一种超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液处理方法技术

本发明专利技术提供了一种超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液的处理方法，该方法是将超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液经过高压高温预处理，使纺丝溶剂能够浸入超高分子量聚乙烯粉末中，缩短溶胀时间，经过高压处理后的溶液再经单螺杆挤出机的匀质和进一步的溶胀浸入工艺，增加了纺丝溶液浓度均一性，降低了纺丝温度，提高了超高分子量聚乙烯纤维湿法工艺纺丝的强度和条干均匀性。

A treatment method of spinning stock solution of UHMWPE fiber

【技术实现步骤摘要】
一种超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液处理方法
本专利技术涉及超高分子量聚乙烯纤维制备领域，尤其涉及一种超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液处理方法。
技术介绍
随着国内超高分子量聚乙烯纤维的快速发展以及纺织、军工、劳保等市场的迫切需求，超高分子量聚乙烯纤维正迈向高强度、高耐磨性等高端市场迈进，而国内大部分厂家的生产工艺主要为湿法生产，是使用矿物油作为纺丝溶剂，经过双螺杆挤压，在高温、强剪切中的作用下充分溶解挤出形成冻胶丝。而超高分子量聚乙烯的大分子链缠结度高难以被常规的工艺和溶剂所完全溶解的粘度大，不宜加工，即使在螺杆的强剪切和高温处理下也难以达到彻底的溶解，相反还需要高长径比、260℃以上的高温才能纺出丝，而高长径比、高温强剪切的条件又加重了超高分子量聚乙烯的分子链发生断裂，使得超高分子量聚乙烯纤维在生产工艺中降解率达到50%以上，目前国内外生产超高分子量聚乙烯纤维时，为提高纤维的性能普遍通过改变前纺工艺从而达到高性能，如专利技术专利CN101691673A公布的超高分子量聚乙烯纤维制备工艺，是将聚乙烯粉和溶剂加入氮气注入解缠釜，然后常温下搅拌喂入螺杆挤出机进行纺丝，此种方法虽然通入氮气保护，但所指解缠釜在没有一定温度和剪切的作用下并未能达到正真分子链的解缠，且此种方法又为常温下注入螺杆，与普通的纺丝工艺:溶胀-螺杆挤出无二异，所以不能正真提高纤维的性能。专利技术专利CN106948022B公布了一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的处理方法，该方法拟通过提高聚乙烯的纺丝浓度，从而提高纤维性能。但该方采用两种溶剂混合，闪蒸去除一种溶剂后，纺丝溶液浓度增加、粘度增加，此高浓度的溶液在双螺杆温度仅为120~200℃条件下无法达到更好的溶解，且该法工艺繁琐，加重生产成本。专利技术专利CN109943900A公布了一种高强聚乙烯纤维冻胶丝体系预处理方法是先将超高分子量聚乙烯粉末置于真空中。通过在真空条件下使溶剂进入聚乙烯粉末间的微纤或微孔，从而达到更好的浸润作用，提高溶胀效果。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液处理方法，该方法是通过在氮气保护下加压处理纺丝溶液，通过高温高压和单螺杆匀质的作用，使纺丝原液在进入后续工艺双螺杆挤出机前更能达到更好的预溶解作用，该方法不仅使连续生产中的纺丝溶液浓度前后一致，还降低了纺丝温度，提高了纤维的高强度和条干均匀性。本专利技术通过高压乳化条件使纺丝溶剂浸透聚乙烯粉末表层，再经过单螺杆的匀质作用，解决了因纺丝溶液在128~135℃时，PE粉料表层部分溶解到溶剂中而发生粘连、抱团现象，使更多的溶剂预溶解到聚乙烯粉末中，从而降低双螺杆溶解温度，减少因温度而发生的高温降解。制备方法步骤如下：步骤一：在搅拌状态下将定量超高分子量聚乙烯粉末添加到纺丝溶剂中，添加定量的纺丝助剂并升温搅拌；步骤二：将步骤一制得的混合料注入到高压搅拌釜中，开启乳化搅拌，充入氮气，保持高压腔室内的压力为1.5MPa~5MPa，温度为110~128℃；步骤三：将经高压处理后的釜料注入到单螺杆挤出机中，经单螺杆低温匀质后得到超高分子量聚乙烯纺丝原液。进一步改进在于：所述步骤一中的纺丝溶剂为50号~70号矿物油。进一步改进在于：所述步骤一中的纺丝助剂包含钛白粉、聚乙二醇脂类、亚磷酸酯类抗氧剂。进一步改进在于：所述步骤二为多级加压方式，高压腔室内的压力最终为1.5MPa~5MPa，更优选为3MPa，温度为110~128℃，更优选为125℃。进一步改进在于：所述步骤二高压腔室内有乳化装置，乳化装置的转速度为2000~5000r/min，优先为3500r/min，乳化时间为2~5h。