高强度的超高分子量聚乙烯纤维产品和工艺制造技术

用于超高分子量聚乙烯（UHMWPE）单丝的溶液纺丝的改进工艺，其中在250℃下该UHMWPE在矿物油中的10wt%溶液具有在选定范围内的Cogswell拉伸粘度和剪切粘度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高强度的超高分子量聚乙烯纤维产品和工艺
本专利技术涉及用于制备超高分子量聚乙烯(UHMW PE)单丝的改进的工艺、由此制备的单丝和由这些单丝制备的纱线。
技术介绍
已经制备出的由具有超高分子量的聚乙烯树脂制成的复丝UHMW PE纱线具有高的拉伸性能，例如韧度、拉伸模量和断裂能。例如，复丝“凝胶纺丝”UHMW PE纱线已经由 Honeywell International Inc.制备出来。凝胶纺丝工艺阻止了折叠链分子结构的形成并促进了能够更有效地传递拉伸负荷的伸直链结构。该纱线可以用于各种用途。超高分子量的聚乙烯树脂已经，例如，在日本由Mitsui Chemicals，在欧洲由 Ticona Engineered Polymers 和 DSM,在巴西由 Braskem,在印度由 Reliance 和由中国的至少一个公司制备出来。第一个通过溶液纺丝进行的由UHMW PE树脂生产高强度、高模量纤维的工业化生产是由AlliedSignal于1985年完成的。从那时起在二十余年的工业化纤维生产中，经验表明具有名义上相同的分子特性，例如通过特性粘度测量的平均分子量、分子量分布和短链支化的水平，的UHMW PE树脂可能需以差别极大的方式加工。例如已经发现来自同一供应商的表面上一样的大量UHMW PE树脂的加工差别很大。此外，美国专利号 US5, 032，338中指出并描述了 UHMW PE树脂的粒度和粒度分布对于可加工性能的影响。现有技术中已经描述了高分子量聚合物的几种溶液纺丝方法。例如，美国专利号 US4, 413，110,4, 344，908,4, 430，383和4，663，101中已经描述了高分子量聚乙烯的溶液纺丝，其全部内容通过引用并入本文。此外，大量的研究报告表明了影响纺丝工艺和制得的单丝质量的几个重要参数。例如，B.Kalb 和 A. J. Pennings, J Matl. Sci. 15，2584 洲)，确定了纺丝溶剂的特性、聚合物浓度和纺丝温度是关键参数。A. J. Penningi^PJ. Smook, J. Matl. Sci. 19，3443 (1984), W. Hoogsteen ^,J. Matl. Sci. 23，3467 (1988),取 Smith 等， J. Poly. Sci., Phys .Ed., 20，2等讨论了聚合物分子量和分子量分布的影响。聚乙烯中的支化可以通过结合共聚单体或通过聚合过程中链转移反应的作用来生成。美国专利号US4，430，383中将短共聚单体侧链的数量限定到平均每100个碳原子少于I个侧链，优选每300个碳原子少于I个侧链。美国专利号US6，448，359中限定了短的侧支链的数量可以例如通过结合另一种α -烯烃来制备达到优选每1，000个碳原子少于I 个侧支链和最优选每1，000个碳原子少于O. 5个侧支链。PCT公开号W02005/066401教导了对于结合每1，000个碳原子至少O. 2或O. 3个小侧基的需求。长链支化对于基本上为线性的聚乙烯的某些流变特性的影响已经在很多公开文献中进行了讨论，包括但不限于A Chow等，“Entanglements in Polymer Solutions Under Elongational Flow: A Combined Study of Chain Stretching, Flow Velocimetry and Elongational Viscosity Macromolecules, 21, 250 (1988); P.M. Wood-Adams等,Effect of Molecular Structure on the Linear Viscoelastic Behavior of Polyethylene, Macromolecules, 33，7489 (2000) ; D. Yan 等，Effect of Long Chain Branching on Rheological Properties of Metallocene Polyethylene, Polymer, 40, 1737 (1999);和 P. Wood Adams and S. Costeux, ^Thermorheological Behavior of Polyethylene: Effects of Microstructure and Long Chain Branching, Macromolecules, 34, 6281 (2001)。