善不明显；当UV-P含量大于8％时，超高分子量聚乙烯纤维纺丝稳定性差，且纤维机械性能下降较多；优选地，当UV-P的用量为0.3％～5％，更优选地，UV-P的用量为0.5％～3，可以兼顾抗光老化性能，纺丝稳定性和纤维力学性能。
在本发明一些实施方式中，所述紫外线吸收剂选自纳米炭黑，碳纳米管，石墨烯，氧化锌，二氧化钛(金红石型)，二氧化硅，碳酸钙，硫酸钡中的一种或者两种以上。
第二方面，本发明提供一种超高分子量聚乙烯纤维生产用UV-P母液，所述UV-P母液按照重量百分比计算包括2～50％紫外线吸收剂、不大于3％表面活性剂、不大于1％分散剂、<1％硅烷偶联剂、不大于2％的增稠剂和45～98％溶剂；本发明通过对UV-P进行表面处理，分散效果佳，提高无机粒子在溶剂中的分散性，避免二次团聚，使得超高分子量聚乙烯纤维耐紫外光性能优越。
在本发明一些实施方式中，所述增稠剂选自购买自Ashland公司的NatrosolAT250， Natrosol Plus330、购买自Dow公司的ASE-60，购买自BASF公司的Rheovis 132、TT-935、 Acrysol RM-8W、RM-2020NPR，聚乙烯蜡，聚乙烯，极性基团改性的聚乙烯中的一种或多种；进一步优选地，所述增稠剂质量百分比含量不大于0.8％。
在本发明一些实施方式中，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠，壬基酚聚氧乙烯(10) 醚-2-磺酸基琥珀酸单酯二钠盐，烷基酚聚氧乙烯醚脂肪醇聚氧烯醚硫酸钠(AES)，正十二烷基苯磺酸钠，聚氧乙烯(20)失水山梨醇单硬脂酸酯，烷基酚烯丙基聚醚硫酸盐，烷基苯酚聚乙二醇醚中的一种或两种以上；本发明通过研磨时加入表面活性剂可以降低UV-P粒子与白油之间的表面张力，提高UV-P粒子的分散稳定性，避免分散后的原生纳米UV-P重新团聚成体积更大的粒子。
进一步优选地，所述表面活性剂质量百分比含量不大于0.1～5％；更进一步优选地，所述表面活性剂的质量百分比为0.5～3％。
在本发明一些实施方式中，所述分散剂选自购买自汽巴公司的EFKA4560、购买自ICI公司的SolsperseS27000、聚乙烯醇、大分子醚类分散剂中的一种或两种以上；分散剂的添加使得UV-P母液的稳定性更佳。
在本发明一些实施方式中，所述硅烷偶联剂选自下述品种的一种或两种以上：γ-氯丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，β-(3,4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三乙氧基硅烷，N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，γ-脲基丙基三乙氧基硅烷，γ-(3,2-环氧丙氧基)甲基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三乙氧基硅烷，γ-(乙二胺基) 丙基三甲氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，γ-乙二胺基三乙氧基硅烷，α-(乙二胺基)甲基三乙氧基硅烷，苯胺甲基三乙氧基硅烷，苯胺甲基三甲氧基硅烷，γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化碳，环己基甲基二甲氧基硅烷；硅烷偶联剂的添加使得UV-P与白油和聚乙烯的相容性更好。
在本发明一些实施方式中，，溶剂包括但不限于白油、石蜡油、煤油、十氢萘。
第三方面，，本发明还提供上述所述的超高分子量聚乙烯纤维生产用UV-P母液的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤1)将紫外吸收剂、表面活性剂、分散剂、硅烷偶联剂和溶剂进行研磨混匀，获得高浓消光母液；
