双阶式超高分子量聚乙烯均匀溶液的连续溶解和解缠纺丝装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种双阶式超高分子量聚乙烯均匀溶液的连续溶解和解缠纺丝装置。依此包括溶胀釜、超高分子量聚乙烯悬浮液储存釜、平行同向双螺杆挤出机、溶体泵、喷丝板、冷凝池、络筒装置，其特征在于：在溶体泵和喷丝板之间连接有单螺杆挤出机，溶体泵的输出端连接单螺杆挤出机的输入口，单螺杆挤出机的输出口连接喷丝板，本实用新型专利技术的优点是采用了超高分子量聚乙烯在烷烃类溶剂中进行适度溶胀，制得超高分子量聚乙烯的悬浮液，连续、定量地喂入双螺杆挤出机中完成溶胀、预溶解、脱泡过程，通过溶体泵喂入单螺杆挤出机，通过单螺杆挤出机进行快速的溶解，加压挤出，经过纺丝组件及冷却，形成合格絲条，从而更为简捷地实现连续制备均匀的纺丝溶液过程。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种双阶式超高分子量聚乙烯均匀溶液的连续溶解和解缠 纺丝装置。
技术介绍
众所周知，凝胶纺丝是目前工业化过程中最为成功的超高分子量柔性链纺丝 方法，它是将超高分子量的柔性链高聚物以较低的浓度溶解在溶剂中，制成溶 液的目的是利用溶剂在一定程度上拆散相互缠结在一起的超高分子量原料分 子，同时防止产生新的缠结，在增大体系流动性，提供体系可纺性的同时，提 供给凝胶丝合适的初生丝结构，以利用超倍后拉伸的展开，形成高结晶、高取 向的高强纤维结构形态。超高分子量聚乙烯在溶剂中的溶解过程可分为二个阶段溶胀和溶解。在溶 胀阶段，主要表现为溶剂向超高分子量聚乙烯中渗透与扩散，它是溶解混匀的 关键。然而，溶胀是一个缓慢过程，原因在于高结晶的超高分子量聚合体阻碍 了溶剂的渗透。不适当的溶胀会导致在超高分子量聚乙烯颗粒表层形成一高粘 稠层，它即阻止溶剂向聚合体内不断渗透和扩散，又妨碍溶解过程中聚体大分 子向溶剂中扩散，因此控制超高分子量聚乙烯的溶胀显得尤为重要。溶解是将一定量的超高分子量聚乙烯原料经加热和较长时间保温过程而造 成的热分解。超高分子量聚乙烯在高温与氧气接触宜发生热氧化降解，导致分 子量急剧下降及色泽变黄，避免热氧化降解的发生，是溶解过程中最主要的工 作之一。同时消泡和脱泡也是溶解过程中重要的一环，溶解结束后，纺丝原液 的粘度依然很高，纺丝原液中存在大量的气泡，气泡的存在会使纺出的凝胶丝 条成为气泡丝，导致牵伸时丝条断裂，无法得到性能合格的成品纤维，因此要 对纺丝原液进行脱泡。美国Allied公司专利US4,413，110，日本可乐丽公司的JP.86-73743,中国专 利97106768为代表的现有技术中，多以双螺杆为主要溶解挤出手段，这种方式 存在以下问题1、 双螺杆脉动问题作为过去主要用于塑料行业的双螺杆挤出机，虽然有良 好的混炼效果，但它所特有的脉动特点，在纺丝时压力会产生脉动变化，从而 极大地影响纺丝的稳定性和纺丝质量的下降。2、 高效经济生产问题由于双螺杆的不可能做的无限长，因而，若要提高产 量，就要加快速度或增加其他的辅助溶解手段，而加快速度，就会导致溶液在 螺杆中的停留时间縮短，导致溶解的不足，从而无法制造合格的初生丝。如果 降低溶解的速度，就会大大降低产量，无法实现经济生产。增加其他的溶解手 段，也存在成本增加，控制困难等问题。3、 混炼元件增加带来的问题为保证物料能够经高效混炼达到充分均一化， 必须增加捏合块、反螺纹块以及其他混炼元件的数量，使物料在双螺杆挤出机 中的停留时间加长，但反螺纹块数量加多会影响挤出机的输出能力和机头压力， 更重要的是高分子量聚乙烯原料在螺杆中停留的时间过长，会导致降解过大和 颜色变黄，影响成品纤维的性能。美国Allied公司专利US4,413，110(见图1)，日本可乐丽公司的JP.86-73743(见图2)等专利均采用双螺杆为溶解和挤出方式纺丝，为了弥补双螺杆溶解的 不足，即料液在双螺杆挤出机中的停留时间较为短暂，需增加双螺旋混合器， 高速鼓式混合器，溶解槽等装置，目的是加快溶解的均匀性和溶解效率，从而 获得较大产能，实现经济生产的目地。由于这些辅助的溶解措施，设备复杂， 成本高，难以连续进行，脱泡困难，经溶解后的溶液由于粘度非常大，输送也 是很大的困难。中国专利97106768 (见图3)采用大长径比的双螺杆一次完成从悬浮液到 溶胀、均匀溶解、脱泡、挤出的方案，事实上工业生产过程中双螺杆不可能制 造的特别长，而超高分子量聚乙烯在溶剂中的溶解过程可分为二个阶段溶胀 和溶解。在溶胀阶段，主要表现为溶剂向超高分子量聚乙烯中渗透与扩散，它 是溶解混匀的关键。然而，溶胀是一个缓慢过程，原因在于高结晶的超高分子 量聚合体阻碍了溶剂的渗透。如果混合液在螺杆中停留的时间短，则可能导致 溶胀溶解不足，无法制造高品质的初生丝，如果停留时间太长，则可能导致溶 液的氧化降解，同时也会极大地影响产量，无法达到经济生产。
