专利名称：一种制造超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的方法
技术领域：
本发明涉及聚乙烯纤维凝胶纺丝的制造方法，尤其涉及一种制造超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的方法。
背景技术：
有关超高强度高模量超高分子量聚乙烯纤维的制造，国内外业界迄今为止，基本上仍通过使用超高分子量聚乙烯粉末与溶剂共混后进入双螺杆挤出机内熔融-溶解挤出纺丝细流，再经超倍热拉伸形成纤维。而制备品质均一、大分子有序性良好的纺丝溶液是制备高强高模聚乙烯纤维的前提和基础。目前采用单一的双螺杆挤出方法，高分子溶液在螺杆内经历了短时间高温、大剪切过程，而超高分子量聚乙烯在超过260°C的高温下就会出现明显的降解现象，发生降解后会对纺丝原液的可纺性带来负面的影响，给挤出溶液细流因大分子降解带来可纺性负面的影响，从而降低成品纤维的性能。由此可见，现有技术有待于更进一步的改进和发展。
发明内容
本发明为解决上述现有技术中的缺陷提供一种制造超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的方法，解决在制造超高聚乙烯纤维凝胶纺丝过程中温度过高造成超高分子量聚乙烯降解的技术问题，以提高其分子取向性，增强其强度与韧性。为解决上述技术问题，本发明方案包括一种制造超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的方法，其包括以下步骤A、将质量分数在6% 12%之间、粘均分子量为150万-1000万的超高分子量聚乙烯粉料与溶剂输送到配料乳化釜中进行充分混合得到混合物，该混合物经齿轮输送泵进入喂料釜，喂料釜将混合物送入双螺杆挤出机进行熔融-溶解，得到挤出液；B、上述挤出液经过粗过滤器带压进入单螺杆挤出机，该单螺杆挤出机中单螺杆直径为20mm-150mm，其长径比为20-25，其转速为70转/分-140转/分，该单螺杆挤出机通过三段加热，喂料段温度在180°C -220°C、塑化段温度在200°C _240°C、均化段温度在 2200C -260°C，该单螺杆挤出机的最高挤出温度为240°C ；上述挤出液经单螺杆挤出机处理得到挤出物料；C、将上述挤出物料由熔体增压泵通过精过滤器输送至喷丝板，喷丝板将挤出物料计量挤出并在冷冻水中浸渍得到凝胶初纺丝，将该凝胶初纺丝静止平衡后进行萃取、5 倍-10倍初步拉伸处理，然后再在多段阶梯升温条件下进行3倍-8倍超倍拉伸取向处理， 得到超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝。所述的制造方法，其中，上述步骤A还包括所述双螺杆挤出机的双螺杆直径在 ^mnHMOmm之间，双螺杆的长径比为7_18，双螺杆的各段的温度在140°C _260°C，双螺杆的转速为180转/分-250转/分，双螺杆挤出机的最高挤出温度为260°C。 所述的制造方法，其中，上述喷丝板的孔径为0. 5mm-lmm,孔数为100孔-150孔，喷丝速度为4米/分-10米/分。所述的制造方法，其中，上述步骤C还包括上述冷冻水的温度为10°C _15°C，凝胶初纺丝静止平衡的时间为20小时-30小时，多段阶梯升温的温度为80°C -150°C。所述的制造方法，其中，上述得到超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的取向指数为 95-97，断裂强度为 30cN/dtex-50cN/dtex，模量为 1200/dtex 1400/dtex。本发明提供的一种制造超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的方法，将超高分子量聚乙烯在一定条件下通过双螺杆挤出机进行处理，然后在将其在一定条件下经单螺杆挤出机处理，即完成了超高分子量聚乙烯溶液在低温低剪切条件下，进一步溶解、勻化并提高了超高分子量聚乙烯纤维有序性的过程，为纺丝提供品质更高的溶液细流，解决了现有超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝法工艺过程中，为使分子链超高取向而使用过高温过高剪切力， 从而导致分子链严重降解、螺杆效率低的技术问题，使纺丝温度由原来的^0°C-29(TC，降低为240°C -260°C，挤出液的粘均分子量为320万，而现有技术中的挤出液的粘均分子量为 260万，本发明中挤出液的粘均分子量相比与现有技术提高了 23%，纤维最大喷丝头拉伸比现有技术中的增加了一倍，大大提高了纤维细流的可纺性，提高了其分子取向性，增强了其强度与韧性。