步骤2)将溶剂、表面活性剂、增稠剂以及步骤1)获得的高浓UV-P母液加入高速剪切设备进行高速剪切以获得超高分子量聚乙烯纤维用UV-P母液。
通过以上制备方法获得母液，UV-P经过表面分散处理，有效避免了其二次团聚，分散效果好，使得其在应用到超高分子量聚乙烯纤维生产时，获得优异的耐紫外光老化性能。
第四方面，本发明提供一种耐紫外光老化的超高分子量聚乙烯纤维的生产方法，现有技术已经公开的超高分子量聚乙烯纤维的生产方法包括配料-混料溶解-计量泵纺丝步骤，基于此基础，本发明的实施方式在配料步骤、混料溶解步骤、计量泵纺丝步骤中的至少其中一个步骤中加入紫外线吸收剂即获得耐紫外光老化的超高分子量聚乙烯纤维；具体地，上述UV-P 的添加步骤可以理解为：UV-P的添加位置可以在配料时添加(添加位置1)，可以在混料溶解设备中添加(添加位置2)，可以在纺丝计量泵前添加(添加位置3)；而不同添加位置取决于UV-P的分散形态和耐温性，如为固体粉末状态可以在添加位置1中添加，如为分散液状态则可以从位置2和/或位置3添加。
在本发明一些实施方式中，将紫外吸收剂在添加之前进行分散预处理；在本发明一些具体实施方式中，将上述所述的超高分子量聚乙烯纤维生产用UV-P母液添加至混料溶解步骤、计量泵纺丝步骤中的至少其中一个步骤中。
第三方面，本发明提供一种耐紫外光老化的超高分子量聚乙烯纤维的生产方法，该生产方法选自湿法生产或者干法生产，
所述湿法生产的生产步骤为：配料—混料溶解—计量泵纺丝—凝固浴冷凝—冷拉伸—萃取—干燥—多级热拉伸；
所述干法生产的生产步骤为：配料—混料溶解—计量泵纺丝—侧吹风—多级热拉伸；在配料步骤、混料溶解步骤、计量泵纺丝步骤中的至少其中一个步骤中加入紫外线吸收剂；
在本发明一些实施方式中，在湿法路线中，λ是纤维生产中的拉伸倍率，λ＝出丝速度V1/ 入丝速度V0，相应的，λ1为喷头拉伸倍率；λ2为冻胶丝的冷拉伸倍率；λ3为萃取拉伸倍率；λ4为干燥拉伸倍率；λ5为热拉伸倍率，λ1＝4～8、λ2＝4.5-10、λ3＝1.1-2、λ4＝1.1-1.5
在本发明一些实施方式中，在干法路线中，喷头拉伸倍率λ1，λ1＝4～8。
本发明实施方式通过采用UV-P表面富集(简称USE，UV-PSurfaceEnrichment)技术，在本文测试方法1000小时，强度保持率大于90％；USE技术使更多UV-P迁移到纤维表面区域，提高紫外线衰减速度，降低穿透深度；添加UV-P可以提高耐紫外光老化的原因在于对紫外光的遮蔽与吸收，而发生光老化的主要区域在于纤维的表面，以及内部的无定形区、晶区界面和半晶区；显然，UV-P在纤维中的分布对耐光老化的效果有重要影响，表面区域UV-P对紫外光吸收和遮蔽的效果更为有效。UHMWPE纤维的拉伸过程亦是表面生长的过程，按照常规工艺生产的UV-P添加UHMWPE纤维，无机粒子在拉伸过程中随着UHMWPE大分子来到表面，因纤维拉伸前后比表面积的增加率等于拉伸倍率的平方根，UV-P在表面区域的浓度要低于本体浓度。纤维在拉伸过程中，除了产生轴向的拉伸应力，亦会生成垂直于轴向的法向应力。使得拉伸过程中纤维内部压力大于表面，形成由内至外的压力差。当纤维内有流动性的白油或萃取剂时，白油和萃取剂在拉伸过程中会被“挤出”，这种“挤出”的效果加速了流动性物质向表面迁移的速度。UV-P是无机纳米颗粒，在纤维中不具有流动性，但是在冻胶丝阶段以及萃取-干燥阶段，UV-P粒子在白油和萃取剂的“润滑”作用下，具备了与白油和萃取剂向纤维表面迁移的流动能力，从而在有白油和萃取剂条件下使拉伸后的纤维表面区域富集了更多的UV-P。
USE技术相较于常规UHMWPE纤维生产工艺，提高了初生纤维在含有白油阶段(熔体拉伸和冷拉伸)以及含有萃取剂阶段(萃取拉伸和干燥拉伸)的拉伸倍率，也许因此在相同添加量时，使得更多UV-P富集到纤维表面区域，加快了紫外光的衰减速度，抑制了紫外光渗透到纤维内部的深度，更好的保护了纤维内部的晶面、半晶区、无定形区等。
