专利名称：一种超高分子量聚乙烯连续溶解纺丝新方法
一种超高分子量聚乙烯连续溶解纺丝新方法 连续溶解超高分子量聚合物的纺丝新方法。本发明涉及一种超高分子量聚 乙烯连续溶解纺丝新方法。
超高分子量聚乙烯冻胶紡丝一超拉伸技术制备高强度、高模量聚乙稀纤维
自荷兰DSM公司于1979年申请专利，目前己在荷兰、日本、美国、中国都实 现了工业化生产。并各自取得了生产超高分子量聚乙烯纤维的工艺专利。
超高分子量聚乙烯冻胶纺丝主要步骤简叙如下将超高分子量聚乙烯加入 合适的溶剂中搅拌溶解制成溶液，溶液由螺杆挤压机挤出，经喷丝孔成型，然 后冷却、萃取、干燥超倍拉伸，最终获得成品纤维。其中得到溶解均匀的高聚 物溶液是关键。超高分子的尺寸庞大，大分子之间存在相互缠结可提高纤维的 可拉伸倍率得到高取向，使纤维达到高强度高模量。纤维的强度和模量随聚合 体的分子质量提高而增加。但是高聚物中过多而强的大分子间缠结引起的各种 粘弹性效果使得溶解变得复杂得多，缠结引起的粘弹性在搅拌时会产生韦森堡 效应(爬杆现象)。随着分子量的增加、聚合物浓度的提高和搅拌速度的加快， 韦森堡效应愈发明显，要制成均匀的溶液愈加困难。高聚物样品和低分子溶剂两 者间分子量相差悬殊。高分子链很长，不易移动。高分子与低分子溶剂相接触 初期高分子不会向溶剂中扩散。如果采用常规的溶解方法高聚物粉末很容易结 团或因溶剂的不完全渗透而形成凝胶块。为此一些专利提出了多种解决方法， 例欧洲专利EP0255618中提到使用经过加氢处理的煤油，再经过精馏分离，得 到不含萘和联苯的沸点在180 250摄氏度的烃混合物再和超高分子量聚乙烯、 十氢萘，在135摄氏度下，搅拌数小时得到聚乙烯溶液。聚乙烯溶液的浓度不大于50%。日本专利JP59232123中提到先将超高分子量聚乙烯和少量溶剂混合 数分钟后加热，并在搅拌的情况下不断加入溶剂，最终制得溶液。日本专利昭 63-15838中提到的实例中，煤油分馏部分催化加氢后制成的溶剂中加入抗氧剂 和聚乙烯后，在140摄氏度下搅拌3小时后溶解，生成重量百分比为10%的超 高分子量聚乙烯溶液。也有解决这一问题的方法是将溶解分解为溶涨再溶解两 个过程。专利970106768中提到它是以垸烃类溶剂在其相应的条件下进行适度 溶涨，制得超高分子量聚乙烯的悬浮液。专利97101010提出了装有新型搅拌器 挡板的预溶涨釜，使粉状超高分子量聚合物预溶涨制得悬浮溶液，这是为了避 免溶解搅拌时高分子量聚乙烯的爬杆现象。专利20041009607615超高分子量聚 乙烯溶液的连续配制混合方法，提出了采用静态混合器和短长径比螺杆连续配 制混合超高分子量聚乙烯溶液。DSM公司CN85107352A提供了一个连续制备 高分子聚合物均匀溶液的方法，包括把细碎的高聚物和溶剂引入螺杆压出机内， 而悬浮液和溶液都是在压出机内部形成的，操作温度保持在溶解温度以上。其 机械剪切速度约为30 2000秒—1 ，该方法会破坏超高分子量聚乙烯的分子链， 降低分子量。
本发明的新方法是将超高分子量聚乙烯粉末和溶剂按比例注入解缠釜内， 在溶剂中高剪切使超高分子量聚乙烯大分子之间适度解缠，形成均一乳液状混 和液，然后乳液状混和液通过储料罐边搅拌边定量喂入螺杆挤出机通过混合输 送器，经喷丝孔成型挤出纺丝。本发明省时省力省成本，操作简单，能溶解分 子质量300-600万及以上的聚合体，超高分子量聚乙烯和溶剂的公称浓度为 1-50%(质量)，溶解更为均匀。以下通过实例说明本发明的方法，但本发明不仅限于此。 实例1
超高分子量聚乙烯(相对平均分子质量550万)，溶剂白油(70#)在室温下 将上述聚乙烯和白油按公称浓度为10%(重量)分别注入解缠釜内，氮气保护下 剪切5分钟，剪切速度3000秒—1 ,得到均一乳液状混和液输入储料罐边搅拌边 定量喂入双螺杆挤出机，通过直径65mm的混合输送器。挤出机直径 65mm，L/D=(24)，温度控制在260QC，螺杆挤出机转速75rpm，挤出物经过滤器 箱体到计量泵被计量后从喷丝孔喷出，然后入水浴经处理后萃取干燥超倍拉伸， 拉伸总倍数为40，得到的纤维强度达到30cN/dtex，模量在1000cN/dtex以上。
实例2
