一种纤维纺丝方法和聚乙烯纺丝纤维技术

本发明专利技术涉及一种纤维纺丝方法和由该方法获得的纤维丝，该方法包括将纺丝液进行挤出和喷丝，对喷丝得到的纤维原丝依次进行冷却成型、干燥和拉伸，其特征在于，所述冷却成型的方式包括使纤维原丝与温度不超过

【技术实现步骤摘要】
一种纤维纺丝方法和聚乙烯纺丝纤维


[0001]本专利技术涉及一种纤维纺丝方法和采用该方法制备的聚乙烯纺丝纤维。

技术介绍

[0002]超高分子量聚乙烯纤维与芳纶、碳纤维并称为21世纪三大高新材料，以其高强度、高模量、高取向度、耐磨性、抗老化等优良特性，广泛应用于国防、军工防护以及民用行业领域。近年来，随着高性能聚乙烯纤维技术的提升以及原料的大范围国产化，有力推动了高性能聚乙烯纤维产业在我国的快速发展。
[0003]CN101148783B公开了一种采用凝固浴的方式，风温控制在30-110℃，制备超高分子量聚乙烯纤维。
[0004]CN110791821A采用了0-80℃的水浴冷却，送至牵伸热箱进行溶剂回收与热拉伸，通过一步法制备了新型超高强高模聚乙烯纤维。
[0005]整体看，上述方法在聚乙烯纤维产品的性能提高上取得了一定的成效，但仍然还有比较大的提升空间。而且，上述方法有的还存在稳定性较差的问题，导致不同批次产品性能相差较大。