在提高UHMWPE纤维耐紫外光老化的一些具体的实施例中，我们发现在以白油为溶剂的湿法路线中，提高λ1、λ2、λ3、λ4的拉伸比例可以提高材料的耐光老化性能，尤其是提高λ2、λ3最为显著。(λ是纤维生产中的拉伸倍率，λ＝出丝速度V1/入丝速度V0，相应的，λ1 为喷头拉伸倍率；λ2为冻胶丝的冷拉伸倍率；λ3为萃取拉伸倍率；λ4为干燥拉伸倍率；λ5 为热拉伸倍率)。在本发明一些实施方式中，在干法路线中，提高喷头拉伸倍率λ1拉伸比例可以显著提高材料的耐光老化性能。
与常规生产工艺相比，USE技术提高了喷头拉伸、冷拉伸、萃取拉伸和干燥拉伸的倍率；
常规技术生产有UV-P添加的UHMWPE纤维与采用USE技术生产UHMWPE纤维的耐紫外光老化的性能相比较，500小时前的差别不大，在500-1000小时提高的尤为显著，前者保留75.45％的强度性能，后者则有93.84％。
第五方面，本发明提供的超高分子量聚乙烯纤维应用于防晒纤维制品，所属制品包括但不限于海洋、户外、航空航天等环境下，暴露于阳光、紫外光下的绳、网和复合材料等，具体地，例如钓鱼线、系泊缆、海洋围网、护坡网、高尔夫球拦截网、足球网、篮球网等；在本发明一些实施方式中，将添加有UV-P粒子超高分子量聚乙烯纤维应用于上述制品时，其强度保持率大于80％；进一步优选地，当通过USE技术结合UV-P在超高分子量聚乙烯纤维的使用，所述制品的强度保持率大于95％。
附图说明
图1为以白油为溶剂的湿法路线生产流程图；
图2为十氢萘为溶剂的干法路线生产流程图。
具体实施方式
以下实施方式，基于以下两种现有技术提供的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维的常规生产工艺；
方法一：以白油为溶剂的湿法路线生产(请参阅图1)：
配料—混料溶解—计量泵纺丝—凝固浴冷凝—冷拉伸—萃取—干燥—多级热拉伸—成品卷绕。
方法二：十氢萘为溶剂的干法路线生产超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维(请参阅图 2)：
配料—混料溶解—计量泵纺丝—侧吹风—多级热拉伸-成品卷绕。
一、现有的湿法路线与干法路线生产超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维
参照例1
步骤1)配料：将约10％超高分子量聚乙烯(粘均相对分子量100-1000万)、约90％白矿油和少量抗氧剂注入配料釜；
步骤2)混料溶解：在低于UHMWPE熔点温度和机械搅拌下混匀后的悬浊液，经双螺杆或其他混炼设备溶解并解缠结形成质量均一UHMWPE/白矿油凝胶；
步骤3)计量泵纺丝：经纺丝箱体和计量泵分配后，经喷丝板纺丝；
步骤4)凝固浴冷凝：熔胶经冷冻水槽冷却、凝固形成冻胶；
步骤5)冷拉伸：
步骤6)萃取：经过萃取装置清洗去除白矿油；
步骤7)经过干燥装置去除萃取剂，形成UHMWPE初生纤维；
步骤8)多级热拉伸：初生纤维经过不少于2级热箱热拉伸定型后，卷绕收丝。
其中，λ是纤维生产中的拉伸倍率，λ＝出丝速度V1/入丝速度V0，相应的，λ1为喷头拉伸倍率；λ2为冻胶丝的冷拉伸倍率；λ3为萃取拉伸倍率；λ4为干燥拉伸倍率；λ5为热拉伸倍率。
参照例2
步骤1)将约8％超高分子量聚乙烯(粘均相对分子量100-1000万)、约92％十氢萘和少量抗氧剂注入配料釜；
步骤2)混料溶解：在低于UHMWPE熔点温度和机械搅拌下混匀后的悬浊液，经双螺杆或其他混炼设备在低于十氢萘沸点的温度下溶解并解缠结形成质量均一UHMWPE/十氢萘凝胶；
步骤3)计量泵纺丝：经纺丝箱体和计量泵分配后，经喷丝板纺丝；
