CN101891912A - 高强高模聚乙烯膜及其连续固态挤出超拉伸的生产方法 - Google Patents

高强高模聚乙烯膜及其连续固态挤出超拉伸的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强高模聚乙烯膜及其连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：它由粘均分子量在100～600万范围内的超高分子量聚乙烯制成；其拉伸强度在6.6～30cN/dtex，拉伸模量在220～1350cN/dtex，断裂伸长率为1.2％～3％。该高强高模聚乙烯膜及其连续固态挤出超拉伸的生产方法，强度高、抗腐蚀性强、密度低、耐磨性和耐弯曲疲劳性优异，生产工艺简单、容易控制，能够连续生产；经超拉伸前或后的切割，也可制成高强高模聚乙烯膜裂纤维或扁丝，广泛用于绳索、网具、防弹防刺装具、管道或线缆增强包覆、建筑增强材料、复合材料等使用领域。

Description

高强高模聚乙烯膜及其连续固态挤出超拉伸的生产方法
技术领域
本发明涉及一种聚乙烯膜及其生产方法，属于新材料技术领域，具体的说是一种高强高模聚乙烯膜及其连续固态挤出超拉伸的生产方法。
背景技术
目前，具有高抗拉伸性能的高强高模聚乙烯膜、膜裂纤维等，为获得应有的高抗拉性能均采用100万以上的超高分子量聚乙烯为原料。然而，由于超高分子量聚乙烯熔融后，其分子链之间易形成互缠结网络结构，使其不能像普通的聚合物一样进行熔融法加工制品，而一般采用溶剂溶解进行加工。如美国专利US 5503791中，公开了一种将超高分子量聚乙烯溶解于溶剂，然后经冷却、去除溶剂、拉伸等步骤制备聚乙烯膜的生产方法。在中国专利CN101164677A中，公开了一种超高分子量聚乙烯多孔膜及其热致相分离的生产方法，其也是首先将超高分子量聚乙烯与溶剂混合溶解后再挤出进行相分离。
但采用溶剂的生产方法，需要在后续步骤中再利用另一种萃取或蒸发将其从产品中去除，工艺复杂、成本高、且生产用溶剂易污染环境。
在专利WO2009/132990 A1中，公开了一种以超高分子量聚乙烯粉末为原料，将其以20～50Mpa压力、100～130℃温度下在一规则的模具(如圆盘状)中压制成型制备出一种分子链解缠绕的料块，后经切割、拉伸制备膜的方法，制备出的膜用于防弹与复合材料，该方法为一种模压成型，二次拉伸成型技术，该法虽较易实现但生产效率颇低，且易发生氧化降解。
专利WO2010/079174 A2专利中，公开了一种以重均分子量在50万以上的超高分子量聚乙烯为原料，在熔点以下10℃内经模具注塑成型，然后经双向热拉伸制备聚乙烯膜的方法，该膜可作为过滤膜、包装膜等使用。
综上所述，目前聚乙烯膜的抗拉强度较低，耐磨性能较差，不适合在绳索、网具、防弹防刺装具、管道或线缆增强包覆、建筑增强材料、复合材料等领域中使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有强度高、抗腐蚀性强、密度低、耐磨性和优异的耐弯曲疲劳性能的高强高模聚乙烯膜。
本发明的另一个目的在于提供一种工艺简单、能连续化工业生产的高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法。
为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：该高强高模聚乙烯膜，其特征在于：它由粘均分子量在100～600万范围内的超高分子量聚乙烯制成；其拉伸强度在6.6～30cN/dtex以上，拉伸模量在220～1350cN/dtex以上，断裂伸长率为1.2％～3％。
所述的高强高模聚乙烯膜，经熔点仪测定，其熔融温度区间在145～155℃之间。
所述的高强高模聚乙烯膜，其厚度为0.01～1mm；宽度为0.5～375mm。
该高强高模聚乙烯膜的原料采用粘均分子量在100万以上的聚乙烯，粘均分子量低于100万的聚乙烯做出的膜难以显示优异的抗拉强度等机械性能；然而分子量过高，会导致制膜过程的困难，所以使用聚乙烯的粘均分子量最好不高于600万；此处的粘均分子量，是指在135℃的十氢萘中测定粘度并最终推导出的聚乙烯分子量。
上述高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：
(1)、制备分子链解缠绕的初生膜：
将超高分子量聚乙烯粉末原料连续注入柱塞式挤出机，并通过设置在柱塞式挤出机出料口部位的口模连续挤出，经拉伸后，迅速冷却制成分子链解缠绕的初生膜；
(2)、超拉伸定型：
对步骤(1)中制备出的初生膜进行多级单向热拉伸，制成高强高膜聚乙烯膜。
在步骤(1)与(2)之间、或步骤(2)后，也可对高强高膜聚乙烯膜进行切割成条状、窄条状、或带状，制成高强高模聚乙烯膜裂纤维、扁平丝、膜带等制品。
所述的步骤(1)中，所述柱塞式挤出机的挤出温度为所使用超高分子量聚乙烯原料熔点以下20℃之内，更具体的说是120～140℃范围内。
所述柱塞式挤出机的挤出压力在50～500Mpa。
所述口模的出口为一扁平状矩形口，口模的长度为10～1000mm；口模的宽度在0.5mm～10mm之间；所述口模内结构为锥形或漏斗形，以便于形成高压和物料的挤出流动。
所述步骤(1)中的拉伸过程的拉伸倍率在1～10倍之间。
所述步骤(1)中冷却用的介质为空气、氮气或水；所述冷却的温度为0～50℃。
所述的步骤(2)中，所述多级单向热拉伸是指2～5级；所述热拉伸温度控制在120～160℃之间，并逐级升高；所述热拉伸倍率在5～30倍之间。
本发明的有益效果在于：强度高、抗腐蚀性强、密度低、耐磨性和耐弯曲疲劳性优异，生产工艺简单、容易控制，能够连续生产；经超拉伸前或后的切割，也可制成高强高模聚乙烯膜裂纤维或扁丝，广泛用于绳索、网具、防弹防刺装具、管道或线缆增强包覆、建筑增强材料、复合材料等使用领域。
