CN101768786B - 一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冻胶纺丝法制备超高分子量聚乙烯纤维的方法，包括(1)制备超高分子量聚乙烯的冻胶原丝；(2)冻胶原丝依次经萃取，干燥以及热拉伸获得所述高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：所述方法还包括在步骤(2)之前，对步骤(1)所获得的冻胶原丝进行预牵伸的步骤，所述预牵伸的倍数为2.2～24倍，所述步骤(2)中的所述热拉伸的总倍数为30～45倍。本发明可获得纤度低且断裂强度高的超高分子量聚乙烯纤维产品，且生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)是上世纪70年代末研制成功、并于80年代初进入产业化的一种高性能纤维，与碳纤维、芳纶并称为当今世界三大高科技纤维，目前主要通过冻胶纺丝法生产。现有技术中，冻胶纺丝法的主要步骤如下：由超高分子量聚乙烯粉末和适当的溶剂配成的原液通过螺杆挤出机挤出，喷丝孔成型，入水浴凝固获得聚乙烯纤维的冻胶原丝，该冻胶原丝经萃取，干燥，超倍热拉伸后获得成品纤维，其中，通过提高喷头拉伸倍率来获得低纤度或旦数小的纤维。该方法的不足之处在于，超倍拉伸倍率过大会破坏冻胶纤维的结构，导致牵伸不匀，使得成品纤维容易断裂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供一种改进的超高分子量聚乙烯纤维的制备方法。
为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：
一种冻胶纺丝法制备超高分子量聚乙烯纤维的方法，包括(1)、制备超高分子量聚乙烯的冻胶原丝；(2)、冻胶原丝依次经萃取，干燥以及热拉伸获得所述高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：所述方法还包括在步骤(2)之前，对步骤(1)所获得的冻胶原丝进行预牵伸的步骤，所述预牵伸的倍数为2.2～24倍，所述步骤(2)中的所述热拉伸的总倍数为30～45倍。
根据本发明的一个方面，所述预牵伸的倍数优选为3～20倍。所述预牵伸可进一步包括一级牵伸和在一级牵伸之后进行的二级牵伸，所述预牵伸的倍数为一级牵伸的倍数与二级牵伸的倍数的乘积，其中，一级牵伸与二级牵伸的倍数分别为2～8倍和1.1～3倍，且以一级牵伸的倍数大于二级牵伸的倍数为优选。
根据本发明的又一方面，步骤(2)中，所述萃取采用沸点在125℃～155℃之间的烷烃例如可直接从市场上购买的碳氢清洗剂作为萃取剂。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明方法在对冻胶原丝进行萃取之前，对冻胶原丝进行倍数为2.2～24倍的预牵伸，通过预牵伸可以减少冻胶原丝中的溶剂的量，使冻胶原丝变细，如此，在后道热拉伸时，只需在较低倍数下即可获得低纤度的聚乙烯纤维。同时，由于热拉伸的倍数较低，因而不会破坏冻胶纤维的结构和降低纤维的断裂强度。另外，因预牵伸使冻胶原丝中溶剂量减少，后续萃取和干燥工序可以更易和更快的进行，且萃取剂的用量减少。
附图说明
图1为根据现有技术的方法制备超高分子量聚乙烯纤维的工艺流程图；
图2为根据本发明的方法制备超高分子量聚乙烯纤维的工艺流程图。
具体实施方式
参见图1和图2，本发明方法与现有技术的方法主要不同之处在于，本发明在萃取之前依次进行了一级牵伸和二级牵伸。其中，一级牵伸的倍数可为2～8倍，二级牵伸的倍数可为1.1～3倍，并且本发明的热拉伸的倍数较现有技术低，其范围为30～45，因而，本发明所得纤维在具有较低纤度的同时，仍然保持其较高的断裂强度。下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明。
一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)、制备超高分子量聚乙烯的冻胶原丝：将超高分子量聚乙烯(粘均分子质量450万)，溶剂白油70#，按质量比8∶100分别注入到解缠釜内，在氮气保护下剪切25分钟，剪切速率3000秒-1，得到乳液状的混合液，然后将该混合液喂入双螺杆挤出机中，螺杆挤出机直径95mm，长度与直径之比为64，转速160rpm，螺杆挤出机输出的挤出物依次经过滤器、箱体、计量泵后从喷丝组件的喷丝孔(直径0.7mm，孔数100～200f)喷出，然后进入15℃～40℃下含1wt％表面活性剂的水浴中凝固获得所述冻胶原丝；
(2)、对步骤(1)所得冻胶原丝进行预牵伸，具体是，先进行倍数为3～8倍的一级牵伸，然后进行倍数为1.1～2.5倍的二级牵伸。
(3)、以碳氢清洗剂为萃取剂，对经过步骤(2)的冻胶原丝进行萃取，之后，干燥，经35倍的热拉伸获得总旦数50～200D，单丝纤度1～2D的超高分子量聚乙烯纤维。经检测，纤维断裂强度超过40cn/dtex，模量在1200g/d以上，纤维的纤度不匀率低于6％。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种冻胶纺丝法制备超高分子量聚乙烯纤维的方法，包括如下步骤：
(1)、制备超高分子量聚乙烯的冻胶原丝；(2)、冻胶原丝依次经萃取，干燥以及热拉伸获得所述超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：所述方法还包括在步骤(2)之前，对步骤(1)所获得的冻胶原丝进行预牵伸的步骤，所述预牵伸的倍数为2.2～24倍，所述步骤(2)中的所述热拉伸的总倍数为30～45倍，
所述预牵伸包括一级牵伸和在所述一级牵伸之后进行的二级牵伸，所述预牵伸的倍数为所述一级牵伸的倍数与所述二级牵伸的倍数的乘积，所述一级牵伸与二级牵伸的倍数分别为2～8倍和1.1～3倍，且所述一级牵伸的倍数大于所述二级牵伸的倍数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预牵伸的倍数为3～20倍。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述萃取采用沸点在125℃～155℃之间的烷烃作为萃取剂。
4.一种权利要求1所述的方法制备的超高分子量聚乙烯纤维，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯纤维的单丝纤度为1～2D，断裂强度大于等于40cN/dtex，模量大于等于1200g/d。
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