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公開番号2025018977
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2024115077
出願日2024-07-18
発明の名称鞘芯複合型ポリエチレン繊維及びその製造方法
出願人江蘇ジン邦新材料有限公司,Jiangsu Jonnyma New Materials Co., Ltd.
代理人SK弁理士法人,個人,個人
主分類D01F 8/06 20060101AFI20250130BHJP(天然または人造の糸または繊維;紡績)
要約【課題】鞘芯複合型ポリエチレン繊維の耐切断性が大幅に改善され、鞘芯複合型ポリエチレン繊維が後続の使用工程で使用される際に粉落ち、色落ちし、設備を損傷しやすいとの問題が効果的に解決される鞘芯複合型ポリエチレン繊維及びその製造方法を提供する。
【解決手段】鞘芯複合型ポリエチレン繊維は、繊維芯層と繊維鞘層とを含む。繊維鞘層は繊維芯層を包む。繊維鞘層は、超高分子量ポリエチレンAを含み、繊維芯層は、超高分子量ポリエチレンB、第1助剤及び第2助剤を含む。第1助剤は、鉱物繊維を含む。第2助剤は、無機超微粉末及びグラフェンのうちの少なくとも1種を含みかつ第2助剤は、色糊及び酸化防止剤を含んでも含まなくてもよい。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
鞘芯複合型ポリエチレン繊維であって、
繊維芯層と、繊維鞘層とを含み、前記繊維鞘層は繊維芯層を包み、前記繊維鞘層は、超高分子量ポリエチレンＡを含み、前記繊維芯層は、超高分子量ポリエチレンＢ、第１助剤及び第２助剤を含み、前記第１助剤は、鉱物繊維を含み、前記第２助剤は、無機超微粉末及びグラフェンのうちの少なくとも１種を含み、かつ第２助剤は色糊及び酸化防止剤を含んでもよく含まなくてもよいことを特徴とする、鞘芯複合型ポリエチレン繊維。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１助剤及び第２助剤の使用量は、それぞれ超高分子量ポリエチレンＢと、第１助剤と、第２助剤との総質量の０．１～６０％及び０．１～３０％であることを特徴とする、請求項１に記載の鞘芯複合型ポリエチレン繊維。
【請求項３】
前記無機超微粉末、グラフェン、色糊及び酸化防止剤の使用量は、それぞれ超高分子量ポリエチレンＢと、第１助剤と、第２助剤との総質量の０～２０％、０～１０％、０～２０％及び０～２％であることを特徴とする、請求項２に記載の鞘芯複合型ポリエチレン繊維。
【請求項４】
前記鉱物繊維は、ガラス繊維、セラミック繊維及び炭素繊維のうちの１種又はそれらの組み合わせであることを特徴とする、請求項１に記載の鞘芯複合型ポリエチレン繊維。
【請求項５】
前記無機超微粉末は、アルミニウム、チタン、シリコン、ボロン、炭化物、窒化物、ジルコニウムの酸化物のうちの１種又はそれらの組み合わせであり、前記無機超微粉末の平均半径は０．１～３００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の鞘芯複合型ポリエチレン繊維。
【請求項６】
前記超高分子量ポリエチレンＡ及び超高分子量ポリエチレンＢの重均分子量は、いずれも１００～４００万であることを特徴とする、請求項１に記載の鞘芯複合型ポリエチレン繊維。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の鞘芯複合型ポリエチレン繊維の製造方法であって、下記のＳ１からＳ５を含み、
Ｓ１：鉱物繊維を溶媒Ａに加え、分散及び撹拌の前処理を行った後、サンディングすることで第１助剤を製造し、
Ｓ２：無機超微粉末及びグラフェンのうちの少なくとも１種を溶媒Ｂに加え、色糊及び酸化防止剤を添加してもしなくてもよく、添加終了後、分散及び撹拌の前処理を行った後にサンディングすることで第２助剤を製造し、
Ｓ３：超高分子量ポリエチレンＢ、第１助剤、第２助剤を溶媒Ｃに加えて均一に混合した後、二軸押出機に導入し、加熱し、押出して溶解することで繊維芯層紡糸液を調製し、
Ｓ４：超高分子量ポリエチレンＡを溶媒Ｄに加え、均一に混合した後、二軸押出機に導入し、押出して溶解することで繊維鞘層紡糸液を調製し、
Ｓ５：繊維鞘層紡糸液で繊維芯層紡糸液を包み込んで紡糸した後、抽出、乾燥及び熱延伸を行うことで完成品である鞘芯複合型ポリエチレン繊維を得ることを特徴とする、製造方法。
【請求項８】
ステップＳ１において、サンディングするときに、粒径を１０～３００μｍ、アスペクト比の範囲を１～３０に制御することを特徴とする、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
ステップＳ３において、加熱温度は２００～３００℃であり、
ステップＳ４において、加熱温度は２００～３００℃であり、
ステップＳ５において、紡糸温度は２２０～２６０℃であることを特徴とする、請求項７に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記溶媒Ａ、溶媒Ｂ、溶媒Ｃ及び溶媒Ｄは、いずれも白油であることを特徴とする、請求項７に記載の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子材料の技術分野に属し、具体的には、鞘芯複合型ポリエチレン繊維及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
