專利名稱：一種超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液的制備方法
技術領域：
本發明涉及纖維紡絲原液的制備方法，具體涉及超高分子量聚乙烯
(UHMWPE)纖維紡絲原液的制備方法。
背景技術：
超高分子量聚乙烯纖維也稱高強高模聚乙婦(HSHMPE)纖維或伸長鏈聚 乙烯(ECPE)纖維，是指相對分子質量在(l ~7)xl06的聚乙烯，經紡絲-超拉 伸后制成的超高分子質量聚乙烯纖維。它是繼石炭纖維、芳綸纖維之后的第三代 高性能纖維。
聚乙烯纖維增強復合材料與其它纖維增強復合材料相比，具有質量輕、耐 沖擊、介電性能高等優點，在現代化戰爭和航空航天、海域防御、武器裝備等 領域發揮著舉足輕重的作用。同時，該纖維在汽車、船舶、醫療器械、體育運 動器材等領域亦有廣闊的應用前景。因此，聚乙烯纖維自問世起就倍受重視， 發展很快。
1979年，荷蘭DSM公司申請了采用凍膠技術制造超高分子量聚乙烯纖 維的專利(NL7900990, NL7904990及相應的US4344908、特公昭64-8732、 US4422993)。凍膠技術是指將聚乙烯與合適的溶劑制成紡絲溶液，然后將紡 絲溶液冷卻到凝膠態，采用萃取工藝將溶劑去除，再經過干燥、超倍(30倍 130倍)熱拉伸得到聚乙烯纖維。由于凍膠紡絲法有利于形成更高效傳輸張 力負荷的伸長鏈結構，因此制備出的聚乙纖維具有非常高的強度和模量，且 耐沖擊性能優異，應用比較廣泛。
聚乙烯凍膠紡絲的關鍵技術是制備解除大分子之間纏結的均勻超高分子 量聚乙烯溶液。如果溶液不是均勻的，在制備纖維的整個過程中，初生絲條 的質量以及在凝膠狀態時的拉伸性就會受到嚴重的影響，材料最終的力學性 能也會受到較嚴重的損害。然而，制造聚乙烯烯均勻溶液是一項非常復雜的 過程，這是因為超高分子量聚乙烯具有非常高的重均分子量(5xl()S以上)， 在聚乙烯溶液采用釜式攪拌的過程中，聚乙烯大分子往往聚集在攪拌桿或其 他裝置的周圍，即發生通常所說的韋森堡效應(weissenberkg現象)。發生韋
4森堡效應時，很難制備均勻的紡絲溶液。
為了解決超高分子量聚乙烯的均勻溶解，人們發明了將超高分子量聚乙 烯溶脹后采用雙螺桿擠出機進 一 步溶解聚乙烯制備均勻溶液的方法。
CN1190137C、 CN1047414C、 JP.86-73743、 JP86-143439均公開了先將超高分 子量聚乙烯在溶劑中經過初步的溶脹后定量地喂入雙螺桿擠出^L進行溶解的 技術方案。由于雙螺桿擠出機的卓越的混煉效果，大大提高了溶解效果，使 超高分子量聚乙烯可溶解濃度得到大幅度的提高，高粘度的溶液又為之后雙 螺桿擠出機機頭壓力的建立、脫泡創造了條件。
采用雙螺桿擠出機制備超高分子量紡絲溶液的過程可分為兩個P介段聚 乙烯纖維在溶劑內的溶脹和在雙螺桿擠出機內的溶解。在溶脹階段，主要表 現為溶劑向超高分子量聚乙烯中滲透與擴散，聚乙烯體積膨脹。溶脹是一個 對溫度極為敏感的吸熱過程，僅在很窄的溫度范圍內進行，溶脹不妥導致無 法制得均勻的紡絲溶液。如果溶脹不足，出現"夾生，，現象，超高分子量聚 乙烯的溶解就會不均勻；溶脹太充分，超高分子量聚乙烯顆粒會聚集成團， 阻礙雙螺桿擠出機的正常均勻喂入，適當的溶脹成為制備均勻溶液的關鍵。
如果制備了不均勻的超高分子量聚乙纖維紡絲溶液，在紡絲時會造成初 生絲條性能不均勻，性能不均勻的初生絲條經過萃取一超拉伸后會制備出性 能不穩定的聚乙烯纖維，具體表現在纖維的各種力學性能的離散系數(變異 系數，CV值)較大。更嚴重的是，使用不均勻的超高分子量聚乙烯紡絲溶 液進行紡絲還會容易發生斷絲的現象。
因此，需要一種能夠制備均勻的超高分子量聚乙纖維紡絲溶液的方法。
發明內容
本發明解決的技術問題在于，提供一種能夠制備均勻的超高分子量聚乙 烯纖維紡絲原液的方法。
為解決上述技術問題，本發明提供一種超高分子量聚乙烯紡絲原液的制 備方法，包括以下步驟