具体实施方式
实施例1：
一种高强高模聚乙烯膜，其特征在于：它由粘均分子量在100万的超高分子量聚乙烯制成；其拉伸强度在6.6cN/dtex，拉伸模量在220cN/dtex，断裂伸长率为3％；其熔融温度区间在145～155℃之间；其厚度为0.01mm；宽度为5mm。
上述高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：
(1)、制备分子链解缠绕的初生膜：
将超高分子量聚乙烯粉末原料连续注入柱塞式挤出机，控制挤出温度为120℃，挤出压力在50Mpa，并通过设置在柱塞式挤出机出料口部位的口模连续挤出，所述口模的出口为一扁平状矩形口，口模的长度为10mm；口模的宽度为0.5mm；经拉伸后，迅速冷却制成分子链解缠绕的初生膜；拉伸过程的拉伸倍率在5倍；所述冷却用的介质为空气；所述冷却温度为25℃；
(2)、超拉伸定型：
对步骤(1)中制备出的初生膜进行多级连续单向热拉伸，制成高强高膜聚乙烯膜。所述多级单向热拉伸是指5级；所述热拉伸温度控制在140～160℃之间，并逐级升高；所述热拉伸倍率为20倍。
实施例2：
一种高强高模聚乙烯膜，其特征在于：它由粘均分子量在600万的超高分子量聚乙烯制成；其拉伸强度在10cN/dtex，拉伸模量在833cN/dtex，断裂伸长率为1.2％；其熔融温度区间在145～155℃之间；其厚度为1mm；宽度为4mm。
上述高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：
(1)、制备分子链解缠绕的初生膜：
将超高分子量聚乙烯粉末原料连续注入柱塞式挤出机，控制挤出温度为140℃，挤出压力在500Mpa，并通过设置在柱塞式挤出机出料口部位的口模连续挤出，所述口模的出口为一扁平状矩形口，口模的长度为10mm；口模的宽度为10mm；经拉伸后，迅速冷却制成分子链解缠绕的初生膜；拉伸过程的拉伸倍率在5倍；所述冷却用的介质为氮气；所述冷却温度为50℃；
(2)、超拉伸定型：
对步骤(1)中制备出的初生膜进行多级连续单向热拉伸，制成高强高膜聚乙烯膜。所述多级单向热拉伸是指2级；所述热拉伸温度控制在140～160℃之间，并逐级升高；所述热拉伸倍率为5倍。
实施例3：
一种高强高模聚乙烯膜，其特征在于：它由粘均分子量在200万的超高分子量聚乙烯制成；其拉伸强度在14cN/dtex，拉伸模量在736cN/dtex，断裂伸长率为1.9％；其熔融温度区间在145～155℃之间；其厚度为0.38mm；宽度为0.5mm。
上述高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：
(1)、制备分子链解缠绕的初生膜：
将超高分子量聚乙烯粉末原料连续注入柱塞式挤出机，控制挤出温度为122℃，挤出压力在320Mpa，并通过设置在柱塞式挤出机出料口部位的口模连续挤出，所述口模的出口为一扁平状矩形口，口模的长度为20mm；口模的宽度为1mm；经拉伸后，迅速冷却制成分子链解缠绕的初生膜；拉伸过程的拉伸倍率在7倍；所述冷却用的介质为空气；所述冷却温度为25℃。
(2)、超拉伸定型：
对步骤(1)中制备出的初生膜进行多级连续单向热拉伸，制成高强高膜聚乙烯膜。所述多级单向热拉伸是指5级；所述热拉伸温度控制在140～160℃之间，并逐级升高；所述热拉伸倍率为15倍。
实施例4：
一种高强高模聚乙烯膜，其特征在于：它由粘均分子量在100万的超高分子量聚乙烯制成；其拉伸强度在21.3cN/dtex，拉伸模量在1350cN/dtex，断裂伸长率为1.6％；其熔融温度区间在145～155℃之间；其厚度为0.05mm；宽度为375mm。
上述高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：
(1)、制备分子链解缠绕的初生膜：
将超高分子量聚乙烯粉末原料连续注入柱塞式挤出机，控制挤出温度为135℃，挤出压力在280Mpa，并通过设置在柱塞式挤出机出料口部位的口模连续挤出，所述口模的出口为一扁平状矩形口，口模的长度为1000mm；口模的宽度为3mm；经拉伸后，迅速冷却制成分子链解缠绕的初生膜；拉伸过程的拉伸倍率在10倍；所述冷却用的介质为水；所述冷却温度为0℃。
(2)、超拉伸定型：
对步骤(1)中制备出的初生膜进行多级连续单向热拉伸，制成高强高膜聚乙烯膜。所述多级单向热拉伸是指5级；所述热拉伸温度控制在140～160℃之间，并逐级升高；所述热拉伸倍率为16倍。
实施例5：
一种高强高模聚乙烯膜，其特征在于：它由粘均分子量在100万的超高分子量聚乙烯制成；其拉伸强度在30cN/dtex，拉伸模量在1304cN/dtex，断裂伸长率为2.3％；其熔融温度区间在145～155℃之间；其厚度为0.11mm；宽度为6mm。
上述高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：
(1)、制备分子链解缠绕的初生膜：
将超高分子量聚乙烯粉末原料连续注入柱塞式挤出机，控制挤出温度为124℃，挤出压力在340Mpa，并通过设置在柱塞式挤出机出料口部位的口模连续挤出，所述口模的出口为一扁平状矩形口，口模的长度为50mm；口模的宽度为2mm；经拉伸后，迅速冷却制成分子链解缠绕的初生膜；拉伸过程的拉伸倍率在5倍；所述冷却用的介质为空气；所述冷却温度为20℃。
(2)、超拉伸定型：
对步骤(1)中制备出的初生膜进行多级连续单向热拉伸，制成高强高膜聚乙烯膜。所述多级单向热拉伸是指5级；所述热拉伸温度控制在140～160℃之间，并逐级升高；所述热拉伸倍率为30倍。
在上述所有实施例中，在步骤(1)与(2)之间、或步骤(2)后，也可对高强高膜聚乙烯膜进行切割成条状、窄条状、或带状，制成高强高模聚乙烯膜裂纤维、扁平丝、膜带等制品。

