本发明专利技术涉及一种高强高模聚乙烯纤维的制备方法。其特征在于以二乙苯作为溶剂，将分子量介于150万～800万的超高分子量聚乙烯制成纺丝溶液，超高分子量聚乙烯溶液浓度介于1～50wt％，然后经冻胶纺丝步骤、超倍热拉伸步骤等后处理工序制得断裂强度≥20g/d，弹性模量≥500g/d，纤维单丝纤度≥0.5g/d的高强高模聚乙烯纤维。本发明专利技术有效缩短工艺流程，提高了产品质量，降低了生产成本。
【技术实现步骤摘要】
技术邻域本专利技术涉及。
技术介绍
目前全球高强高模聚乙烯纤维制备工艺主要有二种。一种是以低挥发性的烷烃类作为溶剂(第一溶剂)，如CN1056M4A公开的以煤油作为溶剂、CN1268588A公开的以乳化混合油作为溶剂、CN101525778A公开的以石蜡油作为溶剂、CN102041557A公开的以白油作为溶剂，制得超高分子量聚乙烯溶液，经冻胶纺丝制得冻胶丝，再经较高挥发性的溶剂(第二溶剂例二甲苯、汽油等)进行萃取、干澡制得固态细丝，再经超倍热拉伸制得高强高模聚乙烯纤维。第二种是以高挥发性溶剂制备高强高模聚乙烯纤维，如CN101903573A公开的十氢化萘或四氢化萘作为溶剂，美国Honeywell公司在W02006/073743中也提出以十氢化萘或二氯苯作为溶剂，CN101148783A公开的以二甲苯作为溶剂，制得超高分子量聚乙烯溶液， 再经冻胶纺丝、超倍热拉伸等后处理工艺制得高强高模聚乙烯纤维。
技术实现思路
以低挥发性的烷烃类作为溶剂(第一溶剂)，制备高强高模聚乙烯纤维。因高沸点烷烃类溶剂馏程高，在拉伸干澡过程中难以去除，必须以较低沸点的第二溶剂作萃取剂萃取第一溶剂，也就必须增加萃取工艺，同时产生了大量的第一溶剂和第二溶剂的混合物，又增加了分馏工艺，以便分馏第一、第二溶剂回收再用。由于需增加萃取工艺、干燥工艺及分馏工艺，因而生产成本高；且所制得纤维单丝纤度较高(3. 5g/dtex以上)；再使用石蜡油、 白油、煤油、乳化混合油作溶剂，溶解温度高以上)超高分子量聚乙烯热降解率相比 (十氢化萘作溶剂)较高，及低挥发性第一溶剂很难完全萃取干净，残留成份使所得纤维的耐蠕变性能较差，对最终制得高强高模聚乙烯纤维性能有较大影响。以高挥发性溶剂制备高强高模聚乙烯纤维。十氢化萘或四氢化萘挥发性好可以不经萃取而直接拉伸；作为非线形碳氢溶剂，溶解性好可在较低温度下溶解超高分子量聚乙烯，制取性能优良的高强高模聚乙烯纤维。但十氢化萘或四氢化萘目前在全球只有少数几家公司生产，国内又没有公司生产，溶剂成本太高，不易大量采购。而二甲苯的沸点较低常压137 140°C，溶解温度低于137°C对于重均分子量高于350万的超高分子量聚乙烯难以制得较高溶度、溶解均勻的溶液；又纺丝温度(溶解温度)高于137°C在喷丝口液体细丝易发生液沸，难以制得高品质纤维。而二氯苯毒性较大，而且对水体和大气可造成污染，对生物体可发生生物蓄积。本专利技术的目的是针对现有技术的不足，而提供的一种产品质量好、生产成本低、生产效率高的制备高强高模聚乙烯纤维的方法。其特征是二乙苯作为溶剂，制备超高分子量聚乙烯溶液，超高分子量聚乙烯重均分子量介于150 800万，超高分子量聚乙烯溶液浓度介于1 50wt%。经冻胶纺丝步骤、超倍热拉伸步骤等后处理工序制得高强高模聚乙烯纤维。二乙苯是间二乙苯、邻二乙苯、对二乙苯的混合物。二乙苯沸点低184°C，挥发性好，溶剂残留率低；二乙苯是非线形分子的碳氢溶剂，溶解性好；适合的溶解温度160 175°C，超高分子量聚乙烯热降解率较低，可不经萃取直接制得高品质高强高模聚乙烯纤维。二乙苯是生产乙苯的副产品，溶剂成本低易得。具体步骤是步骤1.制备超高分子量聚乙烯溶液；将溶剂二乙苯、超高分子量聚乙烯、抗氧剂、 增塑剂按一定的质量份混合后溶胀溶解。上述步骤1.具体包括将二乙苯、超高分子量聚乙烯、助剂加入搅拌釜，抽真空后冲入惰性气体，搅拌升温至70 130°C进行溶胀，制得浆料。经齿轮泵定量送入螺杆挤出机进行溶解，溶解温度120 260°C，制得超高分子量聚乙烯溶液。上述步骤1.所述溶剂二乙苯为间二乙苯、邻二乙苯、对二乙苯的混合物；溶剂包括间二乙苯、邻二乙苯、对二乙苯其中一种或两种的混合物；也包括使用间二乙苯、邻二乙苯、对二乙苯其中一种、两种或二乙苯与其它超高分子量聚乙烯已知溶剂的混合物，其它已知溶剂例如十氢化萘、四氢化萘、二甲苯、二氯苯、白油、煤油、石蜡油。