一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，制備步驟如下：采用經(jīng)熔捏處理的超高分子量聚乙烯復(fù)合料，經(jīng)特殊螺桿擠出設(shè)備對復(fù)合料進行充分熔煉、混合，并擠出輸送；再進一步經(jīng)增壓泵以提高熔融體系的壓力，同時將熔體定量壓入紡絲模頭或紡絲箱體擠出噴絲，經(jīng)水浴或油浴或空氣浴冷卻后得到初生單絲，所得初生單絲落卷，再經(jīng)多倍熱拉伸，也可直接連續(xù)將初生單絲經(jīng)水浴牽伸、多級熱輥牽伸和熱空氣拉伸后經(jīng)熱處理、上油得到高強高模聚乙烯單絲。本發(fā)明專利技術(shù)很好地解決了分子間嵌合重排困難、大分子纏結(jié)嚴重導(dǎo)致的融體流動性、均勻性差的難題，所得單絲強度高、均勻性好，生產(chǎn)工藝簡單、效率高、環(huán)境友好。

Preparation of UHMWPE monofilament

The invention discloses a preparation method of ultra-high molecular weight polyethylene monofilament. The preparation steps are as follows: the ultra-high molecular weight polyethylene compound treated by melting kneading is fully melted, mixed and extruded by a special screw extruder; the pressure of the melting system is further increased by a booster pump, and the melt is quantitatively pressed into the spinning die head or spinning box. In bulk extrusion spinning, the primary monofilament is obtained by cooling in water bath or oil bath or air bath. The primary monofilament is unwinding and then stretched by multiple times of heat. The primary monofilament can also be directly and continuously stretched by water bath, multi-stage hot roll and hot air, then heat treated and oiled to obtain high strength and high modulus polyethylene monofilament. The invention solves the difficult problems of intermolecular chimerism and rearrangement and poor melt fluidity and uniformity caused by serious entanglement of macromolecules. The obtained monofilament has high strength, good uniformity, simple production process, high efficiency and friendly environment.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法
本專利技術(shù)涉及高分子纖維材料
，具體地說，涉及一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法。
技術(shù)介紹
自上世紀80年代后期荷蘭DSM公司開發(fā)成功超高分子量聚乙烯纖維以來，其以高強度、高模量以及優(yōu)良的抗沖擊性能、耐磨性能和耐候性能，成為繼碳纖維、芳綸(Kevlar)纖維之后的第三代高性能纖維。近年來，超高分子量聚乙烯纖維的應(yīng)用前景倍受人們關(guān)注，其廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機械、個人防護、遠洋漁業(yè)、軍事、航空航天等領(lǐng)域。我國的UHMW～PE纖維的研究始于20世紀80年代，先后由東華大學(xué)(中國紡織大學(xué))、中國紡織科學(xué)研究院、北京合成纖維研究所等一些科研單位開始進行相關(guān)的探索和研究，并取得了一系列重大理論突破，1999年突破關(guān)鍵性生產(chǎn)技術(shù)。