[發(fā)明專利]一種直接制備超高分子量聚乙烯纖維的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510310848.9
• 申請日: 2015-06-09
• 公開（公告）號: CN104846451B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈陸林;常廣
• 申請（專利權(quán)）人: 淄博美標(biāo)高分子纖維有限公司
• 主分類號: D01D13/00
• 分類號: D01D13/00;D01D5/08;D01D5/14
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本發(fā)明公開了一種直接制備超高分子量聚乙烯纖維的方法，包括：（1）將數(shù)均分子量為230?350萬的聚乙烯為原料加入到雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出初生纖維；（2）將步驟（1）擠出的初生纖維經(jīng)過冷卻水槽冷卻；（3）將步驟（2）冷卻的纖維通過熱水浴箱，進(jìn)行兩次高倍拉伸；（4）將步驟（3）高倍拉伸的纖維再經(jīng)過兩次熱風(fēng)低倍拉伸后，得到成品纖維。本發(fā)明直接以超高分子量聚乙烯為原料，不添加任何助劑，制備出纖維強(qiáng)度為12?30cN/dtex，斷裂伸長率為6?9%的聚乙烯纖維。本發(fā)明工藝流程短，操作簡單，能耗低，成本低，單機(jī)產(chǎn)量高?？蓮V泛應(yīng)用于各類繩索編織、漁網(wǎng)編結(jié)、產(chǎn)業(yè)用布、產(chǎn)業(yè)用帶織造，也可用于國防裝備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高分子材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種直接制備超高分子量聚乙烯纖維的方法。

背景技術(shù)

超高分子量聚乙烯纖維由于沒有側(cè)基，對稱性及規(guī)整性好，單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘低，柔性好，容易形成規(guī)則排列的三維有序結(jié)構(gòu)，經(jīng)過高倍拉伸后，分子鏈沿拉伸方向有著較高的取向度和結(jié)晶度。與碳纖維、芳綸纖維相比較，超高分子量聚乙烯纖維具有以下優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度更高；質(zhì)量更輕，密度只有0.97g/cm³；化學(xué)穩(wěn)定性更好，具有很強(qiáng)的化學(xué)惰性，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液及有機(jī)溶劑對其強(qiáng)度沒有任何影響；具有很好的耐候性，經(jīng)1500h日曬后，纖維強(qiáng)度保持率仍然高達(dá)80%，耐紫外性能非常優(yōu)越；耐低溫性好，使用溫度可以低至-150℃。超高分子量聚乙烯纖維的耐磨耐彎曲性能、張力疲勞性能、抗切割性能也是現(xiàn)有高性能纖維中最強(qiáng)的。在安全、防護(hù)、航空、航天、國防裝備、車輛制造、造船業(yè)、體育界及民用工業(yè)領(lǐng)域，超高分子量聚乙烯纖維作為抗沖擊、減震材料及高性能輕質(zhì)復(fù)合材料都具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前制備超高分子量聚乙烯纖維的方法包括兩大類，一是溶液凝膠紡絲法，二是熔體紡絲法。

專利NL7900990、US430577、EP0064167、ZL85107352、ZL97106768.6、CN1060543C、ZL03106030.7、ZL1995496A、ZL101205637A、CN101575742B、CN101684573B等使用溶液凝膠紡絲法制備超高分子量聚乙烯纖維，溶液凝膠紡絲技術(shù)是目前國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)化程度高、技術(shù)成熟的一種技術(shù)，但存在生產(chǎn)流程長、成本高、銷售價(jià)格高等弊端。

熔體紡絲技術(shù)是目前重點(diǎn)研究的制備高強(qiáng)度聚乙烯纖維的方法，并取得了一定的進(jìn)展。熔體紡絲工藝是將混合物經(jīng)過熔融擠出成型后進(jìn)行多級熱拉伸以制得高強(qiáng)纖維的方法。由于生產(chǎn)過程中不需要添加十氫萘或石蠟油等溶劑，故工藝環(huán)保，設(shè)備簡單，可以大幅度降低成本，提高纖維的生產(chǎn)效率。但是由于超高分子量聚乙烯熔融時(shí)熔體粘度大，導(dǎo)致熔融紡絲非常困難，近年來研究者進(jìn)行了大量嘗試，仍然未能解決，即使偶爾能紡絲成功，制備的纖維強(qiáng)度也低于8.83cN/dtex。目前關(guān)于超高分子聚乙烯纖維的熔體紡絲研究中，大多是通過加入助劑改變超分子量聚乙烯的流動性，助劑包括蒙脫土、粉煤灰玻璃微珠、三元乙丙橡膠、低密度聚乙烯等。在將原料改性后，熔融擠出超高分子聚乙烯細(xì)絲，然后對細(xì)絲進(jìn)行多倍拉伸就可制備熔紡纖維。專利CN201010533593.X采用熔體紡絲法制備高密度聚乙烯纖維，生產(chǎn)過程為：第一步先制備聚乙烯改性母粒，第二步將超高分子量聚乙烯樹脂與聚乙烯改性母?；旌希?jīng)熔融紡絲制備高密度聚乙烯纖維。專利CN200810014185.6發(fā)明了采用超高分子量聚乙烯與低密度聚乙烯共混熔融制備聚乙烯纖維的方法，該工藝第一步利用雙螺桿擠出機(jī)制備初生纖維，第二步再將初生纖維拉伸制備聚乙烯纖維。但與溶液凝膠紡絲法制得的纖維強(qiáng)度相比，上述方法制得的纖維強(qiáng)度還有差距。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種直接以超高分子量聚乙烯纖維為原料，不添加任何助劑，制備超高分子量聚乙烯纖維的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種直接制備超高分子量聚乙烯纖維的方法，包括以下步驟：

（1）將數(shù)均分子量為230-350萬的聚乙烯為原料加入到雙螺桿擠出機(jī)中熔融擠出初生纖維；