本发明涉及高分子材料制备技术领域，具体为一种超高分子量聚乙烯扁平丝及其制备方法。
背景技术
高分子量聚乙烯是分子量150万以上的无支链的线性聚乙烯，热变形温度为85摄氏度，熔点为130-136摄氏度，很难加工，并且具有超强的耐磨性、自润滑性，强度比较高、化学性质稳定、抗老化性能强，高分子量聚乙烯作为一种线型结构具有优异综合性能的热塑性工程塑料，被广泛应用于凝胶纺丝和增塑纺丝的原材料中，高分子量聚乙烯经特殊加工制成的扁平丝是的截面为扁平状的新型维卡纤维，它集中了普通维卡纤维和麻纤维的优良性能，织物滑爽、手感弹柔，富含立体感和舒适宜人，并具有吸湿和散热快、更易于染色的特点。
现有的超高分子量聚乙烯扁平丝的制备过程中，物料很难溶解均匀，导致高分子量聚乙烯的末端缺陷较大，超高分子量聚乙烯之间缠结多，而且冻胶丝条凝固时，溶剂容易扩散，冻胶丝条能够超倍拉伸的倍数小，影响制备出的扁平丝的强度和模量。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种超高分子量聚乙烯扁平丝及其制备方法，解决了物料很难溶解均匀，导致高分子量聚乙烯的末端缺陷较大，超高分子量聚乙烯之间缠结多，和冻胶丝条凝固时，溶剂容易扩散，冻胶丝条能够超倍拉伸的倍数小，影响制备出的扁平丝的强度和模量的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超高分子量聚乙烯扁平丝及其制备方法，所述超高分子量聚乙烯扁平丝及其制备方法包括以下步骤：
第一步：物料准备
将超高分子量聚乙烯、辅料和加工助剂进行混合，超高分子量聚乙烯分子量为200万-1000万，超高分子量聚乙烯、辅料和加工助剂的重量配比为：超高分子量聚乙烯的含量为50％-84％，辅料的含量为15％-45％，加工助剂的含量为1％-5％；
第二步：冻胶制备
选择一个合适的溶解釜，将超高分子量聚乙烯、辅料和加工助剂混合配置的物料加入到溶解釜中，同时加入200质量的水和20质量的矿物油，配制5%-6%浓度的高聚物溶液，然后启动溶解釜的搅拌功能进行搅拌，进行搅拌混合，在130摄氏度搅拌下先溶胀40分钟，然后转移至捏合机中在180摄氏度下搅拌1小时，使溶液呈透明状，溶解即完成，将溶解后的溶液压入脱泡釜中，抽真空脱泡，脱泡1小时后出料，所得产物经水浴冷却形成冻胶原液，脱泡釜在180摄氏度下保温；
第三步：制备冻胶丝条
超高分子量聚乙烯配制成浓度为5%-6%的冻胶原液定量喂入双螺杆挤出机，挤出机直径25mm，l/d=64，温度控制在250摄氏度，螺杆挤出机转速40rpm，挤出物经过滤器箱体到计量泵被计量后从具有长方形喷丝孔的喷丝板喷出，长方形喷丝孔的长宽比为1:2，喷丝板喷出的冻胶原液进入凝固浴中冷却凝固后成形为冻胶丝条；
第四步：萃取干燥
将冻胶丝条在二甲苯中进行萃取，萃取温度为50摄氏度，时间为30分钟，二甲苯体积ml与冻胶丝条质量g之比为70:1，萃取完成后的丝条置于通风橱中自然干燥24小时，去除冻胶制备过程中的矿物油；
第五步：加热拉伸
将干燥后的冻胶丝条在110摄氏度下进行超倍拉伸，拉伸倍数为60倍，最后得到超高分子量聚乙烯扁平丝成品纤维。
优选的，所述辅料由3份硫粉、2份润滑剂、0.5份滑石粉、5份石墨和13份羟基硅灰石组成，所述加工助剂为偶联剂、抗氧化剂、流动改性剂或它们中任意二者的混合物或它们三者的混合物。
优选的，所述向溶解釜中加入200质量的水的步骤分为两次，第一次溶解釜中加入50质量的冷水，然后用搅拌杆缓慢进行搅拌，将超高分子量聚乙烯、辅料和加工助剂混合配置的物料充分湿透，然后再倒入150质量的热水，再进行搅拌，直至超高分子量聚乙烯、辅料和加工助剂混合配置的物料完全被溶化。
优选的，所述向溶解釜中加物料时，应缓慢加物料，同时加物料时要均匀撒入溶解釜中，搅拌为每分钟100转。
优选的，所述喷丝孔与凝固浴之间的距离为5厘米，冻胶原液自喷丝孔喷出以后，先经过5厘米的空气层，再进入凝固浴中冷凝成形，凝固浴采用室温冷水，冷凝浴中加入少量的表面活性剂，以防冻胶丝条之间粘结。
优选的，所述冷凝成形的冻胶丝条经过导丝辊后收集在桶中，以便下一步的萃取干燥，导丝辊的通过外接电机以每分钟200转的转速转动。
优选的，所述加热拉伸需要的步骤分为三次，第一次拉伸在90摄氏度下进行，拉伸倍数为15至20倍，第二次拉伸在110摄氏度下进行，拉伸倍数为2至3倍，第三次拉伸在110摄氏度下进行，拉伸倍数为2至3倍。
优选的，所述冻胶丝条在热拉伸处理机上进行超倍拉伸，热拉伸处理机在使用前需要调节好热拉伸处理机的温度和前后导辊的线速度，所述前导辊的线速度为1米每分钟，后导辊的线速度为5米每分钟。