a)將超高分子量聚乙烯粉末與溶劑放在溫度為70°C ~ 150。C的溶脹釜內 攪拌溶脹20分鐘~ 200分鐘得到懸浮液，所述懸浮液中超高分子量聚乙烯的 重量百分比為4%~25%,所述溶劑為室溫下是液體的碳氫化合物；
5b)將所述懸浮液在不超過IO分鐘的時間內送入儲料釜，將懸浮液在儲 料釜內冷卻到室溫；
c )將冷卻后的懸浮液送入雙螺桿擠出機擠壓溶解得到超高分子量聚乙烯溶液。
優選的，所述步驟b)為將所述懸浮液在不超過5分鐘的時間內送入 儲料釜，將懸浮液在儲料釜內冷卻到室溫。
優選的，所述步驟a)中，在溶脹過程完成之前，在溶脹釜內施加不超 過0.5MPa的壓力。
優選的，所述步驟a)中，在溶脹過程完成之前，在溶脹蒼內施加不超 過0.3MPa的壓力。
優選的，所述溶劑選自四氫化萘、十氫化萘、煤油、石蠟油或石蠟中的 一種或幾種。
優選的，所述溶劑為分子量為40 ~ 1000的石蠟油。
優選的，所述步驟c)具體為將所述懸浮液喂入雙螺桿擠出機進行擠壓 溶解制得紡絲溶液，所述懸浮液喂入雙螺桿擠出機的入口溫度為85°C~120 °C ,中間擠壓溶解的溫度為120°C ~ 250°C ,出口溫度為200°C ~ 260°C ,雙螺 桿擠出機的旋轉速度為30r/min ~ 300r/min。
優選的，所述步驟a)包括
al)將所述溶劑分為第一質量份M!和第二質量份M2， ]V^與M2的質量 比為20-30: 80~70,將JV^在溶脹釜內預熱到IO(TC ~ 120°C ，然后將超高 分子量聚乙烯粉末與M!混合進行第一次溶脹，第一次溶脹時間為5分鐘~ 20分鐘；
a2)將M2預熱到70°C ~ 100。C與初步溶脹后的超高分子量聚乙烯和M！ 混合進行第二次溶脹得到懸浮液，進行步驟b )，第二次溶脹時間為15分鐘~ 40分鐘。
優選的，所述Mt與M2的質量比為22 ~ 28: 78 ~ 72。 本發明提供一種超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液的制備方法。本發明在 溶脹過程完成后，將懸浮液立即送入室溫下的儲料釜進行冷卻，防止懸浮液 繼續在溶脹釜內吸熱發生過溶脹，再將均勻溶脹后的懸浮液送入雙螺桿擠出機擠壓溶解可以制備均勻的超高分子量聚乙烯紡絲溶液。另外，本發明先將 聚乙烯粉末與溶劑的兩部分先后在高溫和低溫下進行溶脹，在高溫溶脹時， 溶脹速率快，有利于溶劑在聚乙烯粉末內的滲透，然后在低溫下進行較為緩 慢的溶脹，可以使溶脹過程更加均勻，有利于制備均勻的紡絲溶液。在利用 本發明提供的紡絲溶液進行紡絲時，在不同的拉伸條件下，提高了纖維力學 性能的穩定性。
圖l是本發明制備超高分子量聚乙烯紡絲原液示意圖。
具體實施例方式
本發明的一個涉及制備超高分子量聚乙烯纖維紡絲原液的制備方法，包
括以下步驟
a) 將超高分子量聚乙烯粉末與溶劑放在溫度為70°C ~ 130。C的溶脹釜內 攪拌溶脹20分鐘~ 60分鐘得到懸浮液，所述懸浮液中超高分子量聚乙烯的 重量百分比為4% ~ 25%,所述溶劑為室溫下是液體的碳氬化合物；
b) 將所述懸浮液在不超過IO分鐘的時間內送入儲料釜，將懸浮液在儲 料釜內冷卻到室溫；
c) 將冷卻后的懸浮液送入雙螺桿擠出機擠壓溶解得到超高分子量聚乙烯 溶液。
為達到本發明的目的，所述超高分子量聚乙烯為重均分子量(Mw)為(1 ~ 7) xi(^的線性超高分子量聚乙烯，優選的，重均分子量為(1.5-4.5) xl06, 更優選的，重均分子量為(1.8-4.0) xl06。所述超高分子量聚乙烯的粉末粒 度為40nm(微米) 20(Him,優選的，所述超高分子量聚乙烯粉末粒度為 ,m~ 180拜。
為了達到本發明的目的，所述作為超高分子量聚乙烯紡絲原液的溶劑為 室溫下是液體的碳氪化合物，優選的，可以為氬化萘或烷烴系列，例如可以 選自四氫化萘、十氫化萘、煤油、石蠟油或石蠟中的一種或幾種作為超高分 子量聚乙烯的溶劑；更優選的，溶劑為40 1000的石蠟油。