进一步改进在于：所述步骤三中单螺杆挤出机的长径比为15~25；所述步骤三中单螺杆设有混合段、变径段、逆流段、和输送段，螺杆的温度为128~135℃，优选为132℃，单螺杆出口压力为2.0~5.1MPa。本专利技术的有益效果：本专利技术设置单螺杆具有增加低温预溶解功能，可使经过加压处理后的纺丝溶液更加粘度均一，单螺杆的低温柔和捏炼过程使溶剂在进入双螺杆之前更有效的渗入到PE粉料中，降低了后续工艺双螺杆的溶解温度。也减少了后续工艺双螺杆的长径比，显著降低对超高分子量聚乙烯物料的剪切降解和高温降解作用，同时也提高了超高分子量聚乙烯纤维纤度均一性。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例对本专利技术作进一步详述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。实施例一：400D超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液处理方法按9:1量将定量矿物油和PE粉末加入物料釜中，加温至80℃，再加入抗氧剂和乳化剂和钛白粉，搅拌均匀后打入高压釜中，开启乳化机，充入氮气，压力增加至1.5MPa后乳化搅拌30min~60min，再增加压力增加至3MPa，恒温搅拌60~120min，温度恒定为126℃，乳化速度设为4500r/min。将乳化溶胀好的溶液，注入到单螺杆挤出机中，单螺杆挤出机转速设置为180r/min，温度为132℃，经单螺杆挤出机挤出后的乳液得到400D超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液。实施例二：1600D超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液处理方法按9:1量将定量矿物油和PE粉末加入物料釜中，加温至85℃，再加入抗氧剂和乳化剂和钛白粉，搅拌均匀后打入高压釜中，开启乳化机，充入氮气，压力增加至1.5MPa后乳化搅拌30min~60min，再增加压力增加至3MPa，恒温搅拌60~120min，温度恒定为126℃，乳化速度设为4500r/min。将乳化溶胀好的溶液，注入到单螺杆挤出机中，单螺杆挤出机转速设置为180r/min，温度为132℃，经单螺杆挤出机挤出后的乳液得到1600D超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液。以上实施例制得超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液再注入到双螺杆挤出机中，形成超高分子量聚乙烯冻胶丝，冻胶丝再纺出400D或1600D超高分子量聚乙烯纤维。通过设置单螺杆具有增加低温预溶解功能，可使经过加压处理后的纺丝溶液更加粘度均一，单螺杆的低温柔和捏炼过程使溶剂在进入双螺杆之前更有效的渗入到PE粉料中，降低了双螺杆的溶解温度。也减少了双螺杆的长径比，显著降低对超高分子量聚乙烯物料的剪切降解和高温降解作用，同时也提高了超高分子量聚乙烯纤维纤度均一性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液处理方法，其特征在于：处理方法步骤包括有：/n步骤一：在搅拌状态下将定量超高分子量聚乙烯粉末添加到纺丝溶剂中，添加定量的纺丝助剂并升温搅拌；/n步骤二：将步骤一制得的混合料注入到高压搅拌釜中，开启乳化搅拌，充入氮气，保持高压腔室内的压力为1.5MPa~5MPa，温度为110~128℃；/n步骤三：将经高压处理后的釜料注入到单螺杆挤出机中，经单螺杆低温匀质后得到超高分子量聚乙烯纺丝原液。/n

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液处理方法，其特征在于：处理方法步骤包括有：
步骤一：在搅拌状态下将定量超高分子量聚乙烯粉末添加到纺丝溶剂中，添加定量的纺丝助剂并升温搅拌；
步骤二：将步骤一制得的混合料注入到高压搅拌釜中，开启乳化搅拌，充入氮气，保持高压腔室内的压力为1.5MPa~5MPa，温度为110~128℃；
步骤三：将经高压处理后的釜料注入到单螺杆挤出机中，经单螺杆低温匀质后得到超高分子量聚乙烯纺丝原液。


2.如权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液处理方法，其特征在于：所述步骤一中的纺丝溶剂为50号~70号矿物油。


3.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：包剑峰，桂方云，
申请(专利权)人：长青藤高性能纤维材料有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34