[發(fā)明專利]熔融拉絲生產高強度、高模量聚乙烯絲的方法及裝置

有效

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• 申請日: 2008-12-29
• 公開（公告）號: CN101476170A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 閆鎮(zhèn)達
• 申請（專利權）人: 閆鎮(zhèn)達
• 主分類號: D01D5/12
• 分類號: D01D5/12;D01D10/02;D01D13/00
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司
• 代理人: 郭偉剛;張秋紅

技術領域

本發(fā)明屬于高分子材料技術領域，涉及一種熔融拉絲生產高強度、高模 量聚乙烯絲的方法。該方法生產的聚乙烯絲可廣泛應用于礦業(yè)、建材、繩索 等諸多領域，如纜繩、船舶海洋工程纜繩、登山繩、魚網、賽艇、帆船、弓 弦、滑雪撬、礦山安全防護網、各種篩網、增強抗沖擊容器等，還可做建筑 行業(yè)增強材料，以及代替玻璃纖維等等。

背景技術

超高分子量聚乙烯（簡稱：UHMWPE），是一種綜合性能十分優(yōu)異的熱 塑性工程塑料，它的生產過程和分子形狀與高密度聚乙烯相似，都是采用 Ziegler催化劑經配位聚合形成支化很少的線型分子鏈，其差別在于分子鏈的 長短，即分子量的大小。普通高密度聚乙烯的分子量一般為幾萬至幾十萬， 而在一定條件下合成的超高分子量聚乙烯的分子量超過150萬，甚至達到1000 萬。正是由于超高分子量聚乙烯的分子鏈特別長，所以具有許多獨特的物理 機械及化學性質，尤其是耐磨性特別好，在已知塑料中名列第一。

極高的分子量賦予了它具有普通聚乙烯和其它工程塑料無可比擬的獨特 性能：具有超強的耐磨性（是鋼鐵的8-9倍、尼龍的4倍、黃銅的27倍）；優(yōu) 異的耐沖擊性（是聚碳酸酯的2倍、ABS的5倍、聚甲醛的15倍），尤其難 得的是在液氮-196℃中仍保持其優(yōu)異的沖擊強度；優(yōu)良的耐藥性和耐腐蝕性， 可與聚四氟乙烯相媲美，在一定的溫度和濃度范圍內，耐各種腐蝕性液體和 有機溶劑；摩擦系數(shù)低（其動摩擦系數(shù)為0.1-0.22），是理想的自潤滑材料； 極好的消音性和無毒性等優(yōu)點，因而在世界范圍內倍受人們的青睞，其應用 范圍十分廣泛。

但是，由于UHMWPE的熔融黏度極高（達10⁹Pa.S），流動性能極差（其 融體的熔融指數(shù)幾乎為零）。所以，很難直接進行熔融擠出噴絲，由于 UHMWPE的加工存在很大難度，所以，國內外目前還沒有將UHMWPE加工 成絲的工藝和設備。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對UHMWPE的熔融噴絲加工存在難 度，無法成絲的問題，提供一種工藝簡單、生產流程短、成本低、無污染的 熔融拉絲生產高強度、高模量聚乙烯絲的方法。

本發(fā)明進一步要解決的技術問題在于，提供一種設備緊湊、易操作的熔 融拉絲生產高強度、高模量聚乙烯絲的裝置。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種熔融拉絲生產高強度、 高模量聚乙烯絲的方法，選用以有機硅作改性劑的超高分子量聚乙烯共混料 或者是超高分子量聚乙烯、有機硅、液晶高分子形成的三元共混料為原料， 包括以下步驟：

A、將原料加入到螺桿擠壓機，原料在料筒中受到溫度和剪切力的作用被 熔融，過濾掉雜質，再通過噴絲頭噴絲成為絲坯；

B、絲坯經冷卻機構驟冷，保持無定形狀態(tài)或低結晶度；

C、冷卻后的絲坯由牽伸機進行低速預牽伸，所述預牽伸的牽伸速度為高 于螺桿擠壓機的擠出速度；

D、預牽伸后，絲坯進入水箱進行一次水浴加熱；

E、加熱后，絲坯通過牽伸機進行低倍拉伸，絲在拉力作用下，產生細頸；

F、低倍拉伸后，再進行二次加熱，加熱溫度高于100℃，絲的分子鏈段 熱運動增加，加快了松弛過程；

G、加熱后，絲坯通過牽伸機進行高倍拉伸，分子鏈沿拉伸方向取向；

H、高倍拉伸后，經過高倍強力拉伸的絲收縮率較大，單絲的內應力也較 大，因此，需經熱處理機構高溫熱處理，以減少單絲的收縮率和內應力，最 后才能形成高強度、高模量的絲。

為了使原料充分熔融塑化，所述的螺桿擠壓機各段溫度優(yōu)選：一段 220~240℃；二段260~300℃；三段280~300℃；機頭280℃。

所述的絲坯冷卻溫度優(yōu)選5~20℃，這樣可使坯絲驟冷，保持無定型或可 能低的結晶度，以利于提高拉伸程度及拉伸的均勻性。另外，在較低的溫度 下，結晶成核速度快，單位體積內所生成的晶核數(shù)目多，球晶較小，容易在 拉伸中形成穩(wěn)定的細頸，從而獲得較好的物理機械性能。

所述一次水浴加熱的溫度優(yōu)選80~95℃。

所述二次加熱的溫度優(yōu)選105~130℃。

所述低倍拉伸的速率為：與預牽伸的線速比為1:10~20；

所述高倍拉伸的速率為：與預牽伸的線速比為1:40~60；