技术实现思路
分子量聚乙烯均匀溶液的连续溶解和解缠 纺丝装置，依此包括溶胀釜、超高分子量聚乙烯悬浮液储存釜、平行同向双螺 杆挤出机、溶体泵、喷丝板、冷凝池、络筒装置，其特征在于在溶体泵和喷 丝板之间连接有单螺杆挤出机，溶体泵的输出端连接单螺杆挤出机的输入口， 单罈杆挤出机的输出口连接喷丝板，平行同向双螺杆挤出机中的双螺杆为大长 径比，单螺杆挤出机中的单螺杆为小长径比，平行同向双螺杆挤出机中的双螺杆为大长径比为L/D-28 56，单螺杆挤出机中的单螺杆为小长径比为170=7~15。本技术的优点是采用了超高分子量聚乙烯在垸烃类溶剂中进行适度溶胀，制得超高分子量聚乙烯的悬浮液，连续、定量地喂入双螺杆挤出机中完成溶胀、预溶解、脱泡过程，然后通过溶体泵喂入单螺杆挤出机，通过单螺杆挤出机进行快速的溶解，然后加压挤出，经过纺丝组件及冷却，形成合格的絲条，从而更为简捷地实现连续制备均匀的纺丝溶液过程。附图说明图1——图3为现有技术的结构示意图， 图4为本技术的结构示意图，下面结合实例对本技术作详细说明。具体实施方式图4中依此包括溶胀釜1、超高分子量聚乙烯悬浮液储存釜2、平行同向双螺杆挤 出机3、溶体泵4、喷丝板6、冷凝池7、络筒装置8，其特征在于在溶体泵4和 喷丝板6之间连接有单螺杆挤出机5，溶体泵4的输出端连接单螺杆挤出机5的输 入口，单螺杆挤出机5的输出口连接喷丝板6。平行同向双螺杆挤出机3中的双螺 杆为大长径比，单螺杆挤出机5中的单螺杆为小长径比。平行同向双螺杆挤出机 3中的双螺杆为大长径比为170=28~56，单螺杆挤出机5中的单螺杆为小长径比为 L/D=7~15。由于本装置采用大的长径比的平行同向双螺杆挤出机3和小的长径比单螺 杆挤出机5进行组合，因而可以通过双螺杆达到完成溶涨和预溶解及脱泡的目的，然后以较快速度完成均匀的溶解和挤出，具体为(1)将超高分子量聚乙烯悬浮液呈均匀喂入平行同向双螺杆挤出机3，喂 入口的温度不宜过高，以防止喂入口的堵塞；双螺杆螺纹块的运动会使溶液不 断产生很薄的界面，它对气泡排除了提供了很好的条件，在双螺杆的后部迅速 溶提高至解温度，以利于超高分子量聚乙烯溶解所需的能量，使大分子能迅速 地扩散到溶剂中去；以便完成部分溶解，使溶体的粘度迅速提高，增大机头与 输入口的压力差，使其大量的气泡依靠前后的巨大的压差，迅速自动向后通过 排气装置排出。根据相关的专利数据表明当双螺杆机头压力达到20kg/cr^以上，即使溶 液的粘度至5000c.p.，气泡会自然地向压力小的方向(喂入口)运动，并通过 螺纹与螺套之间的间隙从双螺杆挤出机的喂入口排除，双螺杆挤出机机头之间 的诸多部位如过滤器、纺丝组建的压降，适当提高双螺杆挤出机的输出压力 至25 kg/ci^是必要的，将压力控制在25—40 kg/cr^之间均能使纺丝得以顺利 进行。(2)通过单螺杆挤出机5进一步的快速溶解，利用单螺杆具有稳定压力输 出的特点，将得到良好解缠的溶体直接简单地输送到喷丝板，通过纺丝组件和 冷却等装置，可以使纺丝得以迅速顺利进行。本技术以下列实施例予以说明，但本技术的专利保护范围不受实例条件的局限。实施例-将重均分子量为3~5X 105的超高分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
双阶式超高分子量聚乙烯均匀溶液的连续溶解和解缠纺丝装置，依此包括溶胀釜、超高分子量聚乙烯悬浮液储存釜、平行同向双螺杆挤出机、溶体泵、喷丝板、冷凝池、络筒装置，其特征在于：在溶体泵和喷丝板之间连接有单螺杆挤出机，溶体泵的输出端连接单螺杆挤出机的输入口，单螺杆挤出机的输出口连接喷丝板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新，王惠芬，刘华轩，
申请(专利权)人：上海博迪纺织新材料有限公司，常州市恒力机械有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]