图1是本发明中制造超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的流程示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种制造超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的方法，为了使本发明的目的、技术方案以及优点更清楚、明确，以下将结合附图与实施例，对本发明进一步详细说明。本发明提供了一种制造超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的方法，将超高分子量聚乙烯依次经过双螺杆挤出机以及单螺杆挤出机处理，使超高分子聚乙烯在低温低剪切条件下进行处理，防止了超高分子量聚乙烯在处理过程中发生降解现象，提高了其分子取向性， 增强了其强度与韧性。其具体工艺如图1所示，主要包括步骤a 将质量分数在6% 12%之间、粘均分子量为150万-1000万的超高分子量聚乙烯粉料与溶剂输送到配料乳化釜中进行充分混合得到混合物，其中，溶剂一般采用白矿油、石蜡油或者其混合物；该混合物经齿轮输送泵进入喂料釜，喂料釜将混合物送入双螺杆挤出机进行熔融-溶解，得到挤出液；步骤b 上述挤出液经过粗过滤器带压进入单螺杆挤出机，该单螺杆挤出机中单螺杆直径为20mm-150mm，其长径比为20-25，其转速为70转/分-140转/分，该单螺杆挤出机通过三段加热，喂料段温度在180°C -220°C、塑化段温度在200°C _240°C、均化段温度在220°C -260°C，该单螺杆挤出机的最高挤出温度为240°C ；上述挤出液经单螺杆挤出机处理得到挤出物料；将步骤a处理后的挤出液在一定条件下，再经过单螺杆挤出机进行挤出， 在^KTC条件下制得挤出物料，避免了超高分子量聚乙烯在处理过程中发生降解现象，提高了挤出物料的综合性能。步骤c 将上述挤出物料由熔体增压泵通过精过滤器输送至喷丝板，喷丝板将挤出物料计量挤出并在冷冻水中浸渍得到凝胶初纺丝，将该凝胶初纺丝静止平衡后进行萃取、5倍-10倍初步拉伸处理，然后再在多段阶梯升温条件下进行3倍-8倍超倍拉伸取向处理，得到超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝。为了更进一步提高本发明的性能，步骤a还包括所述双螺杆挤出机的双螺杆直径在^mnHMOmm之间，双螺杆的长径比为7_18，双螺杆的各段的温度在140°C -260°C，双螺杆的转速为180转/分-250转/分，双螺杆挤出机的最高挤出温度为260°C，在一定条件下对超高分子量聚乙烯进行初步处理，为后续步骤提供稳定的挤出液。更进一步的，喷丝板的孔径为0. 5mm-lmm,孔数为100孔-150孔，喷丝速度为4米 /分-10米/分，使超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝更加均勻。更进一步的，上述冷冻水的温度为10°C _15°C，凝胶初纺丝静止平衡的时间为20 小时-30小时，多段阶梯升温的温度为80°C _150°C，使超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝具有高分子取向度，力学性能更优良。通过本发明工艺得到的超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的取向指数为95-97，断裂强度为30cN/dtex_50cN/dtex，模量为1200/dtex 1400/dtex，相较于现有技术中有大幅度提高。为了更进一步描述，则将质量分数在6 12%之间，粘均分子量为150万-1000 万的超高分子量聚乙烯粉料和溶剂充分混合得到混合物，超高分子量聚乙烯粉料与溶剂的质量比为1 2-15，将该混合物通过自动计量方式输送到配料乳化釜中，经齿轮输送泵进入喂料釜内，在双螺杆挤出机内完成初步熔融-溶解得到挤出液，双螺杆挤出机的双螺杆直径在^mnHMOmm之间，螺杆长径比在7_18之间，螺杆各段温度在140°C _260°C之间， 螺杆的挤出速度在180转/分-250转/分，双螺杆挤出机的出口温度最高设定为260°C， 挤出液经过粗过滤器后，带压进入单螺杆挤出机内，单螺杆直径在20mm-150mm之间，单螺杆挤出机的单螺杆长径比在20-25之间，单螺杆转速在70转/分-140转/分之间，物料在单螺杆挤出机中进一步溶解，勻化，并恒温挤出得到挤出物料，单螺杆挤出机的加热段数为三段，即喂料段温度在180°C _220°C、塑化段温度在200°C _240°C、均化段温度在 2200C -2600C )，最高挤出温度设定为240°C，挤出物料再由熔体增压泵通过精过滤器后，由孔径在0. 