一种有颜色的高强聚乙烯纤维及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种有颜色的高强聚乙烯纤维及其制造方法，该有颜色的高强聚乙烯纤维，其特征在于在超高分子量聚乙烯内混入无机颜料添加剂，无机颜料添加剂的添加比例为超高分子量聚乙烯重量的０．５－３％，其强度为１５－３０ｇ／ｄ，。其制造方法由以下步骤完成：（１）原料的溶胀、溶解，制成纺丝原液；（２）制备冻胶丝；（３）对冻胶丝进行萃取；（４）纺丝干燥；（５）后牵伸及卷绕制成有颜色的高强聚乙烯纤维。该种有颜色的高强聚乙烯纤维及其制造方法，与目前生产的超高分子量聚乙烯纤维相比，既具有所需要的颜色，而且制造流程简单、生产效率高、成本低，生产出的纤维性能优良，并且降低了使用成本，可广泛用于绳索、渔网、复合材料等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高强度聚乙烯纤维及其制造方法，特别是一种有 颜色的高强聚乙烯纤维及其制造方法，适用于绳索、渔网、复合材料 等民用领域。
技术介绍
高强聚乙烯纤维，是采用分子量在IOO万以上的超高分子量聚乙烯生产制造的具有高强度和模量的合成纤维材料，高强聚乙烯纤维、 芳纶、碳纤维在国际上称为三大高性能纤维材料，其中超高分子量聚 乙烯纤维因具有高强度、高模量、低密度的特点，所以在现代化战争 与防御装备、宇航与航空方面发挥了极其重要的作用，在民用领域也 得到了越来越广泛的应用。目前，高强聚乙烯纤维多采用凝胶纺丝一超倍热牵伸工艺生产， 由于超高分子量聚乙烯具有很长的聚乙烯大分子柔性链，极易造成链 缠结，将其溶解于一定溶剂中，通过溶剂的稀释作用拉开大分子之间 的距离，原液挤出成纤维后得到具有适度大分子缠结点的冻胶原丝， 经超倍热拉伸和分子取向得到具有伸直链结构的高强聚乙烯纤维。其主要工序包括1、用溶剂溶解超高分子量聚乙烯，制成纺丝溶液；2、 溶液经喷丝孔挤出后再用空气或水骤冷固化，得到具有适度大分子缠 结点的含溶剂湿态原丝；3、采用萃取剂将湿态原丝中所含的溶剂脱 去；4、对萃取后丝束在干燥箱内进行干燥；5、进行超倍热牵伸，得到具有伸直链结晶结构的高强聚乙烯纤维。日本专利特开平7—238416公开了一种在干法纺丝过程中积极 挥发溶剂以制备高性能聚乙烯纤维的方法，具体工艺为5—50%的 超高分子量聚乙烯和95—50%的挥发性溶剂溶解，加热挤出后，经过 一纺丝筒，利用纺丝筒内通入热气流的方法使40%以上的溶剂挥发， 剩余溶剂在热牵伸的过程中去除，该日本专利通过在纺丝过程中积极 去除部分溶剂形成半干态原丝，解决了纺丝粘连的问题，但由于溶剂 在纺丝和热牵伸过程中均有挥发，因此该专利需要在纺丝段和牵伸设 备上分别进行防火防爆处理和溶剂回收，这样就增加了设备投资和溶 剂回收的难度，不利于大规模的工业化生产。目前的生产工艺皆追求纤维的高强度，所生产出的高强聚乙烯纤 维的拉伸强度大都在30g/d以上，呈白色，由于其生产过程的复杂性， 其价格也较高，因此一般用在军用领域，而民用的大多领域一般只需 强度为15—30g/d的纤维即可满足要求，若使用30g/d以上的高强聚 乙烯纤维，则会造成纤维性能上的浪费，也形成了资源的浪费，从而 大大提高了其使用成本，在民用领域难以承受；同时，在绳网等应用 领域，对纤维有一定的颜色要求，但由于超高分子量聚乙烯的大分子 链中，除C一H键外不存在其它的官能团， 一般的染料分子无法与之 结合进行染色，因此一般的纤维染色方法对聚乙烯纤维都不适用。目 前尚未见带有颜色的、强度为15—30g/d高强聚乙烯纤维及其生产方 法的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有颜色、强度为15—30g/d、模量 为400—1000g/d、能广泛用于民用领域的有颜色的高强聚乙烯纤维。本专利技术的另一个目的在于提供一种制造上述有颜色的高强聚乙 烯纤维的方法。为达到以上目的，本专利技术所采用的技术方案是该有颜色的高强 聚乙烯纤维，由数均分子量在300万以上的超高分子量聚乙烯构成， 并以白矿油为溶剂，超高分子量聚乙烯与白矿油的重量比为1: 7—9， 其特征在于在数均分子量在300万以上的超高分子量聚乙烯内混入 无机颜料添加剂，无机颜料添加剂的添加比例为超高分子量聚乙烯重 量的1.0—3.0%，生产出15—30g/d的高强聚乙烯纤维。