一种UHMWPE纤维溶解和混炼工艺制造技术

本发明专利技术提供一种UHMWPE纤维溶解和混炼工艺，该工艺包括如下步骤：步骤1)以釜式配料或失重秤配料方案，将纺丝原料送入单螺杆进行熔融‑溶解，该单螺杆挤出机中单螺杆直径为20‑200mm，其长径比10‑42，其转速90‑150转/分，该单螺杆机分多段加热，喂料段温度160‑220℃，塑化段温度200‑260℃，匀化段温度220‑280℃，混合液经单螺杆挤出机得到挤出液；步骤2)挤出液由单螺杆挤出，经增压泵或直接通过单螺杆送至静态混合器，静态混合器的温度220‑280℃，熔体在静态混合器中的压力为2‑8MPa。

A UHMWPE fiber dissolution and mixing process

The invention provides a UHMWPE fiber dissolution and mixing process, which comprises the following steps: step 1) feeding the spinning material into a single screw for melting and dissolving with a kettle-type batching or weightlessness scale batching scheme. The single screw extruder has a diameter of 20 200 mm, a length-diameter ratio of 10 42 and a rotating speed of 90 150 revolutions/min. The single screw extruder is heated in several stages, the temperature of the feeding section is 160_220_C, the temperature of the plasticizing section is 200_260_C, the temperature of the homogenizing section is 220_280_C, and the mixture is extruded by the single screw extruder; Step 2) The extrusion liquid is extruded by the single screw, and is sent to the static mixer by the booster pump or directly through the single screw, and the temperature of the static mixer is 220_280_ The pressure of the melt in the static mixer is 2 8MPa.