5mm-l. Omm孔数在100-150孔之间的喷丝板计量挤出；在10°C _15°C的冷冻水浸渍为凝胶初纺丝，喷丝板的喷丝速度4米/分-10米/分，将所收凝胶初纺丝收集静置平衡 20小时-30小时；静止平衡后的凝胶初纺丝经萃取、5-10倍初拉伸后，再经多段阶梯升温 {80°C 150°C }拉伸倍数在3-8倍超倍拉伸取向工艺，得到取向指数为95 97，断裂强度为30cN/dtex 50cN/dtex、模量为1200/dtex 1400/dtex的超高超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种制造超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的方法，其包括以下步骤A、将质量分数在6% 12%之间、粘均分子量为150万-1000万的超高分子量聚乙烯粉料与溶剂输送到配料乳化釜中进行充分混合得到混合物，该混合物经齿轮输送泵进入喂料釜，喂料釜将混合物送双螺杆挤出机进行熔融-溶解，得到挤出液；B、上述挤出液经过粗过滤器带压进入单螺杆挤出机，该单螺杆挤出机中单螺杆直径为20mm-150mm，其长径比为20-25，其转速为70转/分-140转/分，该单螺杆挤出机通过三段加热，喂料段温度在180°C -220°C、塑化段温度在200°C _240°C、均化段温度在 2200C -260°C，该单螺杆挤出机的最高挤出温度为240°C ；上述挤出液经单螺杆挤出机处理得到挤出物料；C、将上述挤出物料由熔体增压泵通过精过滤器输送至喷丝板，喷丝板将挤出物料计量挤出并在冷冻水中浸渍得到凝胶初纺丝，将该凝胶初纺丝静止平衡后进行萃取、5倍-10倍初步拉伸处理，然后再在多段阶梯升温条件下进行3倍-8倍超倍拉伸取向处理，得到超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于上述步骤A还包括所述双螺杆挤出机的双螺杆直径在^mnHMOmm之间，双螺杆的长径比为7_18，双螺杆的各段的温度在 1400C -260°C，双螺杆的转速为180转/分-250转/分，双螺杆挤出机的最高挤出温度为
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于上述喷丝板的孔径为0.5mm-lmm，孔数为100孔-150孔，喷丝速度为4米/分-10米/分。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于上述步骤C还包括上述冷冻水的温度为10°C _15°C，凝胶初纺丝静止平衡的时间为20小时-30小时，多段阶梯升温的温度为 800C -150°C。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于上述得到超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的取向指数为95-97，断裂强度为30cN/dtex-50cN/dtex，模量为1200/dtex 1400/ dtex0
全文摘要
本发明公开了一种制造超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的方法，将超高分子量聚乙烯粉料与溶剂在一定条件下经双螺杆挤出机进行初步处理，得到挤出液；将上述挤出液在一定条件下经单螺杆挤出机进行再次处理，得到挤出物料；将上述挤出物料在一定条件下经喷丝、静止平衡、萃取、初步拉伸、超倍拉伸等工艺，得到超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝。本发明解决了现有超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝法工艺过程中，为使分子链超高取向而使用过高温过高剪切力，从而导致分子链严重降解、螺杆效率低的技术问题，大大提高了纤维细流的可纺性，提高了其分子取向性，增强了其强度与韧性。
文档编号D01D5/098GK102277632SQ20111022387
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者任富忠, 沈文东, 聂海东, 郅立鹏, 陈继朝 申请人:青岛华世洁环保科技有限公司