本文中，先將超高分子量聚乙烯與溶劑混合進行溶脹，在溶脹的過程中， 溶劑分子向超高分子量聚乙烯大分子滲透與擴散，溶脹是一個對溫度極為敏感的吸熱過程。進行適度的溶脹是制備超高分子量聚乙烯纖維均勻紡絲溶液 的關鍵，所述的適度是指溶脹既要充分進行，也不能溶脹過度，如果有聚乙 烯分子由于未被溶劑充分滲透出現"夾生"的現象，那么在后續對其進行擠
壓溶解時，這種"夾生"的聚乙烯也不能被溶解，紡絲時會導致斷絲的發生； 如果聚乙烯分子發生了過度溶脹，會導致懸浮液濃度升高，發生韋森堡效應， 從而在進行擠壓溶解時，會使紡絲溶液不均勻，具體表現為制備的超高分子 量聚乙烯纖維性能極不穩定，離散系數(CV值，Coefficient of Variance)過 大，使纖維的實用性下降。
因此，為了進行適度的溶脹，必須嚴格控制溶脹工藝，即在溶脹過程中， 要在合適的溫度范圍內嚴格控制溶脹時間，為了使超高分子量充分溶脹，時 間要足夠長，溫度要控制準確，為防止溶脹過度， 一旦溶脹過程結束時，需 要立刻結束溶脹過程。為了達到這樣的目的，本發明使超高分子量聚乙烯粉 末與溶劑混合溶脹20分鐘~ 60分鐘后制成懸浮液后，需要在不超過10分鐘 的時間內，將懸浮液送入溫度為室溫的儲料釜內；優選的，在不超過5分鐘 的時間內，將懸浮液送入溫度為室溫的儲料釜內；更優選的，在不超過4分 鐘的時間內，將懸浮液送入溫度為室溫的儲料釜內。對于溶脹釜和儲料釜， 本發明并無特別的限制，可以使用本領域技術人員熟知的反應釜。
由于溶脹過程是在高溫的溶脹釜內進行的，溶脹釜一般采用熱水套進行 加熱，降溫速率慢，當溶脹達到要求后，如果使懸浮液繼續停留在溶脹蒼內 等到溶脹釜溫度降到室溫時，在這個等待的過程中，懸浮液會繼續吸熱進行 溶脹反應；或者，懸浮液流入儲料釜的時間太長，懸浮液也會繼續吸熱進行 溶脹反應。因此，本發明將懸浮液在溶脹達到要求后在不超過10分鐘的時間 內送入室溫的儲料釜。為了達到快速送料的目的，可以在溶脹釜與儲料蒼之 間設置多個送料通道，使送料一次完成；另外，也可以在溶脹達到要求的時 間以前，在溶脹釜內施加不超過0.5MPa的壓力，優選的，施加不超過0.3MPa 的壓力，使溶脹后的懸浮液在壓力的作用下快速送入儲料釜。對于在溶脹釜 內施加壓力的時間點，本發明并無具體限制，只要在溶脹完成之前加壓即可。
按照本發明，將所述超高分子量聚乙烯與溶劑在溫度為70。C 150。C的 范圍內溶脹20分鐘-200分鐘，優選的，將所述超高分子量聚乙烯與溶劑在溫度為75°C ~ 125°C的范圍內溶脹25分鐘~ 55分鐘。為了制備可紡性能高的 均勻的超高分子量聚乙烯紡絲溶液，本發明提供的紡絲溶液中超高分子量聚 乙烯的重量百分比為4%~25%，優選的，紡絲溶液中超高分子量聚乙烯的重 量百分比為5%~19%,更優選的，紡絲溶液中超高分子量聚乙烯的重量百分 比為7%~ 15%。
按照本發明，在對超高分子量聚乙烯進行溶脹時，為了達到更好的效果， 本發明將溶劑分成第 一質量份M！和第二質量份M2先后與超高分子量聚乙烯 混合進行溶脹，因此在步驟a)可以分兩步完成
al)將溶劑分為第一質量份M,和第二質量份M2， Mi與M2的質量比為 20~30: 80~70， 優選的，M,與M2的質量比為22~28: 78~72，將JV^ 在溶脹釜內預熱到100°C~120°C，然后將超高分子量聚乙烯粉末與Mr混合 進行第一次溶張，第一次溶脹時間為5分鐘 20分鐘，優選的，第一次溶月長 時間為10分鐘~ 15分鐘；
a2)將M2預熱到70°C ~ 100。C與初步溶脹后的超高分子量聚乙烯和M！ 混合進行第二次溶脹得到懸浮液，進行步驟b),第二次溶脹時間為15分鐘~ 40分鐘。
在步驟al)中，超高分子量聚乙烯先與質量較少的M,混合后，由于濃 度較高，溫度高的溶劑對于聚乙烯的預溶脹效果明顯，有利于使超高分子量 聚乙烯均勻溶脹。但是由于溫度較高，為了防止過溶脹，因此這個階段時間 不能過長。經過第一次溶脹后，再將溫度為70°C ~ IO(TC的第二質量份M2 放入溶脹釜內進行第二次溶脹，在進行第二次溶脹的過程中，可以將溶脹釜 的環境溫度降到與M2同樣的溫度，由于第二次溶脹進行的時間較長，因此 降溫速率對本發明的技術方案并無影響。在這一步驟中，溶脹的速度變慢， 使溶脹更加均勻。
