本申請公開了一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，包括如下步驟，步驟1：將超高分子量聚乙烯樹脂與聚乙烯蠟、高密度聚乙烯混合形成組合物；步驟2：將組合物高溫熔融形成熔體，并進行熔體紡絲，經過噴頭拉伸空氣冷卻后得到初生纖維;步驟3：將初生纖維再進行熱拉伸和熱定型，得到最終的超高分子量聚乙烯纖維。通過采用上述技術方案，高密度聚乙烯和聚乙烯蠟能夠大幅度提升超高分子量聚乙烯的熔體流動性，使超高分子量聚乙烯樹脂可以順暢地熔體紡絲。同時，在熱拉伸過程中聚乙烯蠟可以參與到超高分子量聚乙烯樹脂和高密度聚乙烯的結晶過程中，最終可以很好地保持超高分子量聚乙烯纖維的力學性能。
【技術實現步驟摘要】
本申請涉及高分子，更具體地說，它涉及一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法。
技術介紹
1、超高分子量聚乙烯纖維具有質輕、高比強度、高比模量、優越的能量吸收性、較好的耐磨、耐腐蝕、耐光等多重優異性能，已經在航空航天、國防軍事、安全防護、海洋工程、體育器材、電力通訊、醫用材料以及民用繩網等領域得到了廣泛的應用。
2、超高分子量聚乙烯纖維通常是通過凍膠紡絲工藝制備而成的。凍膠紡絲工藝是先將超高分子量聚乙烯與合適的溶劑制成紡絲溶液，然后經過擠出成型后生成凍膠纖維，再將凍膠纖維內的溶劑萃取干燥，最后經過超倍熱牽伸得到超高分子量聚乙烯纖維。
3、現有超高分子量聚乙烯纖維凍膠紡絲工藝的關鍵技術是制備充分溶解的均勻溶液，從而獲得樹脂的可紡性。然而，由于樹脂具有超高的分子量，所有樹脂原料完全溶解時粘度非常大，制備均勻的溶液條件苛刻，所以很難得到高濃度的均勻溶液，后續需要用萃取干燥等方法將溶劑去除，制備流程長，成本高。因此開發超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲技術顯得尤為重要。
4、?“性能卓越，加工困難”是超高分子量聚乙烯的特點，超高分子量聚乙烯在熔體狀態下呈現橡膠狀高粘彈性體，熔體粘度高達108pa·s，熔體流動指數幾乎為零，因此超高分子量聚乙烯的臨界剪切速率很低，很容易產生熔體破裂等缺陷，很難用常規的聚合物熔體紡絲方法來成型超高分子量聚乙烯纖維。超高分子量聚乙烯纖維及其相關領域的技術人員一直在探索一種適用于工業化生產的低成本的超高分子量聚乙烯纖維的加工方法，已經成為相關領域人員一直渴望解決的技術難題。
技術實現思路
1、為了進一步有效提高超高分子量聚乙烯纖維可加工性和力學性能，本申請提供一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法。
2、本申請提供一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，包括如下步驟：
3、步驟1：將超高分子量聚乙烯樹脂與直鏈聚乙烯蠟、高密度聚乙烯混合形成組合物；
4、步驟2：將組合物高溫熔融形成熔體，并進行熔體紡絲，經過噴頭拉伸空氣冷卻后得到初生纖維；
5、步驟3：將初生纖維再進行熱拉伸和熱定型，得到最終的超高分子量聚乙烯纖維。
6、通過采用上述技術方案，高密度聚乙烯和重均分子量為2.0×103～5.0×103g/mol的直鏈聚乙烯蠟能夠大幅度提升超高分子量聚乙烯的熔體流動性，使超高分子量聚乙烯樹脂可以順暢地熔體紡絲。同時，在熱拉伸過程中直鏈聚乙烯蠟可以參與到超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯的結晶過程中，從而降低乃至消除直鏈聚乙烯蠟作為低分子量物質對超高分子量聚乙烯纖維力學性能的破壞作用，最終可以很好地保持超高分子量聚乙烯纖維的力學性能。而高密度聚乙烯不僅可以提升超高分子量聚乙烯的熔體流動性，而且可以消除超高分子量聚乙烯和聚乙烯蠟由于分子量差距過大而引起的弱相分離，提升超高分子量聚乙烯纖維的力學性能。
7、而且，本申請跟傳統工藝相比，還省去了用溶劑萃取直鏈聚乙烯蠟的步驟，這樣不僅減少了溶劑的使用，降低了成本，同時也減少了對環境的污染。
8、優選的，步驟1的組合物中超高分子量聚乙烯樹脂含量為60～90wt%、聚乙烯蠟含量為4～16wt%、高密度聚乙烯含量為6～24wt%。
9、優選的，組合物中超高分子量聚乙烯樹脂含量為70～85wt%。
10、通過采用上述技術方案，過低的超高分子量聚乙烯樹脂含量會影響最終超高分子量聚乙烯纖維的力學性能。然而，過高的超高分子量聚乙烯樹脂含量會影響超高分子量聚乙烯纖維的制備穩定性和生產效率。
11、優選的，所述高密度聚乙烯的重均分子量為8.0×104～30.0×104g/mol，支化度為0～1/103。
12、優選的，步驟2中組合物是在雙螺桿擠出機中高溫熔融，并通過紡絲組件進行紡絲的，且雙螺桿擠出機的加料段溫度為90～140℃、壓縮段溫度為160～250℃、均化段溫度為160～250℃，紡絲組件溫度為160～250℃，雙螺桿擠出機的轉速為20～300r/min。
13、優選的，所述雙螺桿擠出機的壓縮段、均化段以及紡絲組件溫度均為170～200℃。
14、通過采用上述技術方案，在160～250℃溫度范圍內，尤其是在170～200℃范圍內，不僅能夠充分熔融超高分子量聚乙烯樹脂的折疊鏈片晶，同時還可以保留部分伸直鏈晶體。從而不僅能保證超高分子量聚乙烯樹脂的流動性，而且保留的伸直鏈晶體具有非常高的力學性能，在拉伸過程中還可以作為成核劑誘導直鏈聚乙烯蠟和高密度聚乙烯在其表面附生結晶，這樣超高分子量聚乙烯纖維能夠保持優異的力學性能。
15、優選的，步驟2中原絲經過噴頭拉伸1.5～5倍。