UHMW～PE纖維的通常是采用凍膠紡絲～超拉伸工藝制備而成，如專利CN101886298采用重均分子量為100～700萬的聚乙烯粉末經(jīng)白油溶解配制成10～25wt％的紡絲溶液，在250～330℃經(jīng)孔徑為5.5～8mm的圓形噴絲孔噴出，再經(jīng)～10℃至～1℃凝固浴冷卻，然后經(jīng)萃取、干燥，在100～150℃的溫度下進行2～4級的熱拉伸，總拉伸倍數(shù)30～50倍，制得UHMWPE單絲。專利CN99111581中描述了一種高強高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝，首先將超高分子量聚合體溶解在相應(yīng)的溶劑中，得到較低大分子纏結(jié)的溶液，經(jīng)紡絲驟冷形成凍膠纖維，再經(jīng)萃取、干燥及多級拉伸等工藝，制得高強高模的聚乙烯纖維。以上提到的凍膠紡絲工藝，為了要用柔性鏈高分子制得高強高模纖維，必須要采用超高分子量稀溶液和超倍拉伸。以期減少大分子末端數(shù)，減少缺陷，減少大分子纏結(jié)和使大分子充分沿拉伸方向形成取向的伸直鏈結(jié)晶。即使采用良溶劑如十氫萘，溶液濃度仍不夠高，造成生產(chǎn)成本極高，而且要用大量的能量或低沸點第二溶劑(萃取劑)來除去第一溶劑。無論從生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本還是環(huán)境保護來說都是有問題的。由于UHMWPE的粘度極高(為109Pa.S)，流動性能極差一直是UHMWPE進行熔融紡絲的一大障礙，為了提高UHMWPE的流動性，閏鎮(zhèn)達等人提出了一種由有機硅、液晶高分子(為改性劑)與UHMW～PE共混料(專利：CN01130158.9，專利：CN01130161.9)，來提高UHMW～PE的流變性能的方法，UHMW～PE含量為88～94％，有機硅3～7％，液晶高分子2～5％，硬酯酸鹽0.2～2％，抗氧劑0.1～1％。劉廷華等人提出了用中等分子量聚乙烯來提高UHMW～PE流動性，將分子量30萬～40萬的聚乙烯加入到分子量子150萬的UHMW～PE中，同時加入適量成核劑及內(nèi)潤滑劑，物料比例為70：30：0.3，所得物料可用于注塑擠出(中國塑料，15，4，2001，39～43)。作為熔融紡絲的聚合物改性料，不僅要有較好的流動性能便于加工，還要求體系有均勻、有序的結(jié)構(gòu)，尤其要求原料粒高分子間及其與復(fù)合改性體系間達到分子水平的接觸，同時有利于大分子鏈擴散，達到有效降低大分子纏結(jié)度。要充分消除處理后的聚合物體系內(nèi)原料粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)記憶(Polymer.44，2003，1613～1618)，這要求改性體與UHMW～PE有良好的相容性，在物料處理、熔融劑出及后拉伸過程中無明顯的分層和滑移現(xiàn)象的發(fā)生，從而在最大程度上減少對成品纖維力學(xué)性能的不良影響。因此，如何解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)缺陷成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)采用自主開發(fā)的雙螺桿混合擠出和熔捏復(fù)合制備UHMWPE復(fù)合料技術(shù)(專利：201410498371.7)，可有效消除UHMWPE原料粒的結(jié)構(gòu)初始記憶，有利于UHMWPE大分子的鏈擴展，經(jīng)UHMWPE大分子與改性體系分子的鏈嵌合和重排，得到了UHMWPE料與復(fù)合改性體系的相容熔捏復(fù)合料，所得到的熔捏復(fù)合料可廣泛應(yīng)用于注塑料及擠出料，加工成任何注塑件，尤其具有較好的熔融可紡性，可進一步在單(雙)螺桿紡絲機組上進行紡絲，制備高強高模UHMWPE纖維材料。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：本專利技術(shù)提供了一種超高分子量聚乙烯熔融紡絲的方法，包括以下制備步驟：a、將經(jīng)熔捏處理的超高分子量聚乙烯復(fù)合料輸入到能產(chǎn)生20～60MPa壓力的特殊螺桿擠出設(shè)備，在高壓或超高壓下對復(fù)合料進行充分熔煉、混合，并擠出輸送；b、將上述熔融物料再經(jīng)增壓泵進一步提高熔融體系的壓力(40-100MPa)并同時對熔體經(jīng)增壓泵輸出，定量將熔融物料壓入紡絲模頭或紡絲箱體擠出噴絲，經(jīng)水浴或油浴或空氣浴冷卻后得到初生單絲；c、將上述初生單絲在熱拉伸箱中進行多級熱拉伸，或直接連續(xù)將初生單絲經(jīng)水浴(油浴、空氣浴)牽伸、多級熱輥牽伸和熱空氣拉伸后經(jīng)熱處理、上油得到高強高模聚乙烯單絲。優(yōu)選的，步驟a中的經(jīng)熔捏處理的超高分子量聚乙烯混合料為含重均分子量80～500萬的聚乙烯85～98％的復(fù)合改性物料；高壓或超高壓擠出機的工作溫度為160～320℃。優(yōu)選的，所述可以產(chǎn)生高壓或超高壓的螺桿擠出設(shè)備為同向錐雙或同雙螺桿擠出機。