专利技术概述本专利技术涉及用于制备超高分子量聚乙烯(UHWM PE)单丝的改进工艺，以及由此制备的单丝和由这些单丝制成的纱线。在一个方面，提供了用于制备UHMW PE单丝的工艺，其包括以下步骤a)选择UHMWPE，其在135°C下在十氢萘中测量时具有从约5dl/g到约45dl/g的特性粘度(IV)，其中在250°C下该UHMW PE在矿物油中的10wt%溶液具有按照以下公式的 Cogswell拉伸粘度(λ )Λ 彡 5, 917(IV)0 8 ；b)在升高的温度下将UHMWPE溶解于溶剂中以形成具有从约5wt%到约50wt%的UHMW PE浓度的溶液；c)将该溶液通过喷丝板排出以形成溶液单丝；d)冷却该溶液单丝以形成凝胶单丝；e)从凝胶单丝中去除溶剂以形成含有低于约5wt%的溶剂的固体单丝；f)拉伸所述溶液单丝、凝胶单丝和固体单丝中至少一者到至少10:1的联合 (combined)拉伸比,其中所述固体单丝拉伸到至少2:1的拉伸比。在另一方面，提供了用于制备UHMW PE单丝的工艺，其包括以下步骤a)选择UHMWPE，其在135°C下在十氢萘中测量时具有从约5dl/g到约45dl/g的特性粘度，其中在250°C下该UHMW PE在矿物油中的10wt%溶液具有的Cogswell拉伸粘度(入) 和剪切粘度使得Cogswell拉伸粘度是剪切粘度的至少八倍；b)将该UHMWPE溶解于溶剂中以形成具有从约5wt%到约50wt%的UHMW PE浓度的溶液；c)将该溶液通过喷丝板排出以形成溶液单丝；d)冷却该溶液单丝以形成凝胶单丝；e)从该凝胶单丝中去除溶剂以形成含有低于约5wt%的溶剂的固体单丝；f)拉伸所述溶液单丝、凝胶单丝和固体单丝中至少一者到至少10:1的联合拉伸比，其中所述固体单丝拉伸到至少2:1的拉伸比。在第三个方面，提供了通过本文所述的工艺制备的单丝。还提供了由该单丝制备的纱线。附图简介基于说明和描述的目的，选择了具体的实施例并显示在附图中，由此构成说明书的一部分。图I是纱线韧度针对250 °C下该UHMW PE树脂在矿物油中的10wt%溶液的Cogswell拉伸粘度作图的曲线图；所述纱线由该树脂的溶液纺丝制成。图2是纱线韧度针对250 °C下该UHMW PE树脂在矿物油中的10wt%溶液的 Cogswell拉伸粘度与剪切粘度之比作图的曲线图；所述纱线由该树脂的溶液纺丝制成。专利技术详述本文提供了用于溶液纺丝UHMW PE单丝的工艺，以及由此制备的单丝和由这些单丝制备的纱线，其改善了产品的性能。超高分子量聚乙烯(UHMW PE)单丝和纱线可以广泛用于诸多用途，包括但不限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.30 US 12/7718561.用于制备UHMWPE单丝的工艺，包括以下步骤a)选择UHMWPE，其在135°C下在十氢萘中测量时具有从约5dl/g到约45dl/g的特性粘度(IV)，其中在250°C下该UHMW PE在矿物油中的10wt%溶液具有按照以下公式的 Cogswell拉伸粘度(λ )Λ ≥ 5, 917(IV)0 8 ；b)在升高的温度下将该UHMWPE溶解于溶剂中以形成具有从约5wt%到约50wt%的 UHMW PE浓度的溶液；c)将该溶液通过喷丝板排出以形成溶液单丝；d)冷却该溶液单丝以形成凝胶单丝；e)从该凝胶单丝中去除溶剂以形成含有低于约5wt%的溶剂的固体单丝；f)拉伸所述溶液单丝、凝胶单丝和固体单丝中至少一者到至少10:1的联合拉伸比，其中所述固体单丝拉伸到所述至少10:1的拉伸比中的至少2:1的拉伸比，其中至少2:1是所述固体单丝的拉伸比。2.权利要求I的工艺，其中在250°C温度下所述UHMWPE在矿物油中的10wt%溶液具有至少65，OOOPa-s的Cogswell拉伸粘度。3.权利要求I的工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：TY谭，JA杨，Q周，CJ特沃梅，CR阿尔内特，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：
国别省市：