步骤4)侧吹风：含十氢萘的纤维经侧吹风冷却的同时，十氢萘挥发，形成UHMWPE初生纤维；
步骤5)多级拉伸：初生纤维经过不少于2级热箱热拉伸定型后，卷绕收丝。
λ1为喷头拉伸倍率
二、从添加位置1将未经分散处理的纳米炭黑加入到配料釜生产超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)纤维
实施例1
依据参照例2的方法，将超高分子量聚乙烯8份、十氢萘92份、纳米炭黑0.2份(纳米炭黑占超高分子量聚乙烯的质量比为2.5％，以下实施例均按照此种计算方式)注入配料釜、经混料溶解、计量泵纺丝、侧吹风、多级拉伸以及成品卷绕，从而制得超高分子量聚乙烯纤维。
实施例2
依据参照例1的方法，将超高分子量聚乙烯8份、白矿油92份、纳米炭黑0.2份(2.5％) 注入配料釜、经混料溶解、计量泵纺丝、冷拉伸、萃取、干燥、多级热拉伸以及成品卷绕，从而制得超高分子量聚乙烯纤维。
实施例3
依据参照例1的方法，将超高分子量聚乙烯8份、白矿油92份、纳米炭黑0.14份(1.8％) 注入配料釜、经混料溶解、计量泵纺丝、冷拉伸、萃取、干燥、多级热拉伸以及成品卷绕，从而制得超高分子量聚乙烯纤维。
实施例4
依据参照例1的方法，将超高分子量聚乙烯8份、白矿油92份、纳米炭黑0.006份(0.075％) 注入配料釜、经混料溶解、计量泵纺丝、冷拉伸、萃取、干燥、多级热拉伸以及成品卷绕，从而制得超高分子量聚乙烯纤维。
实施例5
依据参照例1的方法，将超高分子量聚乙烯8份、白矿油92份、纳米炭黑0.4份(5％)注入配料釜、经混料溶解、计量泵纺丝、冷拉伸、萃取、干燥、多级热拉伸以及成品卷绕，从而制得超高分子量聚乙烯纤维。
实施例6
依据参照例1的方法，将超高分子量聚乙烯8份、白矿油92份、纳米炭黑0.64份(8％) 注入配料釜、经混料溶解、计量泵纺丝、冷拉伸、萃取、干燥、多级热拉伸以及成品卷绕，从而制得超高分子量聚乙烯纤维。
三、从添加位置2将经分散处理的纳米炭黑加入到配料釜生产超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维
实施例7
制备超高分子量聚乙烯纤维用UV-P母液；
步骤1)将原生纳米纳米炭黑20份、十二烷基硫酸钠2份、购买自汽巴公司的EFKA45600.5 份、γ-氯丙基三甲氧基硅烷0.5份和十氢萘80份进行研磨混匀，获得高浓消光母液；
步骤2)将十氢萘50份1份、十二烷基硫酸钠1份、购买自Ashland公司的NatrosolAT2501 份、以及步骤1)获得的高浓UV-P母液50份加入高速剪切设备进行高速剪切以获得超高分子量聚乙烯纤维用UV-P母液，
其中，步骤2)获得的UV-P母液中UV-P和溶剂的质量比例为1：10；
干法生产超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维
将超高分子量聚乙烯1111份、十氢萘12776份注入配料釜、在混料溶解步骤加入上述 UV-P母液、计量泵纺丝、侧吹风、多级拉伸以及成品卷绕，从而制得超高分子量聚乙烯纤维。
实施例8
制备超高分子量聚乙烯纤维用UV-P母液；
步骤1)将原生纳米纳米炭黑20份、十二烷基硫酸钠2份、购买自汽巴公司的EFKA45601 份、γ-氯丙基三甲氧基硅烷0.7份和白矿油80份进行研磨混匀，获得高浓消光母液；
步骤2)将十氢萘50份、十二烷基硫酸钠1份、购买自Ashland公司的NatrosolAT2500.8 份、以及步骤1)获得的高浓UV-P母液50份加入高速剪切设备进行高速剪切以获得超高分子量聚乙烯纤维用UV-P母液；
其中，步骤2)获得的UV-P母液中UV-P和溶剂的质量比例为1：10；
湿法生产超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维