有益效果如下：
（1）该超高分子量聚乙烯扁平丝及其制备方法，通过溶解釜和捏合机配合搅拌的作用，防止物料全部堆积在一起，无法在水中溶解，物料溶解不均匀，导致高分子量聚乙烯的末端缺陷较大，超高分子量聚乙烯之间缠结多，通过脱泡釜真空脱泡的作用，防止物料融合不充分，导致超高分子量聚乙烯之间缠结多，冻胶丝条能够超倍拉伸的倍数小，影响制备出的扁平丝的强度和模量。
（2）该超高分子量聚乙烯扁平丝及其制备方法，通过凝固浴的冷却凝固作用，可以保证凝固时溶剂基本不扩散，几乎全部滞留在冻胶丝条中，保证冷却凝固工序中只发生热量交换而无质的交换，从而保持溶液中大分子的缠结状态，使拉伸工序得到高取向、高结晶的高强度高模量超高分子量聚乙烯扁平丝。
具体实施方式
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种超高分子量聚乙烯扁平丝及其制备方法，超高分子量聚乙烯扁平丝及其制备方法包括以下步骤：
第一步：物料准备
将超高分子量聚乙烯、辅料和加工助剂进行混合，超高分子量聚乙烯分子量为200万-1000万，超高分子量聚乙烯、辅料和加工助剂的重量配比为：超高分子量聚乙烯的含量为50％-84％，辅料的含量为15％-45％，加工助剂的含量为1％-5％，辅料由3份硫粉、2份润滑剂、0.5份滑石粉、5份石墨和13份羟基硅灰石组成，加工助剂为偶联剂、抗氧化剂、流动改性剂或它们中任意二者的混合物或它们三者的混合物；
第二步：冻胶制备
选择一个合适的溶解釜，将超高分子量聚乙烯、辅料和加工助剂混合配置的物料加入到溶解釜中，同时加入200质量的水和20质量的矿物油，配制5%-6%浓度的高聚物溶液，然后启动溶解釜的搅拌功能进行搅拌，进行搅拌混合，在130摄氏度搅拌下先溶胀40分钟，然后转移至捏合机中在180摄氏度下搅拌1小时，使溶液呈透明状，溶解即完成，将溶解后的溶液压入脱泡釜中，抽真空脱泡，脱泡1小时后出料，所得产物经水浴冷却形成冻胶原液，脱泡釜在180摄氏度下保温，向溶解釜中加入200质量的水的步骤分为两次，第一次溶解釜中加入50质量的冷水，然后用搅拌杆缓慢进行搅拌，将超高分子量聚乙烯、辅料和加工助剂混合配置的物料充分湿透，然后再倒入150质量的热水，再进行搅拌，直至超高分子量聚乙烯、辅料和加工助剂混合配置的物料完全被溶化，向溶解釜中加物料时，应缓慢加物料，同时加物料时要均匀撒入溶解釜中，搅拌为每分钟100转；
第三步：制备冻胶丝条
超高分子量聚乙烯配制成浓度为5%-6%的冻胶原液定量喂入双螺杆挤出机，挤出机直径25mm，l/d=64，温度控制在250摄氏度，螺杆挤出机转速40rpm，挤出物经过滤器箱体到计量泵被计量后从具有长方形喷丝孔的喷丝板喷出，长方形喷丝孔的长宽比为1:2，喷丝板喷出的冻胶原液进入凝固浴中冷却凝固后成形为冻胶丝条，喷丝孔与凝固浴之间的距离为5厘米，冻胶原液自喷丝孔喷出以后，先经过5厘米的空气层，再进入凝固浴中冷凝成形，凝固浴采用室温冷水，冷凝浴中加入少量的表面活性剂，以防冻胶丝条之间粘结，冷凝成形的冻胶丝条经过导丝辊后收集在桶中，以便下一步的萃取干燥，导丝辊的通过外接电机以每分钟200转的转速转动；
第四步：萃取干燥
将冻胶丝条在二甲苯中进行萃取，萃取温度为50摄氏度，时间为30分钟，二甲苯体积ml与冻胶丝条质量g之比为70:1，萃取完成后的丝条置于通风橱中自然干燥24小时，去除冻胶制备过程中的矿物油；
第五步：加热拉伸
将干燥后的冻胶丝条在110摄氏度下进行超倍拉伸，拉伸倍数为60倍，最后得到超高分子量聚乙烯扁平丝成品纤维，加热拉伸需要的步骤分为三次，第一次拉伸在90摄氏度下进行，拉伸倍数为15至20倍，第二次拉伸在110摄氏度下进行，拉伸倍数为2至3倍，第三次拉伸在110摄氏度下进行，拉伸倍数为2至3倍，冻胶丝条在热拉伸处理机上进行超倍拉伸，热拉伸处理机在使用前需要调节好热拉伸处理机的温度和前后导辊的线速度，前导辊的线速度为1米每分钟，后导辊的线速度为5米每分钟。
工作原理：该超高分子量聚乙烯扁平丝及其制备方法，通过冻胶制备工序，可以制备良好的冻胶原液，从而保证物料溶解均匀，防止物料全部堆积在一起和物料融合不充分，超高分子量聚乙烯之间缠结多，通过制备冻胶丝条工序，可以制备均匀的冻胶丝条，保持溶液中超高分子量聚乙烯缠结状态，通过萃取干燥工序，可以去除冻胶丝条中的溶剂，通过加热拉伸工序，最后得到高取向、高结晶的高强度高模量超高分子量聚乙烯扁平丝。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。