超高分子量聚乙烯經過溶張制備懸浮液后需要將其送入儲料釜內冷卻至 室溫，再將冷卻后的懸浮液送入雙螺桿擠出機進行擠壓溶解得到均勻的紡絲 溶液。其中，懸浮液送入雙螺桿的入口溫度為85。C 120。C,中間4齊壓溫度 為120。C 250。C,出口溫度為200°C ~260°C。懸浮液在雙螺桿擠出機內的停 留時間不超過10分鐘，優選的，停留時間為3分鐘 8分鐘，更優選的，停
9留時間為4~6分鐘。雙螺桿擠出機的旋轉速度為70r/min (轉/分鐘)~ 200r/min,優選的，雙螺桿擠出機的旋轉速度為90r/min ~ 200r/min。
按照本發明，在制備紡絲溶液后，需要將紡絲溶液制成超高分子量聚乙 烯纖維，測試其力學性能才能更客觀、準確的評價紡絲溶液的均勻性。因此， 采用凍膠紡絲技術制備超高分子量聚乙烯凍膠原絲。凍膠紡絲的工藝為噴 絲孔的孔徑為0.6mm~ 5mm，噴絲孔的長徑比L/D為6/1 ~ 30/1,紡絲溶液才齊 出速率為0.5m/min~ 10m/min;擠出后，紡絲液經過0°C ~ 36。C的冷卻定型， 噴頭牽伸倍數不超過2倍，優選的，噴頭牽伸倍數不超過1.8倍。
由于凍膠絲中的溶劑不利于后續的拉伸，因此需要采用萃取工藝將凍膠 絲中的溶劑去除，選用的萃取劑對溶劑應該具有良好的相混或相容性，并且 具有低的沸點和高的揮發性。所用萃取劑可以為易揮發的低級烷烴或卣代烴。 例如，當使用石蠟油作為溶劑時，可以選用已烷、庚烷、曱苯、氯曱烷、溶 劑油等作為萃取劑，優選的，選用溶劑油作為萃取劑。超高分子量聚乙烯經 過萃取后，在40。C-80。C的溫度范圍內對其進行干燥使萃取劑揮發。對干燥 后的凍膠原絲在70°C ~ 160。C的溫度范圍內施加30倍~ 130倍的熱拉伸制成 超高分子量聚乙烯纖維。
本發明中纖維力學性能是按照如下方法測試的采用DXLL-20000電子 拉力機測定纖維的強度和模量，測試條件為夾距250mm，下降速度50mm/min (毫米/分鐘)
每個式樣的性能值取X,， X2…X。共n個式樣的性能值； 式樣性能取算術平均值即
X = ^~--------------------------------------------------------公式1
n
/>式1中Xi—每個試樣的性能值，
n-試樣數；
標準差(S)采用如下的方法
10s =
l;(x-x')2
公式2
n — l
公式2中，S為標準差，其它符號同公式l; 離散系數(CV )采用如下的方法
CV=|;X100%------------------------------------------------公式3
公式3中，CV為離散系數，其它符號同公式2。
為了進一步了解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描 述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不 是對本發明權利要求范圍的限制。 實施例
為了更好的比較效果，在以下的實施例和比較例中使用了相同的原料， 所用超高分子聚乙烯的重均分子量Mw為2.4x106，粉末粒度為80jim 120pm,所用溶劑為滲透性石蠟油(r|=7.5)，所用萃取劑為120號溶劑油。
實施例1
將石蠟油19kg在溶脹釜101內預熱到U2。C,再將5kg超高分子量聚乙 烯粉末放到溶脹釜內與石蠟油混合進行第一次溶脹8分鐘；第一次溶脹后， 再將溫度為88。C的第二份石蠟油76kg放到溶脹釜內進行第二次溶脹得到超 高分子量聚乙烯懸浮液，第二次溶脹時間為25分鐘，放入第二份石蠟油的同 時，將溶脹釜的環境溫度降到88°C。
第二次溶脹過程進行到20分鐘時，在溶脹釜101內施加0.2MPa的壓力， 第二次溶脹到達時間后，將懸浮液在壓力的作用下送入溫度為20。C的儲料釜 102內冷卻，懸浮液送入儲料釜的時間不超過2.5分鐘。