将超高分子量聚乙烯1111份、白矿油12776份注入配料釜、在混料溶解步骤加入上述 UV-P母液、计量泵纺丝、冷拉伸、萃取、干燥、多级热拉伸以及成品卷绕，从而制得超高分子量聚乙烯纤维。
三、USE技术生产超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维
实施例9～实施例11
制备超高分子量聚乙烯纤维用UV-P母液；
步骤1)将原生纳米纳米炭黑20份、十二烷基硫酸钠2份、购买自汽巴公司的EFKA45601 份、γ-氯丙基三甲氧基硅烷0.7份和白矿油80份进行研磨混匀，获得高浓消光母液；
步骤2)将十氢萘50份、十二烷基硫酸钠1份、购买自Ashland公司的NatrosolAT2500.8 份、以及步骤1)获得的高浓UV-P母液50份加入高速剪切设备进行高速剪切以获得超高分子量聚乙烯纤维用UV-P母液，
其中，步骤2)获得的UV-P母液中UV-P和溶剂的质量比例为1：10；
湿法生产超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维
将超高分子量聚乙烯1111份、白矿油12776份注入配料釜、在混料溶解步骤加入上述 UV-P母液、计量泵纺丝、冷拉伸、萃取、干燥、多级热拉伸以及成品卷绕，从而制得超高分子量聚乙烯纤维。
其中，实施例9～12采用如上方法，且以白油为溶剂的湿法路线中，λ是纤维生产中的拉伸倍率，λ＝出丝速度V1/入丝速度V0，相应的，λ1为喷头拉伸倍率；λ2为冻胶丝的冷拉伸倍率；λ3为萃取拉伸倍率；λ4为干燥拉伸倍率；λ5为热拉伸倍率，如表1所示，实施例9～11改变λ1、λ2、λ3、λ4的拉伸比例，测试其耐老化性能；
实施例12～14
制备超高分子量聚乙烯纤维用UV-P母液；
步骤1)将原生纳米纳米炭黑20份、十二烷基硫酸钠2份、购买自汽巴公司的EFKA45600.5 份、γ-氯丙基三甲氧基硅烷0.5份和十氢萘80份进行研磨混匀，获得高浓消光母液；
步骤2)将十氢萘50份1份、十二烷基硫酸钠1份、购买自Ashland公司的NatrosolAT2501 份、以及步骤1)获得的高浓UV-P母液50份加入高速剪切设备进行高速剪切以获得超高分子量聚乙烯纤维用UV-P母液，
其中，步骤2)获得的UV-P母液中UV-P和溶剂的质量比例为1：10；
干法生产超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维
将超高分子量聚乙烯1111份、十氢萘12776份注入配料釜、在混料溶解步骤加入上述 UV-P母液、计量泵纺丝、侧吹风、多级拉伸以及成品卷绕，从而制得超高分子量聚乙烯纤维。
其中，以十氢萘为溶剂的湿法路线中，实施例12～14采用如上方法，且如表2所示，分别改变λ1的拉伸比例，测试其耐老化性能
在十氢萘为溶剂的干法路线中，因不存在萃取剂，提高喷头拉伸倍率λ1可以起到提高纤维耐光老化的能力。
| 实施例 | 干法 | λ1 |
| 实施例7 | 常规生产工艺 | 6 |
| 实施例12 | USE工艺 | 8 |
| 实施例13 | USE工艺 | 15 |
| 实施例14 | USE工艺 | 20 |
四、试验例测试方法：
测试标准：GB/T 14522-2008；
测试设备：QUV，Acceleratedweatheringtester，ModelQUV/se with Solar EyeIrradiance Control；抗紫外老化测试步骤：
1.原纤维测试，包括拉伸和颜色测试；
2.将纤维缠绕在铝板上，无张力或很小张力；
3.开动紫外老化箱，光源为QUVB 313nm,光强为0.48W/m2,设置老化循环参数，在干态下 70℃×8h，然后湿态下50℃×4h，此为一个循环，然后按此步骤继续循环实验，设定老化时间；
4.老化结束后，拿出纤维，测试强度；
5.继续老化至更长时间等等。
