高均匀性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，该方法包括将超高分子量聚乙烯树脂粉、溶剂及助剂充分混合，经溶胀后进入螺杆溶解，得到超高分子量聚乙烯溶液；将得到的超高分子量聚乙烯溶液通过预设时间的均质化处理，之后进入纺丝箱体；挤出成型，制得的冻胶丝条，再经脱溶剂、热拉伸，得到超高分子量聚乙烯纤维。与现有技术相比，本发明专利技术通过对形成的溶液作均质化处理，既提高了溶液中大分子的取向，提升了成品性能，同时又降低了凝胶粒子的尺寸，或减少了凝胶粒子的数量，提高了溶液的均匀性，最终得到的纤维力学性能好，变异率低，并且热稳定性好。并且热稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
高均匀性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及超高分子量聚乙烯纤维制备
，尤其是涉及一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着世界高新技术纤维合成与纺丝工艺的发展，超高分子量聚乙烯纤维得到了不断创新，目前已进入一个高速发展阶段。不管是民用还是军用，用户都对纤维性能提出了进一步的要求。为此，很多厂家采用提高原料分子量的方法，来获取高性能纤维，但同时也增加了纺丝的难度，溶液的均一性也很难保证。
[0003]专利技术专利CN109306061A提供了一种纺丝溶液的制备方法，先将超高分子量聚乙烯料采用物理方法辅助预溶胀，再将溶胀液与溶剂混合进行热溶解处理，从而得到均匀的纺丝溶液。该法通过提高溶胀效率来改善纺丝溶液的均匀性，但实施过程复杂，难于控制。
[0004]专利技术专利CN111118615A也是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作用后，使纺丝原液进入双螺杆挤出机，从而提高成品纤维的均匀性。此法设备投入大，而且高温高压给生产带来安全隐患。
[0005]专利技术专利CN106801260A提及一种制备超高分子量聚乙烯纤维的喷丝组件，通过组件的安装方式、形式、内部结构特征等，来提高溶液的均匀性和成分的单一性。
[0006]综上所述，不管是对纺丝原液处理还是设备改良，都是为了提高溶液的均匀性，从而取得性能稳定的纤维产品。但常见的控制方法都是在形成溶液之前，完成溶解后很少有作技术处理的，一般都是直接纺丝成型。这种做法凸显出溶液稳定性对原液的依懒度，而且，成品加工性能不好，制品尺寸或重量不稳定。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，以此既提高了溶液中大分子的取向，提升了成品性能，同时又降低了凝胶粒子的尺寸，或减少了凝胶粒子的数量，提高了溶液的均匀性，最终得到的纤维力学性能好，变异率低，并且热稳定性好。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0009]本专利技术第一方面提供一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1：将超高分子量聚乙烯树脂粉、溶剂及助剂充分混合，超高分子量聚乙烯树脂粉与溶剂的质量比为1:20～1:10，超高分子量聚乙烯树脂粉与助剂的质量比为1000:1～1000:50，经溶胀后进入螺杆溶解，得到超高分子量聚乙烯溶液；
[0011]S2：将S1中得到的超高分子量聚乙烯溶液通过预设时间的均质化处理，之后进入纺丝箱体；
[0012]S3：将S2中得到的溶液通过纺丝箱体挤出成型，制得的冻胶丝条，再经脱溶剂、热拉伸，得到超高分子量聚乙烯纤维。
[0013]进一步地，S1中，所述螺杆为同向双螺杆，螺杆出口处的输送段螺纹至少进行两次的体积压缩，使得超高分子量聚乙烯溶液的输出压力≥5MPa。
[0014]更优选输出压力≥6MPa。因为本方法制备的超高分子量聚乙烯的溶胀液粘度不大，输送推进力弱，只有在溶解后，粘度才会明显增加。所以越靠近螺杆出口，溶液粘度越大，体积压缩越有效，才能确保输出压力。如若输出压力太小，经过长时间的均质化处理之后，压降较大，会导致纺丝压力不足，冻胶原丝品质不高。
[0015]进一步地，S1中，所述溶胀的方式为釜式溶胀，溶胀温度为110
±
5℃。
[0016]所述釜式溶胀为超高分子量聚乙烯在一带有夹套的恒温釜内，通过搅拌等分散手段与溶剂充分混合，吸收溶剂至体积胀大的过程。
[0017]进一步地，超高分子量聚乙烯树脂的溶胀温度随分子量、分子结构等变化而变化，但至少也大于120℃。如果达到溶胀点，溶液粘度增加，会造成下料困难及下料不均匀。
