CN101886298B - 一种超高分子量聚乙烯单丝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯单丝的制备方法，其特征在于，将重均分子量为100～700万的聚乙烯粉末溶解于白油中，配制成10～25wt％的纺丝溶液，在250～330℃的纺丝温度下经孔径为5.5～8mm的圆形喷丝孔喷出，进入零下10℃～零下1℃的凝固浴中骤冷成冻胶纤维，在凝固浴中停留1～2分钟后出凝固浴，然后经萃取、干燥、热拉伸制得聚乙烯单丝。本方法工艺简单，省去束丝并股、加捻、浸胶等工序，制得的聚乙烯单丝直径为0.1～0.5mm，单丝断裂强力为2.5～40kg，适合用于各类高档钓鱼线、网线及其它特殊领域。
Description
技术领域
本发明属聚乙烯纤维制备领域，特别是涉及一种超高分子量聚乙烯单丝的制备方法。
背景技术
聚乙烯纤维、绳索材料以其良好的抗拉强度、抗冲击性、柔韧性，以及比重小、滤水性强、表面光滑等良好的渔用性能，广泛应用于海洋和内陆水域拖网捕捞、网箱、围拦网养殖及钓鱼线制作生产。
传统的聚乙烯单丝是以高密度聚乙烯(HDPE)为原料，经塑料挤出机熔融挤出并经喷丝板喷出、冷却得到初生丝，然后将初生丝在一定温度下进行热拉伸而成。如CN1008750B公开了一种高强度聚乙烯渔网丝的生产方法，其特点是以高密度聚乙烯基料加入热塑性弹性体苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、成核助剂苯甲酸及低密度聚乙烯进行物理复合改性，经混料、挤出抽丝、冷却、牵引、热水槽加热、牵伸、热烘箱加热、牵伸、热烘箱定型、收线等工序制成高强度聚乙烯渔网丝，制得的聚乙烯单丝直径为0.25-0.4mm，断裂强力为3.2-6.3kg。CN101302653A中公开了一种自增强高密度聚乙烯单丝的制备方法，其特征是采用高密度聚乙烯为原料，使用长径比为26∶1的单螺杆挤出机熔融，及长径比为8∶1的喷丝板纺制而成初生丝，再经过12.4-16.1倍拉伸并用气流法快速冷却、收卷成自增强高密度聚乙烯单丝。CN1282772C中公开了一种聚乙烯单丝高温高倍牵伸工艺方法，其技术方案是采用高密度聚乙烯原料，使用长径比为25∶1的单螺杆挤出机熔融，配用长径比8∶1的喷丝板制成初生丝，初生丝以二甲醇为牵伸加热介质，将加热介质温度控制在112-124℃的范围内牵伸12.6-15.7倍，采用气流法快速冷却、收卷制得聚乙烯单丝，用于渔用聚乙烯单丝生产。
随着水产科学技术的发展，对渔用纤维、绳索材料的性能，尤其是力学强度有了更高的要求。高强度的纤维、绳索材料对减少网具材料用量、节约原材料、降低拖网的作业阻力以及网箱、围拦网的水动阻力，提高网具的滤水性能，提高渔业生产效率、渔获质量和降低生产成本具有极其重要的作用。自上世纪80年代后期荷兰DSM公司开发成功UHMWPE纤维以来，为高性能渔用纤维材料的发展提供了坚实的材料基础。由于具有超高的强度、比水还轻的比重以及优异的耐化学性、耐侯性、防水性等特性，使UHMWPE纤维绳索相对其他绳索而言具有明显的优势。与芳纶纤维制成的绳索相比，其直径减少12％，重量减轻52％，而强度提高10％。UHMWPE纤维绳索在自重下的断裂长度比芳纶绳索大，比钢索要大得多，尤其适用于海洋工程用绳，如超级油轮、近海采油平台、灯塔的固定锚绳等。在航空航天领域，已用于航天飞机着陆的减速降落伞飞机上悬吊重物的绳索，高空气球的基材和吊索等。在渔业工程领域，用UHMWPE纤维加工成渔网重量比普通聚乙烯纤维渔网轻50％以上，或同样重量的纤维可制造更大尺寸的网具，进行捕捞作业时，可增加捕捞量且减轻网重，可减少拖网的水阻，由此能提高拖速和降低渔船的能耗。此外，UHMWPE纤维在制作高档钓鱼线和球拍弦方面也具有明显的优势。随着大型远洋中层拖网、金枪鱼延绳钓、金枪鱼围网及深水抗风浪网箱等现代渔业的发展，UHMWPE纤维在我国渔业中也将会逐步得到推广应用。
UHMWPE纤维通常是采用冻胶纺丝-超拉伸工艺制备而成的，如陈成泗在CN99111581中报道了一种高强高模聚乙烯纤维的生产工艺，首先将超高分子量聚合体溶解在相应的溶剂之中，得到较低大分子缠结的溶液，经纺丝骤冷成冻胶纤维，然后经萃取、干燥及多级热拉伸等工艺过程，制得高强高模的聚乙烯纤维。其他已经提出的制备UHMWPE纤维的工艺方法大都大同小异，只是有的专利如CN90102855、CN97101010、如USP5342567、USP5443904、CN02115024等对整个冻胶纺丝-超拉伸的所有工艺过程进行了描述及权利要求，有的则对其中某一阶段的工艺过程进行了描述及权利限制，如CN01123600公开了纺丝用超高分子量聚乙烯高浓度溶液的制备方法；CN02160744、CN200410096619、CN 200510073249则公开了超高分子量聚乙烯纤维制备中的萃取、干燥工艺方法；USP5578374、USP5741451、USP5958582则是对冻胶纺丝所得纤维的拉伸工艺进行了详细描述及权利限定。