最优选的实施方式中，所选择的溶剂是二乙苯，也就是间二乙苯、邻二乙苯和对二乙苯的混合物。制备的超高分子量聚乙烯溶液。上述步骤1.所述超高分子量聚乙烯为重均分子量介于150万 800万，最优选择重均分子量介于300万 500万。超高分子量聚乙烯为线型聚乙烯分子，可以优选每2000 个碳原子含侧基和端基之和至多3个，甚至更少。且其重均分子量和数均分子量的比(Mw/ Mn)，可以优选在5的超高分子量聚乙烯，甚至更低。上述步骤1.所述超高分子量聚乙烯溶液，超高分子量聚乙烯占溶液质量比1 50 %，为了改善加工性能，聚乙烯的摩尔质量越高，优选较低浓度。对于粘均分子量介于300 万 500万，浓度优选4 15wt%。上述步骤1.所述抗氧剂占溶液质量比0. 001 3 %，增塑剂占溶液质量比0 1 %。抗氧剂和增塑剂可以使用已知技术的材料，例抗氧剂1010、抗氧剂168等，增塑剂硬酯酸铝等。上述步骤1.所述溶解温度为了改善加工性能及高强高模聚乙烯纤维性能，最优选溶解温度巧5 175°C，聚乙烯的摩尔质量越高，优选较高温度。步骤2.冻胶纺丝步骤将制备超高分子量聚乙烯溶液(纺丝溶液)在一定的纺丝温度下经多个喷丝孔的喷丝板、空气隙，然后经冷却区域骤冷，通过驱动辊制得冻胶丝。上述步骤2.具体的对于喷丝孔、空气隙中的液体细丝给予一定拉伸比(TRl)进行拉伸，液体细丝拉伸比(TRl)至少1. 1。为了制备冻胶丝，可以使用适用于冻胶纺丝的已知液体细丝拉伸工艺的任意一种，例如TRl大于50、TRl大于100、TRl大于200等。上述步骤2.所述喷丝孔出口面积介于0. 3 13平方毫米。上述步骤2.所述纺丝温度介于110 200°C，优先选择纺丝温度低于溶剂的沸点， 高于超高分子量聚乙烯原料的熔点，防丝温度优先选择介于140 180°C。上述步骤2.所述空气隙是喷丝板至冷却区域部份，空气隙长度介于0. 1 40cm， 优选2 5cm，空气隙的气体是氮气、二氧化碳等惰性气体，空气隙温度介于25 180°C，优选 130 170 。4上述步骤2.所述冷却区域可以是气体或液体，进行气体骤冷或液体浴骤冷，优选气体冷却，气体冷却优选和空气隙相同的气体，冷却温度高于溶剂的熔点，优选冷却温度介于3 20°C。步骤3.超倍热拉伸步骤将制备的冻胶丝引入一定温度的拉伸箱中，并在拉伸中对细丝给予一定拉伸比(TRs)拉伸细丝，制得高强高模聚乙烯纤维。对于冻胶丝中溶剂的去除可以在拉伸之前、期间或之后，通过蒸发的方式去除，然后回收再利用。经步骤2.所述制备的冻胶丝可直接引入拉伸箱，或放置一段时间后再引入拉伸箱。上述步骤3.所述一定温度的拉伸箱，跟据控制温度不同设置成多级拉伸箱，控制温度介于60 160°C，后一级控制温度比前一级控制温度高。上述步骤3.所述每级拉伸中对细丝给予一定拉伸比拉伸细丝，每一级的拉伸比至少1，多级拉伸箱总的拉伸比(TRs = TRsl*TRs2*TRs3…)至少4，TRsl、TRs2、TRs3是对应级数拉伸箱的拉伸比。上述步骤3.所述高强高模聚乙烯纤维，强度在20g/d以上，模量在500g/d以上， 单丝纤度在0. 5g/dtex以上的纤维。具体实施方法以下由实施例进行详细描述，但其权力要求不受所描述的数据、实例所限制。实例本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．生产高强高模聚乙烯纤维的方法，所述方法包括步骤：ａ．在溶剂中制得超高分子量聚乙烯溶液ｂ．冻胶纺丝步骤ｃ．超倍热拉伸步骤所述方法的特征是二乙苯作为溶剂，将重均分子量介于１５０～８００万的超高分子量聚乙烯制得浓度介于１～５０ｗｔ％溶液，经冻胶纺丝步骤、超倍热拉伸步骤后处理工序制得高强高模聚乙烯纤维。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：金云良，
申请(专利权)人：金云良，
类型：发明
国别省市：33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。