16、優選的，原絲經過噴頭拉伸2.4～4.2倍。
17、通過采用上述技術方案，噴頭拉伸倍數小，不能起到使熔融過程中保留的伸直鏈晶體沿纖維軸向排列的作用，噴頭拉伸倍數大，影響噴頭拉伸的穩定性。
18、優選的，步驟3中熱拉伸的溫度為80～135℃、熱拉伸的總倍數為6～30倍。
19、通過采用上述技術方案，熱拉伸溫度低，伸直鏈晶體的形成效率低，熱拉伸溫度高，直鏈聚乙烯蠟和高密度聚乙烯參與超高分子量聚乙烯結晶程度不夠，纖維的熱拉伸制備過程中也可能引起并絲等質量不穩定現象。而拉伸總倍數可以提高纖維力學性能的同時更大程度地兼顧加工的高效性。
20、綜上所述，本申請具有以下有益效果：
21、1、本專利技術通過采用特定的超高分子量聚乙烯和直鏈聚乙烯蠟、高密度聚乙烯組合物進行熔體紡絲，使直鏈聚乙烯蠟和高密度聚乙烯在擠出紡絲過程中大幅度提升超高分子量聚乙烯的流動性，并在熱拉伸過程中充分參與到超高分子量聚乙烯的結晶中，從而制備得到高性能的超高分子量聚乙烯纖維，同時也省去了溶劑的使用，降低了對環境的污染；
22、2、將雙螺桿擠出機的壓縮段、均化段以及紡絲組件溫度控制170～200℃溫度范圍內，不僅能夠充分熔融超高分子量聚乙烯樹脂的折疊鏈片晶，同時還可以保留伸直鏈晶體。從而不僅能保證超高分子量聚乙烯的流動性，同時還提高了超高分子量聚乙烯纖維的力學性能；
23、3、經過噴頭拉伸2.4～4.2倍，不僅能起到使熔融過程中保留的超高分子量聚乙烯伸直鏈晶體沿纖維軸向排列的作用，又能夠保證拉伸的穩定性；
24、4、熱拉伸的溫度控制在80～135℃，不僅超高分子量聚乙烯纖維中伸直鏈晶體的形成效率高，同時直鏈聚乙烯蠟和高密度聚乙烯更多參與超高分子量聚乙烯結晶。
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【技術保護點】
1.一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：包括如下步驟，
2.根據權利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：步驟1的組合物中超高分子量聚乙烯樹脂的含量為60～90wt%、直鏈聚乙烯蠟的含量為4～16wt%、高密度聚乙烯的含量為6～24wt%。
3.根據權利要求2所述的一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：組合物中超高分子量聚乙烯樹脂含量為70～85wt%。
4.根據權利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：所述高密度聚乙烯的重均分子量為8.0×104～30.0×104g/mol，支化度為0～1/103。
5.根據權利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：步驟2中組合物是在雙螺桿擠出機中進行高溫熔融的，并通過紡絲組件進行紡絲的，且雙螺桿擠出機的加料段溫度為90～140℃、壓縮段溫度為160～250℃、均化段溫度為160～250℃，紡絲組件溫度為160～250℃，雙螺桿擠出機的轉速為20～300r/min。
6.根據權利要求5所述的一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：所述雙螺桿擠出機的壓縮段、均化段以及紡絲組件溫度均為170-200℃。
7.根據權利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：步驟2中噴頭拉伸1.5～5倍。
8.根據權利要求7所述的一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：噴頭拉伸2.4～4.2倍。
9.根據權利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：步驟3中熱拉伸的溫度為80～135℃、熱拉伸的總倍數為6～30倍。
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【技術特征摘要】
1.一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：包括如下步驟，
2.根據權利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：步驟1的組合物中超高分子量聚乙烯樹脂的含量為60～90wt%、直鏈聚乙烯蠟的含量為4～16wt%、高密度聚乙烯的含量為6～24wt%。
3.根據權利要求2所述的一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：組合物中超高分子量聚乙烯樹脂含量為70～85wt%。
4.根據權利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：所述高密度聚乙烯的重均分子量為8.0×104～30.0×104g/mol，支化度為0～1/103。
5.根據權利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯纖維的熔體紡絲方法，其特征在于：步驟2中組合物是在雙螺桿擠出機中進行高溫熔融的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王宗寶，
申請(專利權)人：寧波大學，
類型：發明
國別省市：
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