一种超高分子量聚乙烯的纺丝方法技术

本发明专利技术公开了一种超高分子量聚乙烯的纺丝方法，包括如下步骤：(1)分散：将纳米蒙脱土、纳米高岭土、或者纳米石墨烯均匀分散在超高分子量聚乙烯中，在分散过程中加入过氧化物引发剂和有机溶剂，得到混合物A；(2)对混合物A进行挤出造粒；(3)挤出造粒后进行熔融纺丝；(4)熔融纺丝后进行牵伸，最终得到聚乙烯纤维。本发明专利技术的纺丝方法利用熔融插层方法产生层间剥离，在超高分子量聚乙烯造粒过程中加入无机粉体，可以提高聚乙烯熔体的流动性，提高超高分子量聚乙烯熔体的熔融指数，降低聚乙烯熔体的粘度，在聚乙烯纺丝过程中不需要加入稀释剂，采用熔融纺丝法进行纺丝，可以大大降低生产成本，可用于生产中等强度的超高分子量聚乙烯纤维。

【技术实现步骤摘要】
一种超高分子量聚乙烯的纺丝方法
本专利技术属于纤维的纺丝
，具体涉及一种新型超高分子量聚乙烯的纺丝方法。现有技术超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维又称高强高模聚乙烯纤维，是由分子量100-500万的UHMWPE纺制而成，其特殊性能主要表现在：高比强度、高比模量、低纤维密度、低断裂伸长率、优良的抗冲击性和抗切割性、高耐磨性、耐化学腐蚀性，尤其是其强度相当于优质钢材的15倍左右，被广泛用于防弹衣、防刺服、头盔、防切割等安全防护领域，以及绳缆和渔网等水上结构材料、航天航空结构件、雷达罩等，是重要的战略物资和高技术材料。由于UHMWPE分子量大，熔融粘度很高，导致其纤维的生产技术难度较大，生产成本较高。因此，UHMWPE纤维的制备技术及相关研究受到了国内外的普遍关注。数十年来，围绕高强高模聚乙烯纤维纺丝，出现了众多纺丝方法的研究，主要为：固态挤出法、增塑熔融纺丝法、表面结晶生长法、超倍拉伸或局部拉伸法和凝胶纺丝法。但目前只有凝胶纺丝法技术最为成熟，实现了工业化生产。凝胶纺丝法是以十氢萘、石蜡油等碳氢化合物作为溶剂，将超高分子量聚乙烯在加热条件下配制成浓度范围为0.5-10wt％的溶液，利用挤出机通过喷丝孔将溶液挤出后骤冷形成凝胶原丝，然后对凝胶原丝相分离、溶剂萃取、干燥，随后将处理后的原丝在温度90℃-130℃、流速稳定的空气条件下，运用前后辊的速度差进行超倍拉伸。凝胶纺丝法国内外产业化程度高、技术成熟，适合生产超高强高模纤维，其生产出的UHMWPE纤维强度均在30cN/dtex以上，多应用于高端产业，年消耗量较少；而市场需求巨大的民用领域，一般仅要求UHMWPE纤维具有10-30cN/dtex的中等强度即可，但由于凝胶纺丝法生产流程长、装备复杂、能耗大、需要消耗大量溶剂等弊端，很难降低生产成本，并不适用于中等强度UHMWPE纤维的生产。熔融纺丝法要求聚合物有较好的流动性和加工性能，一般只有低分子量的聚合物才有这类性能。将超高分子量聚乙烯与适量的改性剂或者稀释剂混合制成纤维的方法统称为增塑熔融纺丝法。该方法中超高分子量聚乙烯的含量一般在60-80wt％之间，所使用的稀释剂即可以用超高分子量聚乙烯的溶剂，也可以用固态的蜡质物质。混合物需经过熔融再挤出成型，之后在加热介质为萃取剂中进行多级高倍拉伸，还可以让初生丝先经过萃取剂除去里面的稀释剂后再进行多级高倍拉伸，最终就能够获得强度大于20cN/dtex的超高分子量聚乙烯纤维。以上两种生产工艺存在以下三个问题：一：凝胶纺丝法生产工艺路线长、设备复杂、能耗大，需要消耗大量的溶剂、污染环境；二：凝胶纺丝法生产负荷大(UHMWPE的含量在10wt％以下)，纺丝速度慢，故其产量低；三：增塑熔融纺丝法在生产过程中也需要加入改性剂或者稀释剂，并且在后牵伸过程中需要在萃取剂中进行，不利于降低生产成本，降低能耗，且污染环境。中国专利CN200810014185.6公开了一种采用超高分子量聚乙烯与低密度聚乙烯共混熔融制备高强聚乙烯纤维的方法，低密度聚乙烯的数均分子量为2.5-4万，超高分子量聚乙烯的数均分子量为120-180万，低密度聚乙烯与超高分子量聚乙烯的质量比为2-10:1进行混合均匀，采用双螺杆挤出机共混熔融、制备初生纤维，初生纤维经过两个油浴槽进行拉伸，然后进入含有异构醇醚表面活性剂的水浴槽、清洗纤维表面的油剂，干燥并制成高强聚乙烯纤维。但此专利在水浴槽中加入异构醇醚，增加了生产成本，同时存在污染环境的问题。中国专利201610463680.X公开了一种石墨烯、UHMWPE复合纤维及其制备方法和应用，先将石墨烯与UHMWPE粉球磨预混，再以石墨烯/UHMWPE复合粉体制备成预纺液，纺丝、萃取、牵伸，即得石墨烯/UHMWPE复合纤维。此专利在生产过程中需要萃取等技术，生产工艺复杂、污染环境、能耗大。中国专利CN201010023179.4公开了一种高强高模聚乙烯纤维的制备方法，将分子量为150-800万的超高分子量聚乙烯粉料与溶剂按质量比为1-10:100、抗氧剂混合一起在混合釜加热搅拌，抗氧剂的添加量为聚乙烯粉料质量的2-5wt％，加热到100-200℃，使粉料充分溶解得到聚乙烯溶液，自然降温形成冻胶块，取出并将其粉碎成粒料，然后脱去部分溶剂得到固含量为20-70wt％的超高分子量聚乙烯纺丝原料，将所制得的纺丝原料经过螺杆熔融挤出纺丝、预拉伸卷绕、热超倍拉伸工艺得到高强高模聚乙烯纤维。此专利生产过程需要加入溶剂加热溶解聚乙烯粉末而后降温脱除部分溶剂，最后溶剂需要萃取等技术，生产工艺复杂、污染环境、能耗大。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种新型超高分子量聚乙烯的纺丝方法。