CN101307507A - 一种高强高模超高分子量聚乙烯中空扁纤维的制备方法 - Google Patents
一种高强高模超高分子量聚乙烯中空扁纤维的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种高强高模超高分子量聚乙烯中空扁纤维的制备方法，属纤维制备领域。步骤包括：将超高相对分子质量聚乙烯(重均分子量在100万以上)粉末，溶解在适当的溶剂中配制成固含量为4％～60％的溶液，采用凝胶纺丝法，经双螺杆从具有中空的啧丝头挤出(啧丝孔中空度10％～70％)。得到的凝胶丝经萃取、干燥、超倍拉伸(拉伸温度80～140℃，总拉伸倍数10～100倍)，制得高强高模聚乙烯中空扁纤维。
Description
背景技术：
超高相对分子质量聚乙烯纤维具有其它高性能纤维所无法比拟的力学性能。较低的密度、较高的断裂伸长率、比强度和比模量最大，超过了金属材料，更重要的是还有良好的能量吸收特性，最宜吸收低速的破片冲击能量，防弹性能最好，是一种理想的防弹材料，也广泛应用在保安和军事方面，是目前最好的缆绳材料和高技术军备材料。
DSM公司于1990年实现了凝胶纺丝法制超高分子量纤维工业化生产。现在世界上高强高模超高分子量聚乙烯纤维的主要方法是凝胶纺丝法，制造超高分子量聚乙烯纤维的主要步骤是：将超高分子量聚乙烯溶于第一溶剂配制成聚乙烯溶液，该溶液由螺杆挤出机挤出，经纺丝箱体喷丝板喷出后，冷却凝固成凝胶纤维，用挥发性的第二溶剂萃取出第一溶剂，干燥超倍拉伸，最终获得成品纤维。
凝胶纤维中含有大量第一溶剂必须用第二溶剂萃取除去纤维中的溶剂后再进行超倍拉伸，才能得到高强高模纤维，萃取过程的速度除与使用的第二溶剂和萃取工艺有关外，还与溶剂扩散的路径有关。萃取过程中纤维外层的溶剂优先从凝胶纤维中扩散出来。路径愈长扩散速度的差异愈大。从纤维截面看壁愈厚。差异愈大，形成皮芯结构愈历害，这种不均匀的结构影响纤维的超倍拉伸，进而影响成品纤维的力学性能。
本发明的超高相对分子质量聚乙烯中空扁纤维壁簿且均匀。大大缩短了纤维内溶剂扩散出凝胶纤维的路径。提高了萃取效率，节省萃取用第二溶剂，消除了结构不均匀性，进一步提高成品纤维的力学性能。
实施方法步骤：包括将超高相对分子质量的聚乙烯粉未，配制成均匀溶液，采用凝胶纺丝法，在一定温度下经双螺杆、箱体、计量泵，到具有中空的啧丝头挤出，凝胶丝经萃取、干燥、超倍拉伸得高强高模中空扁聚乙烯纤维。其中聚乙烯的重均相对分子质量在100-600万。溶液原液中包括4％～60％的超高相对分子质量的聚乙烯及96％～40％的溶剂，原液纺丝的温度控制在140～260℃。原液必须通过一具有中空的喷丝孔，喷丝孔的中空度10％～70％，得到的冻胶纤维在80～130℃进行萃取，干燥，再超倍拉伸，拉伸倍数在10～100倍。最后得到高强高模聚乙烯中空扁纤维。
实例1
超高分子量聚乙烯(相对平均分子质量450万)，溶剂白油，配制成浓度为10％的均匀溶液定量喂入双螺杆挤出机。挤出机直径25mm，L/D＝45，温度控制在250℃。螺杆挤出机转速30rpm。 挤出物经过滤器箱体到计量泵被计量后从具有中空度50％的喷丝孔喷出。然后入水浴经处理后萃取、干燥、超倍拉伸，拉伸总倍数为40，得到的高强高模聚乙烯中空扁纤维，强度达到30cN/dtex，模量在1000cN/dtex以上。
实例2
超高分子量聚乙烯(相对平均分子质量500万)，溶剂白油，配制成浓度为8％的均匀溶液定量喂入双螺杆挤出机。挤出机直径25mm，L/D＝64，温度控制在240℃，螺杆挤出机转速40rpm。挤出物经过滤器箱体到计量泵被计量后从具有中空度70％的喷丝孔喷出，然后入水浴经处理后萃取、干燥、超倍拉伸，拉伸总倍数为55，得到的高强高模聚乙烯中孔扁纤维，强度达到35cN/dtex，模量在1200cN/dtex以上。
Claims (8)
1.一种高强高模超高分子量聚乙烯中空扁纤维的制备方法其特征包括以下步骤：
1)将超高相对分子质量的聚乙烯粉末，加入到合适的溶剂中配制成均匀的溶液
2)采用冻胶纺丝法，在一定温度下经双螺杆、箱体、计量泵，到中空的啧丝头挤出得冻胶纤维。
3)冻胶纤维经萃取、干燥、再超倍拉伸，最后得到高强高模中空扁聚乙烯成品纤维。
2.根据权利要求1所述：超高分子量聚乙烯的重均相对分子质量为100万～600万。
3.根据权利要求1所述：原液中包括4％～60％的超高相对分子质量的聚乙烯及96％～40％的溶剂。
4.根据权利要求1所述：溶液中还加入稳定剂抗氧剂染色剂阻燃剂中的一种或几种作为助剂。
5.根据权利要求1所述：原液必须通过一具有中孔的喷丝头，中孔度10％-70％。
6.根据权利要求1所述：溶液纺丝温度为140～260℃。
7.根据权利要求1所述：纤维拉伸温度在80～130℃。
8.根据权利要求1所述：纤维拉伸倍数为10～100倍。
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Open date: 20081119 |