[發明專利]一種超高分子量聚乙烯纖維的生產方法

無效

• 申請號: 201310362671.8
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN104419996A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 景強;孔凡敏;蘇豪;張葉;徐莉
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;南化集團研究院
• 主分類號: D01F6/04
• 分類號: D01F6/04;D01D1/02;D01D5/088
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種超高分子量聚乙烯的優良溶劑及其纖維的生產方法。

背景技術

超高分子量聚乙烯纖維是采用分子量在100萬以上的超高分子量聚乙烯生產制造的具有高強度和高模量的合成纖維。目前國際上將超高分子量聚乙烯、碳纖維和芳綸纖維并稱為三大高性能纖維材料，其中超高分子量聚乙烯纖維具有強度高、模量高、質量輕、耐光強、耐磨度高等特點，在國防、軍工、航空航天方面發揮著及其重要的作用，在民用領域也得到了越來越廣泛的應用。

1979年，荷蘭DSM公司首先申請了超高分子量聚乙烯纖維制造的專利（NL7900990、NL7904990），在隨后的幾十年里，形成了以2種主要的溶液紡絲方法：干法紡絲和濕法紡絲，二者的區別部分在于紡絲溶劑在紡絲溫度下呈揮發性（干法紡絲）或非揮發性（濕法紡絲）。荷蘭DSM和日本的Toyobo公司是干法紡絲的代表，美國Honeywell公司則是濕法紡絲的代表。兩種紡絲方法都申請了大量的關于超高分子量聚乙烯纖維生產工藝的專利，干法紡絲的相關專利有US200580048947.9、CN?1439752A和CN?101821435?A等，濕法紡絲的相關專利有CN?101821435?A、USP4413110和USP4663101等。

自上世紀80年代，我國于開始超高分子量聚乙烯纖維的研發，中國紡織科學研究院和中國紡織大學等多家研究單位分別展開了十氫萘、煤油、白油、石蠟油等溶劑體系的超高分子量聚乙烯纖維的研究與產業化開發工作，獲得了相關的專利（CN?1400342A?、CN1590608A、CN1056544A、CN?101122051A等），并已由儀征化纖和湖南中泰、寧波大成等公司實現了規模化生產。

雖然國內外關于超高分子量聚乙烯纖維的專利多達數百篇，但都側重于超高分子量聚乙烯纖維的生產方法及相應設備方面，至今仍未發現關于超高分子量聚乙烯溶劑及配套的纖維生產方法方面的專利。如專利US200580048947.9公開了一種帶有相應溶劑回收和循環的、由在紡絲溫度下具有揮發性的溶劑中的溶液紡高分子量聚α-烯烴，優選超高分子量聚乙烯的方法。該專利所用揮發性溶劑為十氫萘或1，2-二氯苯，優選十氫萘，但該專利主要闡述的是溶劑回收工藝路線；專利CN1590608A公開了一種高強聚乙烯纖維的制造方法，包括超高分子量聚乙烯溶液干法紡絲過程和熱拉伸過程。主要闡述了采用縱向拉伸流變和固化相結合技術制造高性能聚乙烯纖維，在保證纖維優異力學性能的同時，縮短了工藝流程，提高了生產效率，降低了設備投資和生產成本，并實現穩定、安全的工業化生產。

由于超高分子量聚乙烯的熔融粘度極高（達10⁹Pa.s），流動性能極差，所以，超高分子量聚乙烯纖維一般采用“凍膠紡絲-超倍拉伸”的生產工藝。該法是先用溶劑溶解超高分子量聚乙烯制成紡絲溶液，使柔性大分子鏈在溶劑的作用下，解除過度的纏結，溶液經噴絲孔擠出后固化，再經脫除溶劑和超倍拉伸得到具有伸直鏈結構的高強、高模聚乙烯纖維。

超高分子量聚乙烯纖維在生產過程中，超高分子量聚乙烯在溶劑中的溶解解纏形成均勻的凍膠溶液直接影響超高分子量聚乙烯纖維的性能。由于其溶解、解纏過程是在高溫、高剪切的條件下進行，其大分子鏈在溶解過程中易發生斷裂，造成超高分子量聚乙烯分子的降解，導致超高分子量聚乙烯纖維的性能降低；并且，超高分子量聚乙烯在溶劑中的溶解過程極為緩慢：超高分子量聚乙烯大分子鏈很長，不易移動，大分子間的作用力大，且分子間的纏結點多，大分子與溶劑小分子接觸后僅有其中的某個結構單元被溶劑化后，但它仍是大分子鏈的一部分，牽制整條大分子的運動，只有當整條大分子所有單元全部被溶劑化后，才有可能作為一個整體從固相的表面脫落下來而進入溶劑形成均勻溶液。所以，溶劑在超高分子量聚乙烯纖維生產中發揮著重要的作用，并影響超高分子量聚乙烯纖維生產方法及其纖維制品的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超高分子量聚乙烯的優良溶劑，使超高分子量聚乙烯在低于其分解溫度以下溶解于溶劑中，形成均勻溶液，降低超高分子量聚乙烯在溶解解纏過程中大分子降解程度；同時提高所形成凍膠溶液的均勻性，保證超高分子量聚乙烯纖維生產過程中初生原絲的均一性和可紡性。

本發明同時提供了一種利用超高分子量聚乙烯的優良溶劑生產超高分子量聚乙烯纖維的生產方法，提高超高分子量聚乙烯纖維的力學性能，同時提高溶劑回收利用率。

本發明超高分子量聚乙烯的優良溶劑，其特征在于所述優良溶劑為反式十氫萘。