纺丝液的制备方法与流程

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种纺丝液的制备方法。

背景技术：

1、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)纤维因比重小、比强度和比模量大等优异性能，广泛的应用于航空航天、汽车外壳、船舶船舱和风电叶片等多个领域。由于其优异的综合性能，市场的需求不断增加，而随着当今科技的飞速发展，超高分子量聚乙烯纤维引起了许多研究者的关注。uhmwpe纤维经凝胶纺丝法制备，其比强度是同等截面钢丝的十多倍，是所有纤维中最高的，而比模量仅次于碳纤维。因此，它与碳纤维和芳纶一起并称为世界三大高性能纤维。目前，uhmwpe纤维已经被用于多个领域，如防弹头盔、防刺手套、体育用品与高强缆绳等。

2、干喷湿冷纺丝新技术所生产的高性能聚乙烯纤维，性能指标及纤维品质均已达到世界先进水平，在近两年的新技术开发、产品的试制过程中，还存在不少优化空间，可以进行开发优化改进。干喷湿冷纺丝新技术制备高性能聚乙烯纤维的工业化实施，将进一步加强我国在该纤维制备领域关键技术的突破。而纺丝过程的关键设备改进，工艺过程及操作参数的优化，可大大降低该技术工业化应用过程纤维的生产成本。

3、制造超高分子量聚乙烯纺丝液是一项复杂的技术工作。制造高浓度纺丝冻胶液其难度更大。主要是生产周期长，产量低使高强纤维的成本变得很高。在以往的技术中，为了得到均匀的纺丝溶液，就要将聚合物同时用几个搅拌釜分阶段混合相当长的时问进行预溶胀和溶胀，再将其放入一个温度接近其分解温度的溶解釜中升温溶解，由于溶液粘度急剧增加，溶液中易混入气泡，使不溶分子团与气泡构成不均匀溶液；另外一个很难克服的现象是，当搅拌温度升至能使聚合物充分溶胀后，粘稠物会粘附在搅拌杆上，产生“爬杆效应”，至使搅拌无法进行。在以往的技术中解决上述工艺问题，通常的技术是采用更高温度长时问强力搅拌，由于热降解，结果使聚合物分子量大幅度降低，溶液端基浓度增高，牵伸生产出的纤维强度模量严重下降，断头率高，生产连续性差。目前工艺路线的溶胀时间约为3-5h左右，耗时长，能耗高，投资高，制约产能提升空间。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的溶胀时间长、能耗高的问题，提供一种纺丝液的制备方法，该纺丝液的制备方法具有溶胀时间短、能耗低的优势。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种纺丝液的制备方法，该方法包括：在微波条件下将成聚乙烯原料、微波吸收剂、助剂和溶剂混合。

3、优选地，所述混合的方式为先将溶剂预热，再加入聚乙烯原料、微波吸收剂和助剂进行混合。

4、优选地，所述预热的条件包括：预热温度为40-120℃，优选为65-85℃。

5、优选地，该方法包括：

6、(1)将溶剂打入溶胀釜中预热；

7、(2)再将聚乙烯原料、微波吸收剂、抗氧剂投入上述溶胀釜；

8、(3)微波条件下混合制备成纺丝液。

9、优选地，所述溶胀釜包含外壳和由外壳围绕形成的腔体，设置于所述腔体内的套筒和搅拌桨，紧贴设置于所述外壳的伴热保温套，以及位于外壳外部用于驱动所述搅拌桨的电机和位于外壳底部的微波发生器；

10、优选地，所述伴热保温套设置有加热棒并且通有保温介质，优选所述保温介质为导热油；

11、优选地，所述的搅拌桨为弧状搅拌桨；

12、优选地，所述搅拌桨与水平呈10°-20°夹角。

13、优选地，所述微波条件包括：微波频率为2.0-8.0ghz，优选为2.0-6.0ghz。

14、优选地，所述聚乙烯原料为超高分子量聚乙烯，优选所述聚乙烯的粘均分子量为100-1000万。

15、优选地，所述超高分子量聚乙烯的粘均分子量为400-600万。

16、优选地，所述微波吸收剂选自石墨烯、改性聚乙烯粉末和碳化硅中的至少一种。

17、优选地，所述助剂包含抗氧剂，更优选所述抗氧剂选自β-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯基)丙酸十八酯、三(壬基酚)亚磷酸酯、三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苄基)异氰脲酸酯、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、硫代二丙酸双十二烷酯和三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种。

18、优选地，所述溶剂选自十氢萘、四氢萘、正庚烷、正己烷、环己烷中的至少一种，优选为十氢萘。

19、优选地，所述混合的条件包括：温度为40-120℃，优选为70-85℃；和/或将混合时间为0.1-1h，优选为0.15-0.30h。

20、优选地，以原料重量100％计，所述聚乙烯原料的用量为5-9wt％，助剂的用量为0.5-0.9wt％，微波吸收剂的用量为0.03-0.3wt％，余量为溶剂。

21、优选地，以原料重量100％计，聚乙烯原料的用量为6-7wt％，助剂的用量为0.6-0.8wt％，微波吸收剂的用量为0.03％-0.1wt％，余量为溶剂。

22、通过上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

23、采用本发明方法能有效缩短纺丝液生产时间，生产出满足工艺需求的纺丝液，降低生产成本，对产业化连续生产，拓展产品使用领域具有重大意义。

技术特征：

1.一种纺丝液的制备方法，其特征在于，该方法包括：在微波条件下将聚乙烯原料、微波吸收剂、助剂和溶剂混合。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述混合的方式为先将溶剂预热，再加入聚乙烯原料、微波吸收剂和助剂进行混合；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，该方法包括：

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，所述微波条件包括：微波频率为2.0-8.0ghz，优选为2.0-6.0ghz。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，所述聚乙烯原料为超高分子量聚乙烯，优选所述超高分子量聚乙烯的粘均分子量为100-1000万。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述超高分子量聚乙烯的粘均分子量为400-600万。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的制备方法，其中，所述微波吸收剂选自石墨烯、改性聚乙烯粉末和碳化硅中的至少一种。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的制备方法，其中，所述助剂包含抗氧剂，优选所述抗氧剂选自β-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯基)丙酸十八酯、三(壬基酚)亚磷酸酯、三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苄基)异氰脲酸酯、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯、硫代二丙酸双十二烷酯和三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的制备方法，其中，所述溶剂选自十氢萘、四氢萘、正庚烷、正己烷、环己烷中的至少一种，优选为十氢萘。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的制备方法，其中，所述混合的条件包括：温度为40-120℃，优选为70-85℃，和/或将混合时间为0.1-1h，优选为0.15-0.30h。

11.根据权利要求1-10中任意一项所述的制备方法，其中，以原料重量100％计，所述聚乙烯原料的用量为5-9wt％，助剂的用量为0.5-0.9wt％，微波吸收剂的用量为0.03-0.3wt％，余量为溶剂。

12.根据权利要求1-11中任意一项所述的制备方法，其中，以原料重量100％计，所述聚乙烯原料的用量为6-7wt％，助剂的用量为0.6-0.8wt％，微波吸收剂的用量为0.03％-0.1wt％，余量为溶剂。

技术总结
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种纺丝液的制备方法。该方法包括：在微波条件下将成聚乙烯原料、微波吸收剂、助剂和溶剂混合。采用本发明方法能有效缩短纺丝液生产时间，生产出满足工艺需求的纺丝液，降低生产成本，对产业化连续生产，拓展产品使用领域具有重大意义。

技术研发人员：吴小莲,孔凡敏,苏豪
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10