本专利技术还通 过如下措施实施所述的无机颜料添加剂为群青、酞菁蓝、氧化铬绿、铅铬绿、氧化铁、炭黑中的一种，或其同类组合(如氧化络绿和铅铬绿的组合、群青和酞青蓝的组合)，无机颜料添加剂的粒径小于1um，因加入不同的无机颜料添加剂，从而使生产出的高强聚乙烯纤 维具有蓝色、绿色、红色、黑色，且染色牢度高，其强度为15—30g/d, 模量为400—1000 g/d，单丝纤度为4一15d，断裂伸长率小于3.5%。 如上所述的有颜色的高强聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于它 由以下步骤完成(1)原料的溶胀、溶解，制成纺丝原液选用数均分子量在300万以上的超高分子量聚乙烯，并以白色矿 物油作为溶剂，超高分子量聚乙烯与白色矿物油的重量比为1: 7~9，并根据颜色的要求添加无机颜料添加剂，添加量为超高分子量聚乙烯重量的1.0—3.0%，加热搅拌使超高分子量聚乙烯和添加的无机颜料 添加剂在白色矿物油溶剂中充分均匀的混合，然后进入双螺杆挤出机 内加热，使之溶胀、溶解，温度控制在100—300°C,即制得纺丝原 液；所述的无机颜料添加剂为群青、酞菁蓝、氧化铬绿、铅铬绿、氧 化铁、炭黑中的一种，或其同类组合，为保证混合的均匀，所用无机 颜料添加剂的粒径小于1 u m;(2) 制备冻胶丝将纺丝原液从喷丝板挤出得到液态细丝，喷丝板的孔径为0.5— 1.6mm，液态细丝经一段气隙进入水温为15—25。C的纺丝水箱，经水 冷却，制成冻胶丝，气隙牵伸倍数为4—8倍；(3) 对冻胶丝进行萃取冻胶丝经导丝辊进入萃取槽内进行萃取，所述萃取槽内的萃取剂 为二甲苯，冻胶丝内的白色矿物油被萃取剂萃取出来后，萃取剂和白 色矿物油再经分离工序回收，以循环利用；(4) 纺丝干燥萃取后的纤维进入干燥箱，经45—55'C的热空气吹干，纤维中 所含的萃取剂经活性炭纤维吸附回收装置回收；(5) 后牵伸及巻绕制成有颜色的高强聚乙烯纤维由干燥箱牵出的干态纤维，进行1一3次的后牵伸，每次后牵伸 的倍数在l一6倍之间，后牵伸所需的设备包括七辊牵伸机和热烘箱， 牵伸后的纤维，经巻绕制成有颜色的高强聚乙烯纤维，生产出15— 30g/d的高强聚乙烯纤维。本专利技术在制作白色的高强聚乙烯纤维时，只要不加入无机颜料添 加剂即可。通过该方法生产的有颜色的高强聚乙烯纤维，在厂内经检测，其强度为15—30g/d、模量为400—1000 g/d、单丝纤度为4一12d、断裂 伸长率小于3.5%、色泽鲜亮均匀，合格率高于95%。本专利技术的有益效果在于与目前生产的超高分子量聚乙烯纤维相 比，既具有所需要的颜色，而且制造流程简单、生产效率高、成本低， 生产出的纤维性能优良，并且降低了使用成本，可广泛用于绳索、渔 网、复合材料等领域。具体实施方式实施例1:制备蓝色的高强聚乙烯纤维，其生产步骤为-(1) 原料的溶胀、溶解，制成纺丝原液选用数均分子量在300万以上的超高分子量聚乙烯，并以白色矿 物油作为溶剂，超高分子量聚乙烯与白色矿物油的重量比为1: 9， 以酞菁蓝作为无机颜料添加剂，其添加量为超高分子量聚乙烯重量的 1.0%,加热搅拌使超高分子量聚乙烯和酞菁蓝在白色矿物油溶剂中 充分均匀的混合，然后进入双螺杆挤出机内加热，使之溶胀、溶解， 温度控制在100—300'C，制得纺丝原液；(2) 制备冻胶丝将纺丝原液从喷丝板挤出得到液态细丝，喷丝板的孔径为l.Omm，液态细丝进入水温为20'C的纺丝水箱，经水冷却，制成冻胶丝，气隙牵伸倍数为8;(3) 对冻胶丝进行萃取冻胶丝经导丝辊进入萃取槽内进行萃取，所述萃取槽内的萃取剂 为二甲苯，冻胶丝内的白色矿物油被萃取剂萃取出来后，萃取剂和白 色矿物油再经分离工序回收，以循环利用；(4) 纺丝干燥萃取后的纺丝进入干燥箱，经干燥温度为50。C的热空气吹干， 纤维中所含的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有颜色的高强聚乙烯纤维，由数均分子量在３００万以上的超高分子量聚乙烯构成，并以白矿油为溶剂，超高分子量聚乙烯与白矿油的重量比为１∶７－９，其特征在于在数均分子量在３００万以上的超高分子量聚乙烯内混入无机颜料添加剂，无机颜料添加剂的添加比例为超高分子量聚乙烯重量的１．０－３．０％，生产出１５－３０ｇ／ｄ的高强聚乙烯纤维。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任意，
申请(专利权)人：山东爱地高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]