纯UHMWPE纤维紫外光老化后性能的变化数据：
添加UV-P后耐紫外光性能的变化数据：
通过以上试验可以发现，通过在超高分子量聚乙烯纤维生产中添加UV-P粒子可以显著提高耐紫外线光老化的性能；进一步地，若将UV-P在添加进入配料釜或者其他添加步骤时，若预先对其进行分散预处理，避免了其二次团聚，，使得其在应用到超高分子量聚乙烯纤维生产时，获得优异的耐紫外光老化性能。
再进一步地，本发明的发明人在提高UHMWPE纤维耐紫外光老化的研发中发现，在以白油为溶剂的湿法路线中，提高λ1、λ2、λ3、λ4的拉伸比例可以提高材料的耐光老化性能，尤其是提高λ2、λ3最为显著。
与常规生产工艺相比，USE技术提高了喷头拉伸、冷拉伸、萃取拉伸和干燥拉伸的倍率。对比样本5和样本6，常规技术生产有UV-P添加的UHMWPE纤维与采用USE技术生产UHMWPE纤维的耐紫外光老化的性能相比较，500小时前的差别不大，在500-1000小时提高的尤为显著前者保留75.45％的强度性能，后者则有93.84％。
虽然我们不完全确定USE技术取得优异的耐紫外光老化的原因，但是仍然可以尽可能的加以解释。添加UV-P可以提高耐紫外光老化的原因在于对紫外光的遮蔽与吸收，而发生光老化的主要区域在于纤维的表面，以及内部的无定形区、晶区界面和半晶区。显然，UV-P在纤维中的分布对耐光老化的效果有重要影响，表面区域UV-P对紫外光吸收和遮蔽的效果更为有效。
UHMWPE纤维的拉伸过程亦是表面生长的过程，按照常规工艺生产的UV-P添加UHMWPE纤维，无机粒子在拉伸过程中随着UHMWPE大分子来到表面，因纤维拉伸前后比表面积的增加率等于拉伸倍率的平方根，UV-P在表面区域的浓度要低于本体浓度。
纤维在拉伸过程中，除了产生轴向的拉伸应力，亦会生成垂直于轴向的法向应力。使得拉伸过程中纤维内部压力大于表面，形成由内至外的压力差。当纤维内有流动性的白油或萃取剂时，白油和萃取剂在拉伸过程中会被“挤出”，这种“挤出”的效果加速了流动性物质向表面迁移的速度。
UV-P是无机纳米颗粒，在纤维中不具有流动性，但是在冻胶丝阶段以及萃取-干燥阶段， UV-P粒子在白油和萃取剂的“润滑”作用下，具备了与白油和萃取剂向纤维表面迁移的流动能力，从而在有白油和萃取剂条件下使拉伸后的纤维表面区域富集了更多的UV-P。
USE技术相较于常规UHMWPE纤维生产工艺，提高了初生纤维在含有白油阶段(熔体拉伸和冷拉伸)以及含有萃取剂阶段(萃取拉伸和干燥拉伸)的拉伸倍率，也许因此在相同添加量时，使得更多UV-P富集到纤维表面区域，加快了紫外光的衰减速度，抑制了紫外光渗透到纤维内部的深度，更好的保护了纤维内部的晶面、半晶区、无定形区等。
Claims (10)
1.一种耐紫外光老化的超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯纤维相对分子量大于50万且含有紫外线吸收剂。
2.如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于，所述的紫外线吸收剂的含量占超高分子量聚乙烯纤维总量的0.1％-8％，优选为0.5％-5％。
优选地，所述紫外线吸收剂选自纳米炭黑、碳纳米管、石墨烯、氧化锌、二氧化钛(金红石型)，二氧化硅，碳酸钙，硫酸钡中的一种或者两种以上。
3.一种超高分子量聚乙烯纤维生产用UV-P母液，其特征在于，所述UV-P母液按照重量百分比计算包括2～50％紫外线吸收剂、不大于3％表面活性剂、不大于1％分散剂、<1％硅烷偶联剂、不大于2％的增稠剂和45～98％溶剂。
4.如权利要求3所述的UV-P母液，其特征在于，所述增稠剂选自购买自Ashland公司的Natrosol AT250，Natrosol Plus330、购买自Dow公司的ASE-60，购买自BASF公司的Rheovis132、TT-935、Acrysol RM-8W、RM-2020NPR，聚乙烯蜡，聚乙烯，极性基团改性的聚乙烯中的一种或多种；