然而，现有的UHMWPE纤维生产工艺中涉及的都是UHMWPE束丝，采用的喷丝孔孔径较小，制得单纤维的纤度也比较小。如CN101230499公开了一种有颜色的高强聚乙烯纤维及其制造方法，采用喷丝板的孔径为0.5-1.6mm，制得的高强聚乙烯单丝纤度为4-15d。然而，上述UHMWPE纤维应用于渔具材料时需要将束丝经过进一步并股、加捻、浸胶等工序才能制成能承受一定强力的线绳，较为繁琐，并且在线绳制造过程中很难保持束丝中各单纤维及各股束丝间的张力平衡，从而在制绳过程中强力有较大损失，结节稳定性和结节强度也较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超高分子量聚乙烯单丝的制备方法，本方法工艺简单，省去束丝并股、加捻、浸胶等工序，制得的聚乙烯单丝直径为0.1～0.5mm，单丝断裂强力为2.5～40kg，适合用于各类高档钓鱼线、网线及其它特殊领域。
本发明的一种超高分子量聚乙烯单丝的制备方法，其特征在于将重均分子量为100～700万的聚乙烯粉末，溶解于白油中制成10～25wt％的纺丝溶液，在250～330℃的纺丝温度下经孔径为5.5～8mm的圆形喷丝孔喷出，进入零下10℃～零下1℃的凝固浴中骤冷成冻胶纤维，在凝固浴中停留1～2分钟后出凝固浴，然后经萃取、干燥、热拉伸制得聚乙烯单丝。
所述的聚乙烯粉末重均分子量为300～500万，纺丝溶液浓度为12～20wt％。
所述的圆形喷丝孔的长径比为5/1～20/1，溶液喷出速度为1～10米/分。
所述的凝固浴组成为浓度为20～40wt％的氯化钙水溶液。
所述的热拉伸为在100～150℃的温度下进行2～4级的热拉伸，总拉伸倍数为30～50倍。
所述的聚乙烯单丝直径为0.1～0.5mm，单丝断裂强力为2.5～40kg。
有益效果
(1)本方法工艺简单，省去束丝并股、加捻、浸胶等工序；
(2)制得的聚乙烯单丝强度高，适合用于各类高档钓鱼线、网线及其它特殊领域。
附图说明
图1为聚乙烯单丝表面扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将重均分子量为300万的聚乙烯粉末，溶解于白油中制成12wt％的聚乙烯纺丝溶液，计量后经喷丝孔直径为5.5mm的喷丝孔以5米/分的速度喷出，进入温度为零下5℃～零下1℃的浓度为25wt％的氯化钙水溶液中骤冷成冻胶纤维，停留1分钟后拉出，然后经萃取、干燥后，在100-140℃下进行总倍数为45倍的热拉伸，制得的聚乙烯单丝直径为0.12mm，断裂强力为3.2kg。
实施例2
将重均分子量为500万的聚乙烯粉末，溶解于白油中制成14wt％的聚乙烯纺丝溶液，计量后经喷丝孔直径为6mm的喷丝孔以8米/分的速度喷出，进入温度为零下5℃～零下1℃的浓度为25wt％的氯化钙水溶液中骤冷成冻胶纤维，停留1.5分钟后拉出，然后经萃取、干燥后，在100-140℃下进行总倍数为40倍的热拉伸，制得的聚乙烯单丝直径为0.3mm，断裂强力为18.2kg。
实施例3
将重均分子量为600万的聚乙烯粉末，溶解于白油中制成16wt％的聚乙烯纺丝溶液，计量后经喷丝孔直径为6mm的喷丝孔以5米/分的速度喷出，进入温度为零下10℃～零下5℃的浓度为40wt％的氯化钙水溶液中骤冷成冻胶纤维，停留1分钟后拉出，然后经萃取、干燥后，在100-140℃下进行总倍数为35倍的热拉伸，制得的聚乙烯单丝直径为0.4mm，断裂强力为31kg。
实施例4
将重均分子量为500万的聚乙烯粉末，溶解于白油中制成18wt％的聚乙烯纺丝溶液，计量后经喷丝孔直径为8mm的喷丝孔以8米/分的速度喷出，进入温度为零下10℃～零下5℃的浓度为40wt％的氯化钙水溶液中骤冷成冻胶纤维，停留2分钟后拉出，然后经萃取、干燥后，在100-140℃下进行总倍数为35倍的热拉伸，制得的单丝直径为0.5mm，断裂强力为38.5kg的高强聚乙烯单丝。
Claims (1)
1.一种超高分子量聚乙烯单丝的制备方法，其特征在于，将重均分子量为500万的聚乙烯粉末，溶解于白油中制成18wt％的聚乙烯纺丝溶液，计量后经喷丝孔直径为8mm的喷丝孔以8米/分的速度喷出，进入温度为零下10℃～零下5℃的浓度为40wt％的氯化钙水溶液中骤冷成冻胶纤维，停留2分钟后拉出，然后经萃取、干燥后，在100-140℃下进行总倍数为35倍的热拉伸，制得的单丝直径为0.5mm，断裂强力为38.5kg的高强聚乙烯单丝。
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