[0018]进一步地，S1中，所述超高分子量聚乙烯树脂粉的黏均分子量为400
‑
1000万，为3
‑
7，且粒径在120
‑
220μm之间的超高分子量聚乙烯树脂粉颗粒的比例≥70％。
[0019]进一步地，S1中，所述溶剂选自卤代烃、矿物油、十氢萘、四氢萘、萘、二甲苯、甲苯、十二烷、十一烷烃、癸烷、壬烷、辛烯、氯苯、石油醚、低分子量聚乙烯蜡中的一种或多种的组合。
[0020]进一步地，S1中，所述助剂选自抗氧剂、流动促进剂、热稳定剂、着色剂、功能性粉末中的一种或多种的组合。
[0021]进一步地，S2中，所述均质化处理在熔体管道中完成，均质化时长不低于10min。时间太短，热作用时间不够，很难使凝胶粒子进一步解缠，反之则容易造成大分子高温降解。
[0022]进一步地，S2中，所述均质化处理过程为恒温过程，且使得熔体管道温度低于管道内溶液温度3
‑
5℃。因为高分子的溶解虽是吸热反应，但因螺杆中设计了大量的啮合块，使高聚物熔体剪切发热，实际溶液温度要略高于设定温度。
[0023]进一步地，S2中，所述均质化处理过程采用一组或多组静态混合器串联使用，以此消除溶液因流动剪切造成的差异，同时通过静态混合器延长溶液在管道中的停留时间，使得未溶解完全的凝胶粒子在加热条件下尺寸缩小或数量减少。
[0024]进一步地，静态混合器选择SK型，单组长度≥500mm。对于高粘度流体而言，压降小，且混合充分。
[0025]本专利技术第二方面提供一种通过上所述方法制备得到的超高分子量聚乙烯纤维，所述超高分子量聚乙烯纤维的干热收缩率在100℃时≤2％，且在120℃时≤3％。干热收缩率是反应纤维热稳定性的一个指标，该指标的大小对纤维的后加工稳定性有重要影响，其波动反映了生产过程中内应力的变化，一定程度上也反映了性能的均一性和稳定性。
[0026]本专利技术的核心创新点在于：
[0027]本专利技术选择将得到的超高分子量聚乙烯溶液通过恒温的熔体管道，经过一定时间的均质化处理后再纺制冻胶丝。一方面，超高分子量聚乙烯溶液因为螺杆压力的推动，在管道中处于拉伸流动场中，拉伸流变使大分子更易于取向，分子排列也趋于规整，有利于性能的提高。但同时分子间作用力也会增大，拉伸粘度也随之增大，此时溶液在管道内与管道壁
中的流动剪切存在明显的不一致现象。
[0028]所以，本专利技术采取一组或多组静态混合器联用，来消除溶液因流动剪切造成的差异，达到流体之间良好分散和充分混合的目的。另一方面，静态混合器也延长了溶液在管道中的停留时间，使得未溶解完全的一部分凝胶粒子可以在加热条件下，尺寸缩小或数量减少，从而更利于成品纤维性能的提高。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术优势：
[0030]1)本技术方案选择将得到的超高分子量聚乙烯溶液通过均质化处理后再纺制冻胶丝，提高了纤维性能，降低了纤维的变异率。
[0031]2)本技术方案降低了成品纤维对原料的敏感度，使得工艺适应范围宽，原料来源更广泛。
[0032本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将超高分子量聚乙烯树脂粉、溶剂及助剂充分混合，经溶胀后进入螺杆溶解，得到超高分子量聚乙烯溶液；S2：将S1中得到的超高分子量聚乙烯溶液通过预设时间的均质化处理，之后进入纺丝箱体；S3：将S2中得到的溶液通过纺丝箱体挤出成型，制得的冻胶丝条，再经脱溶剂、热拉伸，得到超高分子量聚乙烯纤维。2.根据权利要求1所述的一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，S1中，所述螺杆为同向双螺杆，螺杆出口处的输送段螺纹至少进行两次的体积压缩，使得超高分子量聚乙烯溶液的输出压力≥5MPa。3.根据权利要求1所述的一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，S1中，所述溶胀的方式为釜式溶胀，溶胀温度为110
±
5℃。4.根据权利要求1所述的一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于，S1中，所述超高分子量聚乙烯树脂粉的黏均分子量为400
‑
1000万，为3
‑
7，且粒径在120
‑
220μm之间的超高分子量聚乙烯树脂粉颗粒的比例≥70％。5.根据权利要求1所述的一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡霞，冯淇波，
申请(专利权)人：江苏领誉纤维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：