【技术实现步骤摘要】
一种UHMWPE纤维溶解和混炼工艺
本专利技术属于UHMWPE纤维生产领域，具体涉及一种UHMWPE纤维生产的溶解和混炼工艺。
技术介绍
目前，UHMWPE纤维生产中，几乎完全采用一根双螺杆实现喂料-溶解-混炼等所有过程，同向双螺杆在工艺转速下实现：(1)进料段进料量符合生产进料的要求，(2)溶解段实现UHMWPE的快速溶解，(3)混炼阶段对UHMWPE大分子在强剪切条件下实现大分子之间的解缠结，沿剪切方向取向，并达到凝胶纺丝的要求。以上方法存在以下缺陷：(1)UHMWPE强剪切条件下降解严重，降解程度可达50％以上，如分子量470万的UHMWPE粉料，冻胶分子量只有180-220万，低于230万；(2)物料在双螺杆中的停留时间短，平均停留时间8-13min，UHMWPE粉料的溶解速度慢，且粒径越大、分子量越高完全溶解所需要的时间越长，短的停留时间使得双螺杆对UHMWPE粉料的粒径及其分布极为敏感，例如相同特定溶解条件下，为达到纺丝要求，平均粒径120微米所需停留时间为11.5min，160微米需要14.8分钟。针对目前采用单一的双螺杆挤出方法，造成成品纤维的大分子降解严重，并导致UHMWPE纤维性能降低的现象；CN102277632B一种制造超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的方法，包括步骤A将质量分数在6％～12％之间、粘均分子量为150万-1000万的超高分子量聚乙烯粉料与溶剂输送到配料乳化釜中进行充分混合得到混合物，该混合物经齿轮输送泵进入喂料釜，喂料釜将混合物送入双螺杆挤出机进行熔融-溶解，得到挤出液；即现有的CN102277632B依然无法避免实用双螺杆进行预溶解，这样双螺杆的强剪切作用会造成UHMWPE在溶解纺丝过程的大量降解降解，同时单纯采用单螺杆进行UHMWPE纤维的溶解和纺丝，因单螺杆的混炼能力弱、停留时间短，导致用这种方法进行UHMWPE纤维生产的产量极低，没有工业化应用的前景和意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种UHMWPE纤维溶解和混炼工艺，该工艺包括如下步骤：步骤1)以釜式配料和失重秤配料方案，将纺丝原料送入单螺杆进行熔融-溶解，该单螺杆挤出机中单螺杆直径为20-200mm，其长径比10-42，其转速90-150转/分，该单螺杆机分多段加热，喂料段温度160-220℃，塑化段温度200-260℃，匀化段温度220-280℃，混合液经单螺杆挤出机得到挤出液；步骤2)挤出液由单螺杆挤出，经增压泵或直接通过单螺杆送至静态混合器，静态混合器的温度220-280℃，熔体在静态混合器中的压力为2-8MPa。作为优选，所述静态混合器由一组或几组静态混合组成，可为盘管式或列管式，构成静态混合器的熔体管道串联布置，直径3-12mm，熔体管道总长5-56m。作为优选，所述纺丝原料由以下制备方法得到：步骤a).将质量分数6-15％，粘均分子量100-1200万的超高分子量聚乙烯粉料与溶剂输送到配料釜中进行充分混合，并于130-140℃搅拌溶胀30min以上，制成溶胀料；步骤b).将质量份数0.5-1.5％，粘均分子量100-1200万的超高分子量聚乙烯粉料与经过充氮脱氧的溶剂输送到配料釜中进行充分混合，并于160-200℃下搅拌溶解，制成溶解料；将上述步骤a)和步骤b)得到的溶胀料和溶解料混合,根据权利要求1所述步骤1和步骤2的方法，将上述混合物送入混合釜进行混匀，搅拌均匀，混合液中超高分子量聚乙烯粉的质量分数5％-14.5％；该混合物经输送泵进入喂料釜，喂料釜将混合物送入单螺杆挤出机进行熔融-溶解，物料的总停留时间大于40min。作为优选，该工艺包括如下步骤：步骤A).制备浓度0.1～1％UHMWPE溶液，在反应釜中投入精确计量的聚烯烃抗氧剂、UHMWPE和经过充氮脱氧的白油，聚烯烃抗氧剂的质量占UHMWPE粉质量的0.5％～5％；在搅拌下逐步升温到140℃～180℃，搅拌时间为0.5～2h；加入一定量冷的白油，使UHMWPE/白油温度降低至120℃以下，待用；步骤B).将小料放入搅拌转速2000～10000转/min的强剪切分散装置，在25℃至120℃下，剪切分散至均匀稳定；步骤C).失重秤用以实现连续均匀进料：设置三种失重秤，每种若干台，UHMWPE粉料秤、UHMWPE溶液秤和小料称分别用以实现粉料、UHMWPE稀溶液和小料的配料计量；；步骤D).根据权利要求1所述步骤1和步骤2的方法将上述A中的UHMWPE溶液和B中的小料的计量喂入单螺杆；在单螺杆中实现溶解、匀化和结缠结，进入静态混合器中平衡物料，物料停留时间大于17分钟。其中所述小料选自抗氧剂，分散剂或纳米至微米级细颗粒中的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用单螺杆与静态混合器配合使用的方法，在工业化的水平上减少了UHMWPE在溶解纺丝过程的降解作用，原料粘均分子量300-900万，降解率30-35％，成品分子量越高，产品的物理性能越高。具体地，UHMWPE降解率<35％；熔体在线粘度一致性大于99.95％；“纤维可实现的超倍拉伸比例提高了3-10％，并使得纤维的强度、模量、耐磨性、导热性和抗蠕变性等均实现了提高”。较之CN102277632B相比，第一：更大程度地减少了UHMWPE的降解；第二：同时提高了UHMWPE纤维的溶解和纺丝产量。产品强度>42g/d，模量>1650g/d；CV，此种方法可以实现UHMWPE纤维分子量大于500万，具备更高的强度、模量、抗蠕变性能、耐磨性、耐切割性和导热系数等。具体实施方式实施例1步骤1)将质量分数6-15％，粘均分子量100-1200万的超高分子量聚乙烯粉料与经过充氮脱氧的白油输送到配料釜中进行充分混合，并于130-140℃搅拌溶胀30min以上，制成溶胀料；步骤2)将质量份数0.5-1.5％，粘均分子量100-1200万的超高分子量聚乙烯粉料与经过充氮脱氧的白油输送到配料釜中进行充分混合，并于160-200℃下搅拌溶解，制成溶解料；步骤3)根据混合液中UHMWPE粉的质量分数要求，将溶胀料和溶解料以一定比例的送入混合釜进行混匀，搅拌均匀，混合液中超高分子量聚乙烯粉的质量分数5％-14.5％；该混合物经输送泵进入喂料釜，喂料釜将混合物送入单螺杆挤出机进行熔融-溶解；该单螺杆挤出机中单螺杆直径为20-200mm，其长径比10-42，其转速90-150转/分，该单螺杆机分多段加热，喂料段温度160-220℃，塑化段温度200-260℃，匀化段温度220-280℃，混合液经单螺杆挤出机得到挤出液；步骤4)挤出液由单螺杆挤出，经增压泵或直接通过单螺杆送至静态混合器；该静态混合器由一组或几组静态混合组成，可为盘管式或列管式，构成静态混合器的熔体管道串联布置，直径3-12mm，熔体管道总长5-56m，静态混合器的温度220-280℃，熔体在静态混合器中的压力为2-8MPa；物料总停留时间大于40min，降解率小于38％。将上述步骤中经过静态混合器的熔体进行过滤，通过纺丝计量泵输送至喷丝板，喷丝板将物料挤出并在冷冻水中冷却得到UHMWPE/白油凝胶初生纤维，该初生纤维经过预拉伸、萃取、干燥和超倍热拉伸后，得到UHMWPE纤维。上述步骤中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种UHMWPE纤维生产的溶解和混炼工艺，其特征在于：该工艺包括如下步骤：步骤1)以釜式配料或失重秤配料方案将纺丝原料送入单螺杆进行熔融‑溶解，该单螺杆挤出机中单螺杆直径为20‑200mm，其长径比10‑42，其转速90‑150转/分，该单螺杆机分多段加热，喂料段温度160‑220℃，塑化段温度200‑260℃，匀化段温度220‑280℃，混合液经单螺杆挤出机得到挤出液；步骤2)挤出液由单螺杆挤出，经增压泵或直接通过单螺杆送至静态混合器，静态混合器的温度220‑280℃，熔体在静态混合器中的压力为2‑8MPa。

