【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種超高分子量聚乙烯的制備工藝，具體地說(shuō)，涉及一種節(jié)能的超高分子量聚乙烯纖維長(zhǎng)絲的制備工藝。
技術(shù)介紹
1、提高纖維力學(xué)性能、降低生產(chǎn)成本是uhmwpe纖維生產(chǎn)的永恒主題uhmwpe纖維技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在改進(jìn)纖維技術(shù)，進(jìn)一步提高纖維力學(xué)性能并降低不勻率；開(kāi)發(fā)更經(jīng)濟(jì)更環(huán)保的生產(chǎn)工藝，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。
2、2018年在趙瑩、王篤金、于俊榮合著的《超高分子量聚乙烯纖維》一書(shū)中介紹：在uhmwpe紡絲溶液經(jīng)噴絲孔擠出并進(jìn)入凝固浴驟冷成凍膠纖維以后隨即發(fā)生相分離。在凍膠纖維形成之后的放置過(guò)程中稀相中的溶劑則逐漸分離出來(lái)，濃相中的溶劑則基本留在絲條內(nèi)。由于聚乙烯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度遠(yuǎn)低于零度，因此凍膠纖維中的相分離過(guò)程較為緩慢。
3、smith?p,lemstra?pj發(fā)表的《溶液紡絲/拉伸超高強(qiáng)聚乙烯長(zhǎng)絲拉伸溫度的影響》一文中披露：相分離過(guò)程結(jié)束之后，凍膠纖維內(nèi)仍含有大量的溶劑，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)極其疏松，網(wǎng)絡(luò)中聚乙烯大分子間作用力已被溶劑分子拆散而變得很小，在承受張力時(shí)，尤其在高溫下拉伸時(shí)，由于溶劑的增塑作用極易發(fā)生大分子間的相對(duì)滑移，導(dǎo)致拉伸應(yīng)力下降，致使難以進(jìn)行穩(wěn)定的超倍率有效拉伸，也難以達(dá)到高強(qiáng)高模。因此，在拉伸前必須去除大量的溶劑。
4、故而如中國(guó)專利技術(shù)專利申請(qǐng)cn112111802a所公布的一種超高強(qiáng)度超高分子量聚乙烯纖維及其制造方法，現(xiàn)有濕法紡絲后經(jīng)都是經(jīng)過(guò)冷拉伸、萃取后再干燥、熱拉伸、卷繞成成品這一工藝是目前使用比較廣泛的一種制備工藝。但這種工藝需要使用大量的揮發(fā)性萃取劑，
5、進(jìn)入萃取槽之前的凍膠纖維中溶劑的多少?zèng)Q定了萃取劑的用量，萃取劑的用量決定了生產(chǎn)過(guò)程中的萃取劑的揮發(fā)量、干燥所需熱量、溶劑萃取劑分離所需能耗。因此，需要盡可能的去除凍膠纖維中的溶劑殘留。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)目的在于通過(guò)一種先熱拉伸再萃取的生產(chǎn)工藝使凍膠纖維盡可能快的相分離，減少溶劑殘留，避免含油的纖維在熱拉伸時(shí)產(chǎn)生滑移。盡可能減少纖維在進(jìn)入萃取槽時(shí)的溶劑含量，從而減少萃取劑的使用量。相較傳統(tǒng)工藝對(duì)環(huán)境影響小、工藝能耗低、工藝溫度更穩(wěn)定、產(chǎn)品一致性好。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是：
3、一種節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，包括以下步驟：
4、s1：將白油、超高分子量聚乙烯粉末以及助劑以一定比例攪拌混合均勻，形成混合液，并且預(yù)熱；
5、s2：將步驟s1中制備的混合液送至螺桿擠出機(jī)，經(jīng)過(guò)濾器至噴絲板噴出得到熔融纖維；
6、s3:噴出后的熔融纖維再經(jīng)冷卻水迅速降溫；出水槽后過(guò)熱風(fēng)箱使得白油呈液態(tài)，再經(jīng)三輥牽伸機(jī)、出絲輥形成初步去白油的凍膠絲；
7、s4：將s3中制備的凍膠絲經(jīng)過(guò)預(yù)回縮達(dá)到平衡狀態(tài)后經(jīng)兩級(jí)冷拉伸，拉伸過(guò)程收集擠出的部分白油和水；
8、s5：將s4冷拉伸后的凍膠絲在含油狀態(tài)下、低于136℃的溫度環(huán)境中進(jìn)行三級(jí)反復(fù)拉伸至所需纖度；
9、s6：將s5制備的長(zhǎng)絲經(jīng)萃取槽萃取，萃取劑為純度99.99%的四氯乙烯，常溫萃取，萃取后的長(zhǎng)絲經(jīng)過(guò)干燥箱干燥，得到不含油且干燥的長(zhǎng)絲；
10、s7：將s6制備的長(zhǎng)絲卷繞成成品。
11、所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于：?s1中取76#白油100份、超高分子量聚乙烯粉末8份、抗氧化劑0.5份、分散劑0.05份，攪拌混合均勻，預(yù)熱至90℃。
12、所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于：所述超高分子量聚乙烯分子量為400萬(wàn)。
13、所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于：?s2中將步驟s1中制備的混合液送至雙螺桿進(jìn)料口，設(shè)置螺桿各區(qū)溫度分別為150℃、170℃、190℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、255℃、260℃、265℃、270℃、275℃、280℃、285℃、285℃、285℃，調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)速為150r/min，經(jīng)過(guò)濾器至噴絲板噴出。
14、所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于：s4中預(yù)回縮時(shí)間不小于48小時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)。
15、所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于：三級(jí)熱拉伸的熱箱溫度分別為115±2℃、125±2℃、125±2℃。