將冷卻后的懸浮液送入雙螺桿擠出機103中進行大分子的解纏。其中， 雙螺桿擠出機的送入口溫度為100°C、中間溫度為185°C、出口溫度為220°C, 在雙螺桿擠出機內停留的時間為5分鐘，雙螺桿擠出機旋轉速度為180r/min。 懸浮液經過雙螺桿擠出機的解纏、擠出制成透明的凍膠溶液。
將凍膠溶液經過計量泵104、具有400孔的噴絲板105 (噴絲孔直徑
ii0.8mm,長徑比L/D為10/1 )以lm/min的噴絲速度沖齊出進入溫度為25。C的 凝固水槽106使絲條定型，然后采用噴頭拉伸機107對凍膠絲施加1.5倍的 噴頭拉伸得到凍膠絲。
將凍膠絲采用120號溶劑油萃取后分別經過55。C和6(TC兩級干燥。
將干燥后的凍膠絲進行三級熱拉伸，具體工藝為第一級拉伸溫度為100 。C、牽倍為2.5倍；第二級拉伸溫度為12(TC、牽倍為3.8倍；第三級拉伸溫 度為130。C、牽倍為4.4倍。凍膠絲經過三級拉伸得到超高分子量聚乙烯纖維。
對纖維取樣進行力學性能測試，每次取十個樣，結果取平均值，將結果 列于表2。
實施例2
將石蠟油23kg在溶脹釜101內預熱到118°C，再將8kg超高分子量聚乙 烯粉末放到溶脹釜內與石蠟油混合進行第 一次溶脹15分鐘；第 一次溶脹后， 再將溫度為98。C的第二份石蠟油69kg放到溶脹釜內進行第二次溶脹得到超 高分子量聚乙烯懸浮液，第二次溶脹時間為30分鐘，放入第二份石蠟油的同 時，將溶脹釜的環境溫度降到98°C。
第二次溶脹過程進行到25分鐘時，在溶脹釜101內施加0.3MPa的壓力， 第二次溶脹到達時間后，將懸浮液在壓力的作用下送入溫度為20。C的儲料釜 102內冷卻，懸浮液送入儲料釜的時間不超過3分鐘。
將冷卻后的懸浮液送入雙螺桿擠出機103中進行大分子的解纏。其中， 雙螺桿擠出機的送入口溫度為105°C、中間溫度為185°C、出口溫度為225°C, 在雙螺桿擠出機內停留的時間為5分鐘，雙螺桿擠出機旋轉速度為180r/min。 懸浮液經過擠壓溶解后被制成透明的凍膠溶液。
將凍膠溶液進行紡絲、萃取、干燥工序制成凍膠絲，其中，紡絲工藝、 萃取工藝、干燥工藝與實施例l相同。
將干燥后的凍膠絲進行三級熱拉伸，具體工藝為第一級拉伸溫度為100 。C、牽倍為2.5倍；第二級拉伸溫度為120。C、牽倍為3.5倍；第三級拉伸溫 度為135。C、牽倍為4.3倍。凍膠絲經過三級拉伸得到超高分子量聚乙烯纖維。
對纖維取樣進行力學性能測試，每次取十個樣，結果取平均值，將結果 列于表2。
12實施例3
將石蠟油27kg在溶脹釜內預熱到123°C,再將10kg超高分子量聚乙烯 粉末放到溶脹釜內與石蠟油混合進行第一次溶脹15分鐘；第一次溶脹后，再 將溫度為90。C的第二份石蠟油63kg放到溶脹釜進行第二次溶脹得到超高分 子量聚乙烯懸浮液，第二次溶脹時間為32分鐘，放入第二份石蠟油的同時， 將溶脹釜的環境溫度降到90°C。
第二次溶脹過程進行到25分鐘時，在溶脹釜101內施加lMPa的壓力， 第二次溶脹到達時間后，將懸浮液在壓力的作用下送入溫度為20。C的儲料釜 102內冷卻，懸浮液送入儲料蚤的時間不超過3分鐘。
將冷卻后的懸浮液送入雙螺桿擠出機103中進行大分子的解纏。其中， 雙螺桿擠出機的送入口溫度為107°C、中間溫度為185°C、出口溫度為225°C， 在雙螺桿擠出機內停留的時間為5分鐘，雙螺桿擠出機旋轉速度為180r/min。 懸浮液經過擠壓溶解后被制成透明的凍膠溶液。
將凍膠溶液進行紡絲、萃取、干燥工序制成凍膠絲。其中，紡絲工藝、 萃耳又工藝、干燥工藝與實施例l相同。
將干燥后的凍膠絲進行三級熱拉伸，具體工藝為第一級拉伸溫度為100 。C、牽倍為2.8倍；第二級拉伸溫度為120°C、牽倍為3.8倍；第三級拉伸溫 度為130。C、牽倍為4.3倍。凍膠絲經過三級拉伸得到超高分子量聚乙烯纖維。
對纖維取樣進行力學性能測試，每次取十個樣，結果取平均值，將結果 列于表2。
實施例4