【技术特征摘要】
1.一种UHMWPE纤维生产的溶解和混炼工艺，其特征在于：该工艺包括如下步骤：步骤1)以釜式配料或失重秤配料方案将纺丝原料送入单螺杆进行熔融-溶解，该单螺杆挤出机中单螺杆直径为20-200mm，其长径比10-42，其转速90-150转/分，该单螺杆机分多段加热，喂料段温度160-220℃，塑化段温度200-260℃，匀化段温度220-280℃，混合液经单螺杆挤出机得到挤出液；步骤2)挤出液由单螺杆挤出，经增压泵或直接通过单螺杆送至静态混合器，静态混合器的温度220-280℃，熔体在静态混合器中的压力为2-8MPa。2.根据权利要求1所述的UHMWPE纤维溶解和混炼工艺，其特征在于：所述静态混合器由一组或几组静态混合组成，可为盘管式或列管式，构成静态混合器的熔体管道串联布置，直径3-12mm，熔体管道总长5-56m。3.根据权利要求1所述的UHMWPE纤维溶解和混炼工艺，其特征在于：所述纺丝原料由以下制备方法得到：步骤a).将质量分数6-15％，粘均分子量100-1200万的超高分子量聚乙烯粉料与溶剂输送到配料釜中进行充分混合，并于130-140℃搅拌溶胀30min以上，制成溶胀料；步骤b).将质量份数0.5-1.5％，粘均分子量100-1200万的超高分子量聚乙烯粉料与经过充氮脱氧的溶剂输送到配料釜中进行充分混合，并于160-200℃下搅拌溶解，制成溶解料；将上述步骤a)和步骤b)得到的溶胀料和溶解料混合,根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚湘江，陈宏，
申请(专利权)人：浙江千禧龙纤特种纤维股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33