16、所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于：s6中，萃取劑為純度99.99%的四氯乙烯，常溫萃取，時(shí)間為3min，萃取后的長(zhǎng)絲經(jīng)過(guò)干燥箱干燥，干燥溫度50℃，風(fēng)速0.5m/s、時(shí)間為2min，得到不含油且干燥的長(zhǎng)絲。
17、本專利技術(shù)的有益效果在于：
18、1、驟冷凝固的凍膠纖維其纏結(jié)與少量結(jié)晶已經(jīng)固化定型，牽絲輥與水槽導(dǎo)絲輥之間調(diào)整成一定比例，對(duì)凍膠纖維加熱拉伸有利于溶劑分子的活動(dòng)，在牽絲輥上安裝壓油輥，可以加快凍膠纖維相分離過(guò)程，使得更多的溶劑分子在這一過(guò)程中被擠壓出來(lái)。
19、2、凍膠絲經(jīng)48小時(shí)預(yù)回縮后達(dá)到平衡狀態(tài)，通過(guò)2級(jí)冷拉伸，然后在含油狀態(tài)下進(jìn)入熱拉伸階段，熱牽伸至所需纖度后萃取干燥；經(jīng)48小時(shí)的自由回縮，大量白油分子從聚乙烯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)脫出，聚乙烯大分子之間作用力加大，和初生凍膠纖維的狀態(tài)完全不同，此時(shí)白油分子大部分存在于聚乙烯相鄰大分子鏈而不是單個(gè)聚乙烯分子之間，故不易產(chǎn)生分子間滑移，凍膠絲可以承受7倍以上冷拉倍數(shù)。在此過(guò)程中更多的纏結(jié)被打開(kāi)，相鄰分子鏈之間形成軸向排列。
20、聚乙烯大分子鏈之間的少部分白油分子可以增加潤(rùn)滑作用，減化大分子鏈之間的強(qiáng)相互作用，便于相鄰分子鏈各自解纏，在熱拉伸的過(guò)程中更易達(dá)到非晶區(qū)及薄弱點(diǎn)的均勻分布，提高成品絲強(qiáng)度。
21、3、傳統(tǒng)熱拉伸如果使最終牽伸速度達(dá)到45m/min以上，需要控制熱箱一136℃±2℃、熱箱二146℃±2℃、熱箱三148℃±2℃。本專利技術(shù)是在含油狀態(tài)下?tīng)可欤捎诎子蛯?dǎo)熱系數(shù)大于空氣導(dǎo)熱系數(shù)，本方案僅需控制熱箱一115℃±2℃、熱箱二125℃±2℃、熱箱三125℃±2℃。
22、該工藝所需溫度比既往工藝溫度低20℃，熱拉伸時(shí)達(dá)不到解取向的條件。
23、白油導(dǎo)熱性優(yōu)于空氣，纖維在熱箱內(nèi)可迅速并穩(wěn)定在設(shè)定溫度，有序牽伸，纖度、強(qiáng)度比既往工藝的成品穩(wěn)定，產(chǎn)品一致性好；熱拉伸后的纖維單絲纖度低，更易于萃取，減少萃取劑的使用量，減少環(huán)境污染的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。
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1.一種節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其特征在于：S1中取76#白油100份、超高分子量聚乙烯粉末8份、抗氧化劑0.5份、分散劑0.05份，攪拌混合均勻，預(yù)熱至90℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯分子量為400萬(wàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其特征在于：S2中將步驟S1中制備的混合液送至雙螺桿進(jìn)料口，設(shè)置螺桿各區(qū)溫度分別為150℃、170℃、190℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、255℃、260℃、265℃、270℃、275℃、280℃、285℃、285℃、285℃，調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)速為150r/min，經(jīng)過(guò)濾器至噴絲板噴出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其特征在于：S4中預(yù)回縮時(shí)間不小于48小時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其特征在于：S6中，萃取劑為純度99.99%的四氯乙烯，常溫萃取，時(shí)間為3min，萃取后的長(zhǎng)絲經(jīng)過(guò)干燥箱干燥，干燥溫度50℃，風(fēng)速0.5m/s、時(shí)間為2min，得到不含油且干燥的長(zhǎng)絲。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其特征在于：s1中取76#白油100份、超高分子量聚乙烯粉末8份、抗氧化劑0.5份、分散劑0.05份，攪拌混合均勻，預(yù)熱至90℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯分子量為400萬(wàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能優(yōu)化超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲的制備工藝，其特征在于：s2中將步驟s1中制備的混合液送至雙螺桿進(jìn)料口，設(shè)置螺桿各區(qū)溫度分別為150℃、170℃、190℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、255℃、260℃、26...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：錢小衛(wèi)，牛艷豐，周新基，朱建軍，蔡衛(wèi)，趙振凱，楊濤，陳俊明，孫金平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：九州星際科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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