进一步优选地，所述增稠剂质量百分比含量不大于0.8％。
5.如权利要求3所述的UV-P母液，其特征在于，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠，壬基酚聚氧乙烯(10)醚-2-磺酸基琥珀酸单酯二钠盐，烷基酚聚氧乙烯醚脂肪醇聚氧烯醚硫酸钠(AES)，正十二烷基苯磺酸钠，聚氧乙烯(20)失水山梨醇单硬脂酸酯，烷基酚烯丙基聚醚硫酸盐，烷基苯酚聚乙二醇醚中的一种或两种以上。
6.如权利要求3所述的UV-P母液，其特征在于，所述分散剂选自购买自汽巴公司的EFKA4560、购买自ICI公司的SolsperseS27000、聚乙烯醇、大分子醚类分散剂中的一种或两种以上。
7.如权利要求3所述的UV-P母液，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自下述品种的一种或两种以上：γ-氯丙基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，β-(3,4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三乙氧基硅烷，N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，γ-脲基丙基三乙氧基硅烷，γ-(3,2-环氧丙氧基)甲基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三乙氧基硅烷，γ-(乙二胺基)丙基三甲氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，γ-乙二胺基三乙氧基硅烷，α-(乙二胺基)甲基三乙氧基硅烷，苯胺甲基三乙氧基硅烷，苯胺甲基三甲氧基硅烷，γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化碳，环己基甲基二甲氧基硅烷。
8.如权利要求3～7任意一项所述的UV-P母液，其特征在于，所述母液通过以下方法制备获得：
步骤1)将原生纳米UV-P、表面活性剂、分散剂、硅烷偶联剂和溶剂进行研磨混匀，获得高浓消光母液；
步骤2)将溶剂、表面活性剂、增稠剂以及步骤1)获得的高浓UV-P母液加入高速剪切设备进行高速剪切以获得超高分子量聚乙烯纤维用UV-P母液。
9.一种耐紫外光老化的超高分子量聚乙烯纤维的生产方法，该生产方法包括配料-混料溶解-计量泵纺丝步骤，其特征在于，在配料步骤、混料溶解步骤、计量泵纺丝步骤中的至少其中一个步骤中加入紫外线吸收剂；优选地，将紫外吸收剂在添加之前进行分散预处理；再优选地，将权利要求3～8任意一项所述的UV-P母液添加至混料溶解步骤、计量泵纺丝步骤中的至少其中一个步骤中。
10.一种耐紫外光老化的超高分子量聚乙烯纤维的生产方法，该生产方法选自湿法生产或者干法生产，
所述湿法生产的生产步骤为：配料—混料溶解—计量泵纺丝—凝固浴冷凝—冷拉伸—萃取—干燥—多级热拉伸；
所述干法生产的生产步骤为：配料—混料溶解—计量泵纺丝—侧吹风—多级热拉伸；其特征在于，在配料步骤、混料溶解步骤、计量泵纺丝步骤中的至少其中一个步骤中加入紫外线吸收剂；优选地，在湿法路线中，λ是纤维生产中的拉伸倍率，λ＝出丝速度V1/入丝速度V0，相应的，λ1为喷头拉伸倍率；λ2为冻胶丝的冷拉伸倍率；λ3为萃取拉伸倍率；λ4为干燥拉伸倍率；λ5为热拉伸倍率，λ1＝4～8、λ2＝4.5-10、λ3＝1.1-2、λ4＝1.1-1.5
优选地，在干法路线中，喷头拉伸倍率λ1，λ1＝4～8。
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