技术实现思路

[0006]为了进一步提高聚乙烯纤维产品的性能，本专利技术的专利技术人进行了大量的研究，结果发现通过采用低温干风骤冷成型的方式，能够制备出一种断裂强度和模量大幅提高的高性能聚乙烯纤维产品，由此完成了本专利技术。
[0007]本专利技术第一方面提供了一种纤维纺丝方法，该方法包括将纺丝液进行挤出喷丝，对喷出的纤维原丝依次进行冷却成型、干燥和拉伸，其特征在于，所述冷却成型的方式包括使纤维原丝与温度不超过-10℃的流体接触。
[0008]本专利技术第二方面提供了一种聚乙烯纺丝纤维，该聚乙烯纺丝纤维的断裂强度为40CN/dtex以上，模量为1600CN/dtex以上。
[0009]本专利技术提供的纤维纺丝方法采用全新低温风骤冷加速成型来提升凝胶丝的结晶取向度，从而极大的提高了聚乙烯纤维产品的断裂强度和模量，而且该方法的重复性好，不同批次产品的性能接近，因批次导致的产品性能差异小。另外，该方法引入低温骤冷风，没有带入任何杂质，对于干湿法生产工艺均可以使用，特别适用于干法纺丝技术。
[0010]本专利技术通过将低温风骤冷加速成型与具有特定结构风刀的干燥热箱配合作用，能够有效提高对物料的干燥效率和进一步提升纤维丝产品的效果。而且由于风刀出风口的出风量和出风方向可调，从而使风刀的使用更加灵活，能够适应各种使用需求。
[0011]采用本专利技术的方法制备的聚乙烯纺丝纤维的断裂强度高达40CN/dtex以上，模量高达1800CN/dtex以上，相比目前同类产品最高35CN/dtex的断裂强度和最高1300CN/dtex以下的模量，具有明显更高的性能，而且产品的变异系数明显更低。
附图说明
[0012]图1是本专利技术提供的纤维纺丝方法的一种具体实施方式的工艺流程图；
[0013]图2是风刀的一种实施方式的结构式示意图；
[0014]图3是图2中内筒与外筒的截面图；
[0015]图4是图2中活动法兰的结构示意图；
[0016]图5是图2中固定法兰的结构示意图；
[0017]图6是本专利技术中纺丝箱的一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
[0018]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0019]在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参照附图所示的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。
[0020]本专利技术提供的纤维纺丝方法采用低温风骤冷加速成型并配合特定的干燥方式的模式，来提升凝胶丝的结晶取向度，从而极大的提高了聚乙烯纤维产品的断裂强度和模量，而且该方法的重复性好，不同批次产品的性能接近，因批次导致的产品性能差异小。另外，该方法引入低温骤冷风，没有带入任何杂质，对于干法湿法生产工艺均可以使用，特别适用于干法纺丝技术。
[0021]本专利技术中，低温骤冷的方式是用温度不超过-10℃的流体对经喷丝孔喷出的纤维原丝进行急冷。而目前现有技术的方法，无论干法还是湿法，均使用0℃以上的气体进行冷却。本专利技术的专利技术人经过研究发现，尽管0℃以上的气体相对于喷嘴喷出的纺丝(纤维原丝)的温度已经非常低，温差比较大，但使用-10℃以下的流体则可以进一步提高纤维产品的力学性能和产品稳定性。究其原因，可能是因为熔体在进入喷丝板挤出之前，处于一种均匀状态，内部的折叠链结构稳定；在挤出后，表面受冷会迅速固化成型，确保原丝内部的稳定折叠链结构不会发生变化，再进一步受热牵伸后，内部的折叠链会逐步拉伸成稳定的晶格结构。因此缩短原丝的骤冷时间，可以最大程度保护纤维的内部稳定结构，提高纤维的可纺性。
[0022]理论上，温度为-10℃以下的流体均可以用于本专利技术，但综合能耗和纤维产品性能考虑，优选地，用于冷却成型的流体的温度为-10～-180℃优选-10～-50℃更优选-20～-30℃。
[0023]采用低温风加速凝胶丝条的固化，温度越低，固化成型的时间越短，从而确保凝胶丝条不受风速的干扰，保持凝胶丝条内部的稳定结构，同时可以有效避免凝胶丝条的粘连情况。
[0024]所述流体可以为气体也可以为液体，只要不与纤维丝产品发生反应，对纤维丝产品造成不利影响的惰性流体均可以用于实现本专利技术的目的。例如可以为液氨、液氮、空气、乙二醇水溶液、乙醇水溶液等中的一种或多种。
[0025]本专利技术优选冷却成型用的流体优选为气体。对于干法纺丝工艺，采用氮气等惰性
气体，不使用空气。
[0026]所述接触的方式优选为喷吹，优选所述喷吹的方式为以喷出的纤维原丝为中心进行环吹。所谓环吹，即以纤维原丝为中心，在纤维原丝的四周喷吹冷却成型的急冷流体，对纤维原丝进行充分冷却。
[0027]根据本专利技术的一种优选实施方式，喷吹的时间为0.1-1秒，优选为0.5-0.7秒，压力为0-100kPa，优选3-10kPa。喷吹的时间是指纤维丝从开始与急冷流体接触到离开急冷流体为止的时间段。此处的压力是指急冷流体流出的压力，为表压。
[0028]本专利技术中，喷吹的过程为持续稳定进行的过程，吹扫效果跟喷头拉伸的速度有关，速度越快，喷吹在单位丝束上的时间就会愈短。当喷头拉伸倍率为8倍时，喷头挤出速率优选为2-5m/min，更优选为3-3.5m/min。
[0029]本专利技术提供的上述低温、环吹干风骤冷的成型方式既可以适用于现有的湿法工艺，也可以适用于干法工艺。优选适用于干法工艺。下面进一步描述上述急冷成型方式与干法工艺的配合。
[0030]本专利技术中，通过使冷却成型后的纤维原丝与速度不低于20米/秒的干燥气体接触，通过热辊对纤维表面加热，促进纤维表面的软化以及纤维内部十氢萘的析出，便于后续的牵伸；析出在纤维表面的十氢萘通过干燥热箱内的风刀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维纺丝方法，该方法包括将纺丝液进行挤出和喷丝，对喷丝得到的纤维原丝依次进行冷却成型、干燥和拉伸，其特征在于，所述冷却成型的方式包括使纤维原丝与温度不超过-10℃的流体接触。2.根据权利要求1所述的方法，其中，用于冷却成型的流体的温度为-10～-180℃优选-10～-50℃更优选-20～-30℃。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述流体为气体，所述接触的方式为喷吹，优选所述喷吹的方式为以纤维原丝为中心进行环吹。4.根据权利要求3所述的方法，其中，喷吹的时间为0.5-0.7秒，压力为0-100kPa，优选3-10kPa。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，用于冷却成型的流体为液氮、空气、惰性气体中的一种或多种。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述干燥的方式包括使冷却成型后的纤维原丝与速度不低于20米/秒优选30-40米/秒的干燥气体接触，优选地，所述干燥气体的温度为0-140℃，优选40-80℃。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述干燥在干燥热箱(6)中进行，所述干燥热箱(6)包括箱体和风刀(60)，所述箱体内设置有用于干燥物料的干燥腔，所述风刀(60)设置于所述干燥腔内，所述风刀(60)包括同轴套设的内筒(61)和外筒(62)，所述内筒(61)的一端为开口状以形成所述风刀(60)的进风口(611)，所述内筒(61)的筒壁上开设有与所述进风口(611)连通的第一出风口(612)，所述外筒(62)的筒壁上开设有第二出风口(621)，所述内筒(61)与所述外筒(62)之间具有径向间隔以形成连通所述第一出风口(612)和所述第二出风口(621)的连通通道(63)，所述内筒(61)和所述外筒(62)中的至少一者设置为能够沿所述风刀(60)的径向移动以调节所述第二出风口(621)的出风量和出风方向，所述风刀(60)的第二出风口(621)对准所述物料设置，所述箱体上开设有与所述干燥腔连通的进料口、出料口、干燥气体入口以及干燥气体出口，所述进风口(611)与所述干燥气体入口连通，所述第二出风口(621)与所述干燥气体出口连通。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一出风口(612)为沿所述内筒(61)的轴向延伸的长条状，所述第二出风口(621)为沿所述外...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔凡敏，赵运生，于品华，张叶，徐莉，吴小莲，苏豪，
申请(专利权)人：中石化南京化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：