將石蠟油18kg在溶脹釜內預熱到U2。C,再8kg將超高分子量聚乙烯粉 末放到溶脹釜內與石蠟油混合進行第一次溶脹12分鐘；第一次溶脹后，再將 溫度為88。C的第二份石蠟油72kg放到溶脹釜第二次溶脹得到超高分子量聚 乙烯懸浮液，第二次溶脹時間為30分鐘，放入第二份石蠟油的同時，可以將 溶脹釜的環境溫度降到88°C。
第二次溶脹過程進行到25分鐘時，在溶脹釜101內施加0.2MPa的壓力， 第二次溶脹到達時間后，將懸浮液在壓力的作用下送入溫度為20。C的儲料釜 102內冷卻，懸浮液送入儲料釜的時間不超過3min。將冷卻后的懸浮液送入雙螺桿擠出機103中進行大分子的解纏。其中， 雙螺桿擠出機的送入口溫度為104°C、中間溫度為185。C、出口溫度為175， 在雙螺桿擠出機內停留的時間為5分鐘，雙螺桿擠出機旋轉速度為180r/min。 懸浮液經過擠壓溶解后被制成透明的凍膠溶液。
將凍膠溶液進行紡絲、萃取、干燥工序制成凍膠絲，其中，紡絲工藝、 萃取工藝、干燥工藝與實施例l相同。
將干燥后的凍膠絲進行三級熱拉伸，具體工藝為第一級拉伸溫度為100 。C、牽倍為2.5倍；第二級拉伸溫度為120°C、牽倍為3.5倍；第三級拉伸溫 度為130。C、牽倍為4.2倍。凍膠絲經過三級拉伸得到超高分子量聚乙烯纖維。
對纖維取樣進行力學性能測試，每次取十個樣，結果取平均值，將結果 列于表2。
實施例5
將石蠟油22.5kg在溶脹釜101內預熱到118。C，再將10kg超高分子量聚 乙烯粉末放到溶脹釜內與石蠟油混合進行第一次溶脹16分鐘；第一次溶脹 后，再將溫度為95。C的第二份石蠟油67.5kg放到溶脹釜內第二次溶脹得到超 高分子量聚乙烯懸浮液，第二次溶脹時間為32分鐘，放入第二份石蠟油的同 時，可以將溶脹釜的環境溫度降到95°C。
第二次溶脹過程進行到25分鐘時，在溶脹釜IOI內施加0.2MPa的壓力， 第二次溶脹到達時間后，將懸浮液在壓力的作用下送入溫度為20。C的儲料釜 102內冷卻，懸浮液送入儲料釜的時間為3分鐘。
將冷卻后的懸浮液送入雙螺桿擠出機103中進行大分子的解纏。其中， 雙螺桿擠出機的送入溫度為108°C、中間溫度為190。C、出口溫度為225。C， 在雙螺桿擠出才幾內停留的時間為5分鐘，雙螺桿擠出機i走轉速度為180r/min。 懸浮液經過擠壓溶解后被制成透明的凍膠溶液。
將凍膠溶液進行紡絲、萃取、干燥工序制成凍膠絲，其中，紡絲工藝， 萃取工藝、干燥工藝與實施例l相同。
將干燥后的凍膠絲進行三級熱拉伸，具體工藝為第一級拉伸溫度為100 。C、牽倍為2.2倍；第二級拉伸溫度為12(TC、牽倍為3.5倍；第三級拉伸溫 度為130。C、牽倍為4.3倍。凍膠絲經過三級拉伸得到超高分子量聚乙烯纖維。對纖維取樣進行力學性能測試，每次取十個樣，結果取平均值，將結果 列于表2。
實施例6
將28.5kg石蠟油在溶脹釜內預熱到U5。C，再將5kg超高分子量聚乙烯 粉末放到溶脹釜內與石蠟油混合進行第一次溶脹15分鐘；第一次溶脹后，再 將溫度為90。C的第二份石蠟油66.5kg放到溶脹釜進行第二次溶脹得到超高 分子量聚乙烯懸浮液，第二次溶脹時間為35分鐘，放入第二份石蠟油的同時， 將溶脹釜的環境溫度降到90°C。
第二次溶脹過程進行到30分鐘時，在溶脹釜101內施加0.2MPa的壓力， 第二次溶脹過程到達時間后，將懸浮液在壓力的作用下送入溫度為2(TC的儲 料釜101內冷卻，懸浮液送入儲料釜的時間為3分鐘。
將冷卻后的懸浮液送入雙螺桿擠出機103中進行大分子的解纏。其中， 雙螺桿擠出機的送入口溫度為IO(TC、中間溫度為185°C、出口溫度為170°C, 在雙螺桿擠出機內停留的時間為5分鐘，雙螺桿擠出機旋轉速度為180r/min。 懸浮液經過雙螺桿擠出機的解纏、擠出制成透明的凍膠溶液。
將凍膠絲溶液進行紡絲、萃取、干燥工序制成凍膠絲，其中，紡絲工藝、 萃耳又工藝、干燥工藝與實施例l相同。
將干燥后的凍膠絲進行三級熱拉伸，具體工藝為第一級拉伸溫度100 。C、牽倍為2.5倍；第二級拉伸溫度120。C、牽倍為3.5倍；第三級拉伸溫度 為13(TC、牽倍為4倍。凍膠絲經過三級拉伸得到超高分子量聚乙烯纖維。
實施例7