優(yōu)選的，步驟b中進一步熔融壓縮溫度為160～320℃，增壓泵輸出溫度為200～320℃，紡絲箱體溫度為225～325℃，冷卻溫度為30～120℃。優(yōu)選的，步驟c中熱拉伸箱中多級拉伸的級數(shù)為1～6級，總拉伸倍數(shù)為5～30倍，拉伸溫度為55～105℃，熱定型溫度為130～150℃。優(yōu)選的，經(jīng)上油后即得直徑為0.05～5mm、強度為7.5～18cN/dtex、伸長率為8～40％的超高分子量聚乙烯單絲。經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)有益效果如下：本專利技術(shù)采用經(jīng)融捏處理的UHMWPE復(fù)合料，經(jīng)能產(chǎn)生高壓或超高壓的特殊螺桿擠出及進一步的增壓泵增壓和定量輸出，很好地解決了分子間嵌合重排困難、大分子纏結(jié)嚴重導(dǎo)致的融體流動性、均勻性差的難題，所得單絲強度高、均勻性好?？蛇B續(xù)穩(wěn)定實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)過程無需使用有機溶劑也無其它可揮發(fā)物質(zhì)析出，生產(chǎn)工藝簡單、效率高、環(huán)境友好。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為一步法熔融紡絲示意圖；圖2為二步法熔融紡絲示意圖；其中，圖中，1-料斗、2-驅(qū)動機、3-同向錐雙(同雙)雙螺桿擠出機、4-熔體泵、5-紡絲模頭(紡絲箱體)、6-冷卻甬道、7-第一牽伸五輥、8-一級熱拉伸箱、9-第二牽伸五輥、10-二級熱拉伸箱、11-第三牽伸五輥、12-熱定型、13-上油、15-卷繞、16-牽伸五輥、17-放絲機。具體實施方式下面將結(jié)合本專利技術(shù)實施例中的附圖，對本專利技術(shù)實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術(shù)一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術(shù)中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術(shù)保護的范圍。參見本專利技術(shù)說明書附圖1-2，便于理解本專利技術(shù)的技術(shù)方案。其中二步法為：采用經(jīng)熔捏處理的超高分子量聚乙烯(重均分子量為80～500萬)復(fù)合料，經(jīng)能產(chǎn)生20～60MPa壓力的特殊螺桿擠出設(shè)備，在高壓本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于，包括以下制備步驟：a、將經(jīng)熔捏處理的超高分子量聚乙烯復(fù)合料加入到螺桿擠出設(shè)備中，對復(fù)合料進行熔煉、混合，并擠出輸送；b、將步驟a中熔融物料再經(jīng)增壓泵提高熔融體系的壓力并同時對熔體經(jīng)增壓泵輸出，定量將熔融物料壓入紡絲模頭或紡絲箱體擠出噴絲，經(jīng)水浴或油浴或空氣浴冷卻后得到初生單絲；c、將步驟b制備的初生單絲在熱拉伸箱中進行多級熱拉伸，或直接連續(xù)將初生單絲經(jīng)水浴或油浴或空氣浴牽伸、多級熱輥牽伸和熱空氣拉伸后經(jīng)熱處理、上油得到高強高模聚乙烯單絲。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于，包括以下制備步驟：a、將經(jīng)熔捏處理的超高分子量聚乙烯復(fù)合料加入到螺桿擠出設(shè)備中，對復(fù)合料進行熔煉、混合，并擠出輸送；b、將步驟a中熔融物料再經(jīng)增壓泵提高熔融體系的壓力并同時對熔體經(jīng)增壓泵輸出，定量將熔融物料壓入紡絲模頭或紡絲箱體擠出噴絲，經(jīng)水浴或油浴或空氣浴冷卻后得到初生單絲；c、將步驟b制備的初生單絲在熱拉伸箱中進行多級熱拉伸，或直接連續(xù)將初生單絲經(jīng)水浴或油浴或空氣浴牽伸、多級熱輥牽伸和熱空氣拉伸后經(jīng)熱處理、上油得到高強高模聚乙烯單絲。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于，所述步驟a中的螺桿擠出設(shè)備產(chǎn)生的壓力為20～60MPa。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于，所述步驟b中熔融體系的壓力為40～100MPa。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于，所述步驟a中螺桿擠出設(shè)備為同向錐雙螺...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭海洋，趙衛(wèi)哲，鄧佳，倪建華，王依民，肖峰，
申請(專利權(quán))人：郭海洋，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32