本专利技术的纺丝方法利用熔融插层方法产生层间剥离，在超高分子量聚乙烯造粒过程中加入一定量的无机粉体，可以提高聚乙烯熔体的流动性，提高超高分子量聚乙烯熔体的熔融指数，降低聚乙烯熔体的粘度，在聚乙烯纺丝过程中不需要加入稀释剂，采用熔融纺丝法进行纺丝，可以大大降低生产成本，可用于生产中等强度的超高分子量聚乙烯纤维。本专利技术纺丝流程短、装备简单、能耗小，与凝胶纺丝法相比，可大大降低生产成本；适合生产中等强度的UHMWPE纤维，可以广泛应用于民用领域。技术方案：为了实现上述目的，如本专利技术所述一种超高分子量聚乙烯的纺丝方法，包括如下步骤：(1)分散：将纳米蒙脱土、纳米高岭土、或者纳米石墨烯均匀分散在超高分子量聚乙烯中，在分散过程中加入过氧化物引发剂和有机溶剂，得到混合物A；(2)对混合物A进行挤出造粒；(3)挤出造粒后进行熔融纺丝；(4)熔融纺丝后进行牵伸，最终得到聚乙烯纤维。其中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为40-220万，粉状。其中，所述纳米蒙脱土的添加量为超高分子量聚乙烯质量的0.5-20.0wt％，，其中2.0-10.0wt％最佳，纳米蒙脱土粒径为20-750nm。纳米蒙脱土是一种含有层状硅酸盐结构的粘土，是一种二维类分子筛型介孔物质。有机化蒙脱土层间距较大，层间微环境较好。其中，所述纳米高岭土的添加量为超高分子量聚乙烯质量的0.5-30.0wt％，其中1.0-10.0wt％最佳，纳米蒙脱土粒径为20-750nm。高岭土是1:1型层状八面体硅酸盐矿物。其中，所述纳米石墨烯的添加量为超高分子量聚乙烯质量的0.1-10.0wt％，其中1.0-5.0wt％最佳，纳米石墨烯粒径为20-750nm。石墨烯是一种由碳原子紧密连接形成的蜂窝状二维结构，每个碳原子通过sp2轨道杂化在层内与周围碳原子形成强σ键，并贡献出一个未成键电子,进而在石墨烯二维平面垂直的方向形成大π键。其中，所述过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰或者过氧化苯甲酰叔丁酯，引发剂的添加量为超高分子量聚乙烯质量的0.01-0.5wt％，引发剂的添加量极低；所述易挥发有机溶剂为无水乙醇，添加量为超高分子量聚乙烯质量的3.0-15.0wt％。此外，引发剂主要是：过氧化苯甲酰和过氧化苯甲酰叔丁酯，其加入是为了控制反应速率。加入量过大，反应速率过高，无法进行控制；加入量过低，反应速率太小。其中，步骤(2)所述对混合物A进行挤出造粒为使用螺杆挤出机进行挤条，螺杆温度为150-320℃，螺杆转速为60-200r/min，挤出机直径Φ为3-12mm；，进行挤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高分子量聚乙烯的纺丝方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)分散：将纳米蒙脱土、纳米高岭土、或者纳米石墨烯均匀分散在超高分子量聚乙烯中，在分散过程中加入过氧化物引发剂和有机溶剂，得到混合物A；(2)对混合物A进行挤出造粒；(3)挤出造粒后进行熔融纺丝；(4)熔融纺丝后进行牵伸，最终得到聚乙烯纤维。

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量聚乙烯的纺丝方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)分散：将纳米蒙脱土、纳米高岭土、或者纳米石墨烯均匀分散在超高分子量聚乙烯中，在分散过程中加入过氧化物引发剂和有机溶剂，得到混合物A；(2)对混合物A进行挤出造粒；(3)挤出造粒后进行熔融纺丝；(4)熔融纺丝后进行牵伸，最终得到聚乙烯纤维。2.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯的纺丝方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为40-220万。3.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯的纺丝方法，其特征在于，所述纳米蒙脱土的添加量为超高分子量聚乙烯质量的0.5-20.0wt％，纳米蒙脱土粒径为20-750nm。4.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯的纺丝方法，其特征在于，所述纳米高岭土的添加量为超高分子量聚乙烯质量的0.5-30.0wt％，纳米蒙脱土粒径为20-750nm。5.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯的纺丝方法，其特征在于，所述纳米石墨烯的添加量为超高分子量聚乙烯质量的0.1-10.0wt％，纳米石墨烯粒径为20-750nm。6.根据权利要求1所述的超高分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，朱福和，严岩，胡兆麟，王余伟，李红芳，庞道双，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石化仪征化纤有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11