專利名稱：高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度、高模量聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝。
碳纖維、芳綸和高強(qiáng)高模聚乙烯纖維是當(dāng)今世界上所稱的三大特種纖維。其中，高強(qiáng)高模聚乙烯纖維采用超高分子量聚乙烯經(jīng)柔性鏈聚合，通過凍膠紡而制成，其力學(xué)性能和強(qiáng)度為所有纖維之最。目前世界上只有荷蘭、美國(guó)和日本三國(guó)生產(chǎn)，年產(chǎn)量?jī)H4000噸，技術(shù)也處于發(fā)展和研制之中，而我國(guó)目前尚處空白，長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，價(jià)格相當(dāng)昂貴，每噸6萬多美元。由于該項(xiàng)目主要用于軍事國(guó)防、航天航海工業(yè)，因而被少數(shù)國(guó)家技術(shù)封鎖和產(chǎn)品壟斷。
公知技術(shù)中，ZL 87103211“制備高強(qiáng)度和高模量聚乙烯醇纖維的方法”，公開的是由聚(乙烯醇)在水和水相混溶的有機(jī)溶劑所組成的混合溶劑中的溶液制備高強(qiáng)度、高模量纖維。該方法與本發(fā)明的工藝方法截然不同，因此該技術(shù)產(chǎn)品在斷裂強(qiáng)度、模量、延伸率、含油率等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到工業(yè)要求。
另，ZL 90102855.X“高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的制備方法”，公開的是將超高分子量聚乙烯溶于煤油溶劑中制成半稀溶液，經(jīng)紡絲驟冷成凍膠纖維，經(jīng)萃取干燥工藝所制成。該技術(shù)的關(guān)鍵問題雖然對(duì)超高分子量聚合體進(jìn)行了溶解，但是，沒有拆散超高分子量的大分子纏結(jié)，而且使大分子鏈的這種解纏狀態(tài)自始至終得以保持。這樣，不能提高纖維的聚向度和結(jié)晶度。
本發(fā)明的目的，在于開發(fā)一種高強(qiáng)、高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝，形成技術(shù)突破與創(chuàng)新，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，為國(guó)爭(zhēng)光，同時(shí)為國(guó)家節(jié)約大量外匯。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
將超高分子量聚合體溶解在相應(yīng)的溶劑之中，以拆散超高分子量的大分子纏結(jié)，以高分子聚合體溶液經(jīng)特制的雙螺桿擠壓到噴絲孔中擠出，然后驟冷凝固，使大分子鏈的這種解纏狀態(tài)得以保持，然后，經(jīng)熱拉伸，使大分子鏈得到充分伸展和密集排列，在此，纖維的聚向度、結(jié)晶度大大提高，由此獲得的纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能，強(qiáng)度可超過30g/d。
結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明1、超高分子量聚乙烯紡絲溶液的連續(xù)制備將超高分子量聚合體混合在一定配比的溶劑中進(jìn)行溶脹，以次來拆散超高分子量的大分子纏結(jié)，保持均勻的超高分子量聚合體溶液連續(xù)供給特制的雙螺桿擠出機(jī)。
2、雙螺桿擠壓紡絲是高強(qiáng)高模聚乙烯纖維實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。原先國(guó)內(nèi)的普通雙螺桿擠出機(jī)不能擠壓出溶液體，為此做了專門改造，從而可以使用雙螺桿溶液紡絲技術(shù)。
3、高效連續(xù)萃取是高強(qiáng)高模聚乙烯纖維工業(yè)化生產(chǎn)及提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，自行設(shè)計(jì)制造了一套封閉式逆向走動(dòng)萃取裝置，它將萃取劑放在萃取箱中，再將凍膠絲在萃取箱中逆向走動(dòng)，連續(xù)萃取，以達(dá)到優(yōu)良的萃取結(jié)果。
4、超倍拉伸傳統(tǒng)的拉伸設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足超倍拉伸的需要，本工藝需超高倍(30倍以上)拉伸，并保證了工藝要求和纖維的質(zhì)量，解決了高強(qiáng)高模聚乙烯纖維實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵，是化纖拉伸的一大突破。
5、超高分子量聚乙烯作備溶液體的溶劑選擇自行研制了以乳化混合油作溶劑，徹底解決了纖維的并絲現(xiàn)象，
提高了纖維的結(jié)晶度。
其優(yōu)點(diǎn)在于由于采取了高分子量聚合體為原則，通過超高倍拉伸，使大分子鏈達(dá)到高聚向度和高結(jié)晶度，使纖維達(dá)到高強(qiáng)特性，強(qiáng)度是所有纖維之最；由于聚乙烯為原料，它的比重輕(為0.98)，使之成為比重輕、強(qiáng)度最高的產(chǎn)業(yè)化纖維；由于聚乙烯為柔性鏈結(jié)構(gòu)，它具有較大的能量吸收值，使之成為抗沖擊、抗切割、韌性的優(yōu)良材料；由于聚乙烯為亞甲基基團(tuán)組成，決定了它具有良好的耐低溫、耐腐蝕、耐紫外線的性能。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝，是經(jīng)過溶劑溶解、紡絲驟冷凍膠、萃取、干燥、熱拉伸等工藝過程，其特征在于將超高分子量聚合體溶解在相應(yīng)的溶劑之中，拆散超高分子量的大分子纏結(jié)，將溶解的高分子量聚合物溶液進(jìn)行噴絲，然后驟冷凝固，讓大分子量的解纏狀態(tài)得以保持；將凍膠絲進(jìn)行高效連續(xù)萃??；再將萃取物進(jìn)行超高倍拉伸，讓大分子鏈得到充分伸展和密集排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝，其特征在于上述的相應(yīng)溶劑為乳化混合油類。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝，其特征在于拆散超高分子量聚合體的大分子纏結(jié)，是將超高分子量聚合體混合在一定配比的溶劑中進(jìn)行溶脹。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝，其特征在于已經(jīng)拆散超高分子量大分子纏結(jié)的聚合體，必須經(jīng)過雙螺桿擠壓紡絲和驟冷凍膠，才能進(jìn)行下一工藝工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝，其特征在于高效連續(xù)萃取是在封閉的逆向走動(dòng)的萃取裝置中進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝，其特征在于萃取物的超高倍熱拉伸是在30倍以上的條件下進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝。本發(fā)明采用超高分子量聚乙烯,經(jīng)柔性鏈聚合,通過凍膠紡而制成。本發(fā)明工藝包括溶劑溶解、紡絲驟冷凍膠、萃取、干燥、熱拉伸等工藝過程。本發(fā)明形成了技術(shù)突破與創(chuàng)新,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,在為國(guó)家爭(zhēng)光的同時(shí),也為國(guó)家節(jié)省了大量外匯。
文檔編號(hào)D01D5/06GK1268588SQ9911158
公開日2000年10月4日 申請(qǐng)日期1999年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月19日
發(fā)明者陳成泗 申請(qǐng)人:陳成泗