超高分子量聚乙烯(相对平均分子质量550万)，溶剂白油(70#)在室温下 将上述聚乙烯和白油按公称浓度为12%(重量)分别注入解缠釜内，氮气保护下 剪切5分钟，剪切速度2000秒—'，得到均一乳液状混和液输入储料罐边搅拌边 定量喂入双螺杆挤出机，通过直径60mm的混合输送器。挤出机直径65mm， L/D气24)，温度控制在260V。螺杆挤出机转速80rpm.挤出物经过滤器箱体到计 量泵被计量后从喷丝孔喷出，然后入水浴经处理后萃取干燥超倍拉伸，拉伸总 倍数为40，得到的纤维强度达到32cN/dtex，模量在1000cN/dtex以上。
实例3
超高分子量聚乙烯(相对平均分子质量570万)，溶剂白油(90#)在室温下 将上述聚乙烯和白油按公称浓度为8% (重量)分别注入解缠釜内，加入0.2%抗 氧剂(1076)，氮气保护下剪切5分钟，剪切速度2000秒—1，得到均一乳液状混和液输入储料罐边搅拌边定量喂入双螺杆挤出机，通过直径70mm的混合输送器。 挤出机直径65mm，L/D气24)，温度控制在270eC，螺杆挤出机转速85rpm。挤出 物经过滤器箱体到计量泵被计量后从喷丝孔喷出，然后入水浴经处理后萃取干 燥超倍拉伸，拉伸总倍数为40，得到的纤维强度达到30cN/dtex，模量在 1000cN/dtex以上。 实例4
超高分子量聚乙烯(相对平均分子质量600万)，溶剂白油(卯#)在室温下 将上述聚乙烯和白油按公称浓度为10% (重量)分别注入解缠釜内，氮气保护 下剪切10分钟，剪切速度2000秒—1，得到均一乳液状混和液输入储料罐，边搅 拌边定量喂入双螺杆挤出机，通过直径75rmn的混合输送器。挤出机直径 65mm,L/D=(24)，温度控制在260aC，螺杆挤出机转速70rpm。挤出物经过滤器 箱体到计量泵被计量后从喷丝孔喷出,然后入水浴经处理后萃取千燥超倍拉伸， 拉伸总倍数为40，得到的纤维强度达到32cN/dtex，模量在1050cN/dtex以上。
权利要求
1.一种超高分子量聚乙烯连续溶解纺丝新方法其包括将超高分子量聚乙烯粉末在适当的溶剂中在解缠釜内，氮气保护下通过高剪切适度解除大分子间的缠结，形成均一乳液状混和液，然后乳液状混和液在常压下通过储料罐边搅拌边定量喂入螺杆挤出机，通过混合输送器，形成透明均一的溶液，经过滤器、箱体到计量泵被计量后从喷丝孔喷出，然后入水浴经处理后萃取干燥超倍拉伸，得到高强度高模量的纤维、管材或膜。
2. 按照权利要求1所述方法溶剂在室温时是液体，可以是烷烃、环烷烃、芳香烃，或者 是烷烃\环垸烃\芳香烃的衍生物，或者是它们中的任何一种的混和物。
3. 按照权利要求1所述方法超高分子量聚乙烯和溶剂的公称浓度为1-50%(质量)，特别是 8陽15%。
4. 按照权利要求l所述方法解缠釜内同时可加入抗氧剂、稳定剂、染色剂、阻燃剂中的 一种或几种助剂。
5. 按照权利要求l所述方法超髙分子量聚乙烯相对平均分子质量至少为100万，特别是在300-600万及以上。
6. 按照权利要求l所述方法使用的可以是单螺杆、双螺杆、三螺杆、四螺杆中的任何一种。
7. 按照权利要求l所述方法:螺杆挤出机后联接一混合输送器,可以是螺杆、磨盘、捏合机、 搅拌器、管道混合器中任何一种或它们的组合。
8. 按照权利要求l所述方法螺杆挤出机的工作温度应保持在80-29(TC温度范围内。
9. 按照权利要求l所述方法解缠釜能提供至少1000秒"的剪切速度，可以是搅拌器、胶 体磨、均质器、文氏管、管道混合器中任何一种或它们的组合。
全文摘要
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯连续溶解纺丝新方法，属高分子材料制备技术领域。超高分子量聚乙烯粉末在适当的溶剂中通过高剪切适度解除大分子间的缠结，形成均一乳液状混和液，然后乳液状混和液通过储料罐边搅拌边定量喂入螺杆挤出机，挤出到混合输出器形成透明均一的溶液，经过滤器、箱体到计量泵被计量后从喷丝孔喷出，然后入水浴经处理后萃取、干燥、超倍拉伸，得到高强度高模量的纤维。本发明省时省力省成本，能溶解分子质量300-700万及以上的聚合体，超高分子量聚乙烯和溶剂的公称浓度为1-50％(质量)，溶解更为均匀。
文档编号D01D5/00GK101608344SQ20081003921
公开日2009年12月23日 申请日期2008年6月19日 优先权日2008年6月19日
发明者刘兆峰, 胡盼盼 申请人:胡盼盼;刘兆峰