超高分子量ポリエチレン繊維は、超高強度、超高弾性率を有する高性能化学繊維である。その製品は、軍事分野（ボディーアーマー、防弾ヘルメット、その他の個人用保護具、戦車、船舶、ヘリコプター、その他の装甲保護具など）や産業分野（船舶用ロープ、養殖魚、スポーツ用品、レドームなど）で広く使用されている。従来の超高分子量ポリエチレン繊維は分子鎖が長く、絡み合いが激しいため、本体の耐切断グレードは一般的にグレード２程度しかない（超高分子量ポリエチレン繊維にガラス繊維、スチールワイヤー等を混紡して織り込むと、混紡繊維の着心地が悪くなる）。また、超高分子量ポリエチレン繊維は、分子構造が非極性で結晶性が高いため、染色が難しく、染色堅牢度が劣る。
【０００３】
従来技術において、超高分子量ポリエチレン繊維に対する研究について、例えば、特許出願ＣＮ１０９３２２００６Ａには、着色高強度ポリエチレン繊維及びその製造方法などが開示されており、表面改質ナノボロン繊維のような成分を充填することにより、快適性を損なうことなく、超高分子量ポリエチレン繊維の耐切断性をある程度向上できるとともに、ドープ染色と鞘芯複合技術を組み合わせた技術を使用することで、染色を容易にし、ある程度の染色堅牢度を向上させることができる。しかしながら、従来技術の鞘芯複合型ポリエチレン繊維は、依然として後続の使用工程に応用されるときに、粉落ち及び色落ちしやすく、後続工程の設備を摩耗しやすいとの問題が存在し、耐切断性の改善にも限界がある。
【０００４】
そこで、上記の技術問題を解決するために、新しい技術的手段は必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、鞘芯複合型ポリエチレン繊維及びその製造方法を提供することにより、鞘芯複合型ポリエチレン繊維が後続の使用工程に適用されるときに粉落ち及び色落ちしやすく、後続工程の設備を摩耗し、耐切断性の向上に限界があるという、上記の背景技術における従来技術に存在する技術問題を解決することにある。
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
鞘芯複合型ポリエチレン繊維であって、繊維芯層と、繊維鞘層とを含み、前記繊維鞘層は繊維芯層を包み、前記繊維鞘層は、超高分子量ポリエチレンＡを含み、前記繊維芯層は、超高分子量ポリエチレンＢ、第１助剤及び第２助剤を含み、前記第１助剤は、鉱物繊維を含み、前記第２助剤は、無機超微粉末及びグラフェンのうちの少なくとも１種を含み、かつ第２助剤は、色糊及び酸化防止剤を含んでも含まなくてもよい鞘芯複合型ポリエチレン繊維。前記第１助剤及び第２助剤の使用量は、それぞれ超高分子量ポリエチレンＢと、第１助剤と、第２助剤との総質量の０．１～６０％、０．１～３０％である。具体的には、前記無機超微粉末、グラフェン、色糊及び酸化防止剤の使用量は、それぞれ超高分子量ポリエチレンＢと、第１助剤と、第２助剤との総質量の０～２０％、０～１０％、０～２０％及び０～２％である。前記鉱物繊維は、ガラス繊維、セラミック繊維及び炭素繊維のうちの１種又はそれらの組み合わせである。前記無機超微粉末は、平均半径が０．１～３００μｍのアルミニウム、チタン、シリコン、ボロン、炭化物、窒化物、ジルコニウムの酸化物のうちの１種又はそれらの組み合わせである。前記超高分子量ポリエチレンＡ及び超高分子量ポリエチレンＢの重均分子量は、いずれも１００～４００万である。
【０００８】
本発明によれば、前記鞘芯複合型ポリエチレン繊維の製造方法がさらに提供される。この製造方法は、以下のステップを含む。
Ｓ１：鉱物繊維を溶媒Ａに加え、分散及び撹拌の前処理を行った後、サンディングすることで第１助剤を製造する。ここで、溶媒Ａは白油である。
Ｓ２：無機超微粉末及びグラフェンのうちの少なくとも１種を溶媒Ｂに加え、色糊及び酸化防止剤を添加してもしなくてもよく、添加終了後、分散及び撹拌の前処理を行った後にサンディングすることで第２助剤を製造する。ここで、溶媒Ｂは白油である。
Ｓ３：超高分子量ポリエチレンＢ、第１助剤、第２助剤を溶媒Ｃに加えて均一に混合した後、二軸押出機に導入し、加熱し、押出して溶解することで繊維芯層紡糸液を調製する。ここで、加熱温度は２００～３００℃、溶媒Ｃは白油である。
Ｓ４：超高分子量ポリエチレンＡを溶媒Ｄに加え、均一に混合した後、二軸押出機に導入し、押出して溶解することで繊維鞘層紡糸液を調製する。ここで、加熱温度は２００～３００℃、溶媒Ｄは白油である。
Ｓ５：繊維鞘層紡糸液で繊維芯層紡糸液を包み込んで紡糸した後、抽出、乾燥及び熱延伸を行うことで完成品である鞘芯複合型ポリエチレン繊維を得る。ここで、紡糸温度は２２０～２６０℃である。
【０００９】
従来技術と比較して、本発明の有益な効果は下記である。
【００１０】
１、本発明において、鉱物繊維、無機超微粉末及びグラフェンを導入して界面相互作用を行い、超高分子量ポリエチレンを充填し、鞘芯複合プロセスによる相乗効果により二成分の相乗強化を形成することによって、鞘芯複合型ポリエチレン繊維の快適性に影響を与えることなく、鞘芯複合型ポリエチレン繊維の耐切断性を大幅に向上させる。それをもとに、本発明の鞘芯複合プロセスにおいて、無機超微粉末、グラフェン、鉱物繊維、色糊及び酸化防止剤を添加した超高分子量ポリエチレンを用いて繊維芯層を製造し、通常の超高分子量ポリエチレンを用いて繊維鞘層を製造することで繊維芯層を保護する効果が達成され、これによって、鞘芯複合型ポリエチレン繊維が後続の使用工程において使用されるときに粉落ちしやすく、色落ちしやすく、設備を摩耗しやすいという問題が効果的に解決される。
（【００１１】以降は省略されています）

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