专利名称：制备超高分子量聚乙烯纺丝溶液的设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属制备超高分子量聚乙烯(M＞1×10＾6)和普通高聚合物冻胶纺丝溶液用设备。
超高分子量聚乙烯一般是指分子量平均在细纤维100万以上的聚乙烯。随着科学技术的发展，工程技术界包括军事方面在内，对特种纤维的需求都在不断地增加，各种特种纤维被不断的开发出来。超高分子量聚乙烯纤维是继高性能碳纤维、芳纶纤维之后，近年来新开发的又一种高性能纤维。纺制UHWM－PE纤维的传统方法是冻胶纺丝法，即将超高分子量聚乙烯在溶解釜中溶于易挥发溶剂中(如十氢化萘)，制成溶液，然后纺丝。由于十氢化萘价格高，且回收需要一套复杂精密的设备，成本高，所以许多公司均改用其他相对不易挥发的物质如煤油、石蜡油等为溶剂。但是由于超高分子量聚乙烯分子量大、弹性效应显著，给传统的釜式制备超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液带来了很多困难，尤其是因粘度大、法向效应显著，在搅拌轴附近因“爬杆现象”而聚集料块，随轴一起转动，不但影响体系的热传递，同时也阻碍了聚乙烯的充分溶解，即使进一步升温或延长搅拌时间，也很难得到高质量的浓度均一可纺性能好的聚乙烯纺丝溶液。为克服上述缺陷，当前较常用的方法有二种一种方法［以美国家ALLIED公司为代表(U.S.4413110)］是先用溶剂将固体聚合物充分溶胀，然后输入到一混料器中混合，再进入双螺杆挤出机挤出纺丝；另一种方法［以日本三井石化公司为代表(公特昭62－257414)］是将溶剂与物料混合均匀后直接注入双螺杆挤出机溶解纺丝。
上述方法虽然效果比较好，但是存在有溶解工艺复杂、设备投资大的问题。如何在普通高聚合物溶解工艺的基础上，作到既不使溶解工艺复杂又不使设备费用投资过大并能获得高质量的超高分子量聚乙烯冻胶纺丝溶液，是目前本技术领域中人们广泛关注的一个问题。
本实用新型的目的在于提供一种既能克服超高分子量聚乙烯冻胶纺丝溶液制备过程中出现的爬杆现象又不使投资过大并且又能获得高质量均质溶液的设备。
本实用新型的设备的结构特点与参数为制备超高分子量聚乙烯冻胶纺丝溶液用的溶解釜，其内部设置的搅拌器(J)为一复式螺旋带式搅拌器，该搅拌器轴(1)上的螺旋叶(2)为复式螺旋状，搅拌器直径(Dj)与溶解釜内径(Dn)符合如下关系式Dj＝(0.85－0.95)Dn螺距(T)与搅拌叶高(H)符合如下关系式H＝(1－1.5)T搅拌叶宽(B)与搅拌器直径(Dj)符合如下关系式B＝0.1Dj搅拌叶宽(B)与搅拌叶厚(A)符合如下关系式A＝(0.1－0.15)B搅拌叶螺纹数(S)＝2－3设定转速(N)＝30－90r.p.m.
