[發明專利]一種高強高模超高分子量聚乙烯異型中空纖維的制備方法

無效

• 申請號: 200710040677.8
• 申請日: 2007-05-15
• 公開（公告）號: CN101307508A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 胡盼盼;劉兆峰;尤秀蘭
• 申請（專利權）人: 胡盼盼;劉兆峰;尤秀蘭
• 主分類號: D01D5/24
• 分類號: D01D5/24;D01D5/253;D01F6/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

背景技術：

超高相對分子質量聚乙烯纖維具有其它高性能纖維所無法比擬的力學性 能。較低的密度、較高的斷裂伸長率、比強度和比模量最大，超過了金屬材料， 更重要的是還有良好的能量吸收特性，最宜吸收低速的破片沖擊能量，防彈性 能最好，是一種理想的防彈材料，也廣泛應用在保安和軍事方面，是目前最好 的纜繩材料和高技術軍備材料。

DSM公司于1990年實現了凝膠紡絲法制超高分子量纖維工業化生產。 現在世界上高強高模超高分子量聚乙烯纖維的主要方法是凝膠紡絲法，制造超高 分子量聚乙烯纖維的主要步驟是：將超高分子量聚乙烯溶于第一溶劑配制成聚 乙烯溶液，該溶液由螺桿擠出機擠出，經紡絲箱體噴絲板噴出后，冷卻凝固成 凝膠纖維，用揮發性的第二溶劑萃取出第一溶劑，干燥超倍拉伸，最終獲得成 品纖維。

凝膠纖維中含有大量第一溶劑必須用第二溶劑萃取除去纖維中的溶劑后 再進行超倍拉伸，才能得到高強高模纖維，萃取過程的速度除與使用的第二溶 劑和萃取工藝有關外，還與溶劑擴散的路徑有關。萃取過程中纖維外層的溶劑 優先從凝膠纖維中擴散出來。路徑愈長擴散速度的差異愈大。從纖維截面看壁 愈厚。差異愈大，形成皮芯結構愈歷害，這種不均勻的結構影響纖維的超倍拉 伸，進而影響成品纖維的力學性能。

本發明的超高相對分子質量聚乙烯異型中空纖維壁簿且比表面積大。大 大縮短了纖維內溶劑擴散出凝膠纖維的路徑。提高了萃取效率，節省萃取用第 二溶劑，消除了結構不均勻性，進一步提高成品纖維的力學性能。同時由于具 有大的比表面積在復合材料加工過程中易于結合，性能更為優良。

實施方法步驟：包括將超高相對分子質量的聚乙烯粉未，配制成均勻溶 液，采用凝膠紡絲法，在一定溫度下經雙螺桿、箱體、計量泵，到具有中空的 嘖絲頭擠出，凝膠絲經萃取、干燥、超倍拉伸得高強高模異型中空聚乙烯纖維。 其中聚乙烯的重均相對分子質量在100-600萬。溶液原液中包括4％～60％的超 高相對分子質量的聚乙烯及96％～40％的溶劑，原液紡絲的溫度控制在140～260 ℃。原液必須通過一具有中空的噴絲孔，噴絲孔的型狀包括△、+、☆等。噴 絲孔的異型度40-90，中空度10％～70％，得到的凍膠纖維在80～130℃進行萃取， 干燥，再超倍拉伸，拉伸倍數在10～100倍。最后得到高強高模聚乙烯中空扁 纖維。

實例1

超高分子量聚乙烯(相對平均分子質量450萬)，溶劑白油，配制成濃度 為10％的均勻溶液定量喂入雙螺桿擠出機。擠出機直徑25mm，L/D＝45，溫度控 制在250℃。螺桿擠出機轉速30rpm。擠出物經過濾器箱體到計量泵被計量后 從具有中空度50％的噴絲孔噴出。然后入水浴經處理后萃取、干燥、超倍拉伸， 拉伸總倍數為40，得到的高強高模聚乙烯中空扁纖維，強度達到30cN/dtex，模量 在1000cN/dtex以上。

實例2

超高分子量聚乙烯(相對平均分子質量500萬)，溶劑白油，配制成濃度為 8％的均勻溶液定量喂入雙螺桿擠出機。擠出機直徑25mm，L/D＝64，溫度控制 在240℃，螺桿擠出機轉速40rpm。擠出物經過濾器箱體到計量泵被計量后從 具有中空度70％的噴絲孔噴出，然后入水浴經處理后萃取、干燥、超倍拉伸， 拉伸總倍數為55，得到的高強高模聚乙烯△型中孔纖維，強度達到35cN/dtex，模 量在1200cN/dtex以上。