Claims (10)

1.一种高强高模聚乙烯膜，其特征在于：它由粘均分子量在100～600万范围内的超高分子量聚乙烯制成；其拉伸强度在6.6～30cN/dtex，拉伸模量在220～1350cN/dtex，断裂伸长率为1.2％～3％。
2.根据权利要求1所述的高强高模聚乙烯膜，其特征在于：其熔融温度区间在145～155℃之间。
3.根据权利要求1或2所述的高强高模聚乙烯膜，其特征在于：所述的高强高模聚乙烯膜的厚度为0.01～1mm。
4.根据权利要求1或2或3所述的高强高模聚乙烯膜，其特征在于：所述的高强高模聚乙烯膜的宽度为0.5～375mm。
5.一种制造根据权利要求1所述的高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：它包括以下步骤连续制造完成：
(1)、制备分子链解缠绕的初生膜：
将超高分子量聚乙烯粉末原料连续注入柱塞式挤出机，并通过设置在柱塞式挤出机出料口部位的口模连续挤出，经拉伸后，迅速冷却制成分子链解缠绕的初生膜；
(2)、超拉伸定型：
对步骤(1)中制备出的初生膜进行多级连续单向热拉伸，制成高强高膜聚乙烯膜。
6.根据权利要求5所述的高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，所述柱塞式挤出机的挤出温度为120～140℃；所述柱塞式挤出机的挤出压力在50～500Mpa。
7.根据权利要求5所述的高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：所述口模的出口为一扁平状矩形口，口模的长度为10～1000mm；口模的宽度在0.5～10mm之间。
8.根据权利要求5所述的高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：所述步骤(1)中的拉伸过程的拉伸倍率在1～10倍之间。
9.根据权利要求5所述的高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：所述步骤(1)中冷却用的介质为空气、氮气或水；所述冷却的温度为0～50℃。
10.根据权利要求5所述的高强高模聚乙烯膜的连续固态挤出超拉伸的生产方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，所述多级连续单向热拉伸是指2～5级；所述热拉伸温度控制在120～160℃之间，并逐级升高；所述热拉伸倍率在5～30倍之间。
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