根据以上参数确定的复式螺旋带式搅拌器，与普通高聚物溶解釜中采用的锚式搅拌器相比，强化了釜内物料的传递过程，使物料在处于圆周运动的同时，受到沿搅拌轴向上或向下(视转动方向而定)的推动力，可抵消或增强因法向应力效应造成的″爬杆″现象。另外，这种搅拌装置的直径与釜体内径接近，以保证溶解过程中的″刮壁″作用，从而强化传热，缩短溶解时间。
该溶解釜体的结构外形与普通高聚物溶解釜相似，在溶解釜壁(3)周围设置加热保温层(4)，在其底部设有出料孔(7)，在溶解釜盖(8)上设置进出气阀(5)和进料阀(6)。
由于本实用新型设计科学合理，实践表明，本实用新型在进行制备超高分子量聚乙烯冻胶纺丝溶液时，不仅具有能很好地消除以往超高分子量聚乙烯冻胶纺丝溶液制备过程中因“法向效应”引起“爬杆现象”的缺陷，而且具有能使溶液浓度均一，质量好，省时、简化工艺、设备费投入小等优点，同时也能有效地适用于其他高分子聚合物的搅拌溶解。该实用新型被认为是目前国内外解决超高分子量聚乙烯及其他高聚物冻胶溶液制备的最好设备。
以下结合附图
对本实用新型作一说明。
附图一是复式螺旋带式溶解釜的示意图图中1.搅拌轴，2.螺旋搅拌叶，3.釜壁，4.加热保温层，可按需要进行加热保温，5.进出气阀，6.进料口，7.出料口，8.溶解釜盖。
附图二是按照前述关系式加工制作的复式螺旋带式搅拌器示意图。
图二中A是搅拌叶厚，B是搅拌叶宽，Dj是搅拌器直径，H是搅拌叶高。
下面结合实施例对本实用新型作进一步的说明将超高分子量聚乙烯(平均分子量200万，北京助剂二厂产品)和溶剂煤油投入本发明的溶解釜中，聚合物含量5wt％，启动加热保温层(4)加热，正向开启搅拌器(J)搅拌，逐渐升温达120℃溶胀，待体系温度升到150℃后，令搅拌器(J)每隔30分钟改变搅拌方向一次，达170℃后，继续溶解1.5小时，最后体系温度达178℃，溶解时间共计4小时。脱泡后，连续纺丝达一小时。继之，萃取、干燥后，最大拉伸倍数可达40－50倍，纤维强度达25gd。
比较例采用普通锚式搅拌器，物料组成与含量，溶解工艺匀与实施例相同，脱泡后连续纺丝20分钟后，就因纺丝溶液浓度不均匀而引起断头。萃取、干燥后最大拉伸倍数为25－32倍，纤维强度为17gd。
权利要求1.一种由溶解釜盖(8)、溶解釜壁(3)、加热保温层(4)组成的制备超高分子量聚乙烯纺丝溶液的设备，其特征在于设备内部的搅拌器为复式螺旋带式搅拌器(J)，该搅拌器(J)由复式螺旋状的螺旋叶(2)及搅拌轴(1)组成，搅拌器直径(Dj)与溶解釜内径(Dn)及搅拌叶高(H)与螺距(T)、搅拌叶螺纹数(S)、转速(N)符合如下参数要求Dj=(0.85-0.95)DnT=DjH=(1-1.5)TS=2-3N=30-90 r.p.m.Dj---搅拌器直径Dn---溶解釜内径H---搅拌叶高T---螺距S---搅拌叶数N---转速
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于搅拌器(J)的螺旋搅拌叶(2)的宽度B＝0.1Dj，搅拌叶厚A＝(0.1－0.15)B，溶解釜盖(8)上有进料孔(6)和进出气阀(5)，溶解釜底部设置有出料孔(7)。
专利摘要一种供制备超高分子量聚乙烯及高聚合物冻胶纺丝溶液用设备。设备投资小，便于制作，使用方便。其特征在于溶解釜内设置的搅拌器为复式螺旋带式搅拌器，溶解釜体周围设置有加热保温层，溶解釜的盖上设置有进出气孔和进料孔，溶解釜底部设置有出料孔，在制备溶液过程中能有效地克服通常因法向效应引起的爬杆现象，所得溶液浓度均匀，纺丝强度大。
文档编号D01D1/00GK2173792SQ9324482
公开日1994年8月10日 申请日期1993年11月20日 优先权日1993年11月20日
发明者王永成, 肖长发, 唐世君, 安树林, 杨廷欣, 贾广霞, 张宇峰 申请人:中国人民解放军总后勤部军需装备研究所