[發明專利]一種高性能聚乙烯纖維的制備方法

有效

• 申請號: 202011343381.5
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112342635B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 張淑文;王頌楊;陳國旺
• 申請（專利權）人: 寧波鏈增新材料科技有限公司
• 主分類號: D01F6/04
• 分類號: D01F6/04;D01D4/02;D01D4/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種高性能聚乙烯纖維的制備方法。采用在標準壓力下泡點大于100℃的惰性溶劑制備聚乙烯，聚合得到聚乙烯和惰性溶劑混合液，直接作為聚乙烯纖維的生產原料，混合液制備得到紡絲溶液后，引入螺桿擠出機，計量后從噴絲孔噴出，進入冷水浴中驟冷成凍膠纖維，然后經萃取干燥超倍拉伸，得到高性能聚乙烯纖維。本發明由于采用的惰性溶劑沸點高，粘度大，聚合過程中生成的聚乙烯鏈運動受限，鏈與鏈之間較難形成纏結，從而能夠保持較好的初生態鏈結構，從根本上解決凍膠紡絲工藝中聚乙烯顆粒溶解困難的問題。

技術領域

本發明涉及聚乙烯纖維的制備領域，具體地說，本發明涉及一種高性能聚乙烯纖維的制備方法。

背景技術

聚乙烯纖維是20世紀90年代初出現的第三代高性能纖維。其具有優異的力學性能，還具有密度小、耐候性好、耐化學腐蝕、耐低溫性好、耐磨、耐彎曲性能好、抗切割性能好、比能量吸收高、低導電性，可透過X射線及一定的防水性等特性，被廣泛應用于國防軍需裝備、航空航天、海洋工程、交通運輸、體育運動器材等眾多領域。

聚乙烯纖維的主要生產方法為凍膠紡絲及超拉伸技術，最早由荷蘭DSM公司申請專利，其方法的主要步驟為：將聚乙烯顆粒加入到合適的溶劑中攪拌溶解制成溶液，溶液由螺桿擠出機擠出，經噴絲孔成型，然后冷卻、萃取、干燥、超倍拉伸，最終獲得高強度高模量的聚乙烯纖維。其中，聚乙烯溶液的制備是關鍵。

高性能的聚乙烯纖維通常要求聚乙烯具有極高的分子量，而高分子量聚乙烯具有超長的柔性鏈結構，存在嚴重的分子間和分子鏈內纏結。聚乙烯粉末顆粒在溶劑中的溶解過程實質上就是大分子間的纏結逐漸被溶劑分子拆散并解開纏結的過程，其中，又可分為兩個階段：溶脹和溶解。在溶脹階段，主要表現為溶劑向聚乙烯中滲透和擴散，它是溶解混勻的關鍵。然而溶脹過程比較緩慢，不充分的溶脹會導致在聚乙烯顆粒表層形成一高粘稠層，會阻止溶劑進一步向聚合體內不斷滲透和擴散，也會妨礙大分子向溶劑中擴散。

聚乙烯的分子量越大，凝膠絲條可承受的最大拉伸倍數就越大，所得到的成品纖維的強度越高。但是分子量也不宜過高。分子量太大，導致分子間作用力增大，分子鏈內和分子鏈間鏈纏結嚴重，極不利于均勻溶解。聚乙烯粉末顆粒的形態也會影響溶解過程，不同顆粒尺寸和堆積密度的粉料在溶劑中的溶脹、溶解程度不同，未充分溶解的部分將會在紡絲過程中形成缺陷，極大影響產品性能。此外，溶液中聚乙烯的濃度也受溶解過程限制，濃度太高溶解困難，流動性和可紡性差；濃度太低，分子鏈間纏結點過少，達不到有效拉伸的目的，而且成本高，經濟性差。

傳統工藝直接將聚乙烯粉料投入紡絲液中進行溶脹溶解，濃度為8wt％的聚乙烯溶脹過程需要數十分鐘，極大地影響產量，無法達到經濟生產。為解決這一問題，現有專利提出了多種解決辦法。

中國專利CN 1160093A提出了一種超高分子量聚乙烯纖維連續制備方法，在裝有新型攪拌器、擋板的預溶脹釜內使粉狀超高分子量聚合物預溶脹制得懸浮溶液。中國專利CN 20041009607615提出了一種超高分子量聚乙烯溶液的連續配置混合方法，提出了采用靜態混合器和短長徑比螺桿連續配制混合超高分子量聚乙烯溶液。中國專利CN101608344A通過在溶解釜中加入高剪切作用使聚乙烯適度解纏，來加快溶解。

以上現有技術提供的方法雖然在一定程度上能夠加快溶脹和溶解速度，但無法根本上提高高性能聚乙烯纖維的生產效率。

發明內容