將92kg石蠟油在溶脹釜內預熱到120°C,再將8kg超高分子量聚乙烯放 到溶脹釜內與石蠟油混合溶脹40分鐘得到懸浮液。在溶脹過程進行到35分 鐘時，在溶脹釜內施加0.3MPa的壓力，溶脹到達時間后，將懸浮液在壓力 的作用下送入溫度為20。C的儲料釜101內冷卻，懸浮液送入儲料釜的時間為 3分鐘。
將冷卻后的懸浮液送入雙螺桿擠出機103中進行大分子的解纏。其中， 雙螺桿擠出機的送入口溫度為105°C、中間溫度為185°C、出口溫度為175°C， 在雙螺桿擠出機內停留的時間為5分鐘，雙螺桿擠出機旋轉速度為180r/min。懸浮液經過雙螺桿擠出機的解纏、擠出制成透明的凍膠溶液。
將凍膠絲溶液進行紡絲、萃取、干燥工序制成凍膠絲，其中，紡絲工藝、 萃取工藝、干燥工藝與實施例l相同。
將干燥后的凍膠絲進行三級熱拉伸，具體工藝為第一級拉伸溫度為100 。C、牽倍為2.5倍；第二級拉伸溫度為120°C、牽倍為3.5倍；第三級拉伸溫 度為13(TC、牽倍為4.2倍。凍膠絲經過三級拉伸得到超高分子量聚乙烯纖維。
對纖維取樣進行力學性能測試，每次取十個樣，結果取平均值，將結果 列于表2。
比專支例1
將5kg超高分子量聚乙烯粉末放到溶脹釜內與95kg石蠟油在130'C的溫 度下混合溶脹20分鐘制得超高分子量聚乙烯懸浮液。將懸浮送入雙螺桿擠出 機中進行大分子的解纏。其中，雙螺桿擠出機的送入口溫度為100。C、中間 溫度為185°C、出口溫度為165。C，在雙螺桿擠出機內停留的時間為5分鐘， 雙螺桿擠出機旋轉速度為180r/min。懸浮液經過雙螺桿的解纏、擠出制成透 明的凍月交溶液。
將凍膠紡絲溶液進行紡絲、萃取、干燥工序制成凍膠絲，其中，紡絲工 藝、萃耳又工藝、干燥工藝與實施例l相同。
將干燥后的凍膠絲進行三級拉伸，具體工藝為第一級拉伸溫度為100 。C、牽倍為2.5倍；第二級拉伸溫度為120。C、牽倍為3.5倍；第三級拉伸溫 度為130°C、牽倍為4倍。凍膠絲經過三級拉伸得到超高分子量聚乙烯纖維。
對纖維取樣進行力學性能測試，每次取十個樣，結果取平均值，將結果 列于表2 。
比車交例2
將8kg超高分子量聚乙烯粉末放到溶脹釜內與92kg石蠟油在120。C的溫 度下混合溶脹25分鐘制得超高分子量聚乙烯懸浮液。將懸浮液送入雙螺桿擠 出機中進行大分子的解纏。其中，雙螺桿擠出機的送入口溫度為105°C、中 間擠壓溶解溫度為185°C、出口溫度為165°C，在雙螺桿擠出機內停留的時間 為5分鐘，雙螺桿擠出機旋轉速度為180r/min。懸浮液經過雙螺桿擠出機的 解纏、擠出制成透明的凍膠溶液。
16將凍膠溶液進行紡絲、萃取、干燥工序制成凍膠絲，其中，紡絲工藝、 萃取工藝、干燥工藝與實施例l相同。
將干燥后的凍膠絲進行三級拉伸，具體工藝為第一級拉伸溫度為100 。C、牽倍為2.5倍；第二級拉伸溫度為120°C、牽倍為3.5倍；第三級拉伸溫 度為130。C、牽倍為4.2倍。凍膠絲經過三級拉伸得到超高分子量聚乙烯纖維。
對纖維取樣進行力學性能測試，每次取十個樣，結果取平均值，將結果 列于表2 。
表2超高分子量聚乙烯纖維實施例和比較例性能對照表
強度 (cN/dtex )強度CV 值(％ )模(cN/dtex)伸長 (%)纖度 其它 (dtex )
實施例129.22.810483.21.27
實施例226.42.710243.61.21
實施例327.62.410353.51,23
實施例428.692.611243.61.6
實施例527.42.59523.91.65
實施例631.12.811953.41.63
實施例728.563.110764.01.23
比車i例121.285.27402.11.6
比專交例224.64.99673.51.59
從以上敘述可以看出，在對超高分子量聚乙烯進行溶脹的過程中，通過 嚴格控制溶脹時間，可以制備均勻的紡絲溶液，從而在制備超高分子量聚乙 烯纖維時，在不同的拉伸工藝下，纖維的穩定性都得到很大提高。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普 通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤 飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
1權利要求
1、一種超高分子量聚乙烯纖維紡絲溶液的制備方法，包括以下步驟a)將超高分子量聚乙烯粉末與溶劑放在溫度為70℃～150℃的溶脹釜內攪拌溶脹20分鐘～200分鐘得到懸浮液，所述懸浮液中超高分子量聚乙烯的重量百分比為4％～25％，所述溶劑為室溫下是液體的碳氫化合物；b)將所述懸浮液在不超過10分鐘的時間內送入儲料釜，將懸浮液在儲料釜內冷卻到室溫；c)將冷卻后的懸浮液送入雙螺桿擠出機擠壓溶解得到超高分子量聚乙烯溶液。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟b)為將所述懸 浮液在不超過5分鐘的時間內送入儲料釜，將懸浮液在儲料釜內冷卻到室溫。
3、 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述步驟a)中，在溶 脹過程完成之前，在溶脹釜內施加不超過0.5MPa的壓力。
4、 根據權利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟a)中，在溶脹過 程完成之前，在溶脹釜內施加不超過0.3MPa的壓力。
5、 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述溶劑選自四氬化萘、 十氫化萘、煤油、石蠟油或石蠟中的一種或幾種。
6、 根據權利要求5所述的方法，其特征在于所述溶劑為分子量為40- 1000 的石錯油。
7、 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述懸浮液中超高分子 量聚乙烯的重量百分比為6%~15%。
8、 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述步驟c)具體為將 所述懸浮液喂入雙螺桿擠出機進行擠壓溶解制得紡絲溶液，所述懸浮液喂入雙 螺桿擠出機的入口溫度為85°C ~ 120°C，中間擠壓溶解的溫度120°C ~230°C， 出口溫度為200°C ~ 260°C,雙螺桿擠出機的旋轉速度為30r/min ~ 300r/min。
9、 根據權利要求1或2任一項所述的方法，其特征在于所述步驟a)包括al)將所述溶劑分為第一質量份Mi和第二質量份M2， M!與M2的質量比 為20 30: 80~70,將M!在溶脹釜內預熱到100°C~120°C,然后將超高分子量聚乙烯粉末與Mi混合進行第一次溶脹，第一次溶脹時間為5分鐘~20分 鐘；a2)將M2預熱到70°C ~ IO(TC與初步溶月長后的超高分子量聚乙烯和M, 混合進行第二次溶脹得到懸浮液，進行步驟b)，第二次溶脹時間為15分鐘~ 40分鐘。
10、根據權利要求9所述的方法，其特征在于所述Mi與M2的質量比為 22~28: 78 — 72。
全文摘要
本發明公開一種超高分子量聚乙烯纖維紡絲溶液制備方法，包括步驟a)將超高分子量聚乙烯粉末與溶劑放在溫度為70℃～150℃的溶脹釜內溶脹20分鐘～200分鐘得到懸浮液，所述懸浮液中超高分子量聚乙烯的重量百分比為4％～25％，所述溶劑為室溫下是液體的碳氫化合物；b)將所述懸浮液在不超過10分鐘的時間內送入儲料釜，將懸浮液在儲料釜內冷卻到室溫；c)將冷卻后的懸浮液送入雙螺桿擠出機擠壓溶解得到超高分子量聚乙烯溶液。本發明在溶脹過程完成后，將懸浮液立即送入室溫下的儲料釜內進行冷卻，防止發生過溶脹現象，可以制備均勻的超高分子量聚乙烯紡絲溶液。
文檔編號D01D1/02GK101575743SQ20081009690
公開日2009年11月11日 申請日期2008年5月5日 優先權日2008年5月5日
發明者周成程 申請人:寧波榮溢化纖科技有限公司