CN101962819A - 一种特白颜色高强高模聚乙烯纤维及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强高模聚乙烯纤维及其制造方法，特别是一种特白色高强高模聚乙烯纤维及其制造方法，适用于有特白颜色要求的各种防护织物领域。是以超高分子量聚乙烯作为原料，将原料与白油混合形成混合物，然后在混合物中加入二苯乙烯双苯并咪唑型化合物作为添加剂制备得到纺丝原液，再经纺丝工艺得到所述的特白颜色高强高模聚乙烯纤维，其中，添加剂的比例为超高分子量聚乙烯重量的0.01～0.05%。制作工艺按以下步骤：制备纺丝原液、制备冻胶纺丝、半成品冻胶纺丝的平衡、萃取置换干燥和热态高倍牵伸。纤维色泽更白，颜色更鲜艳，能满足差别化特点的要求，同时成品纤维的强度、模量等物性指标不受影响，而且制造方法简单、生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强高模聚乙烯纤维及其制造方法，特别是一种特白色高强高模聚乙烯纤维及其制造方法，适用于有特白颜色要求的各种防护织物领域。
背景技术
现在技术中的高强高模聚乙烯纤维与碳纤维、芳纶并称为当今世界上三大高性能纤维，是世界上强度和模量最高的纤维。高强高模聚乙烯纤维是以超高分子量聚乙烯为原料，经过冻胶纺丝、超倍拉伸将原先相互缠绕呈无序排列的聚乙烯大分子逐渐解缠，达到极高的取向度和结晶度得到。从而使纤维具有质轻、柔软、高强度、高模量、耐紫外线、耐冲击、耐酸碱、耐海水腐蚀等优良性能。
目前生产高强高模聚乙烯纤维大多采用湿法纺丝工艺，即将超高分子量聚乙烯原料溶解在特定的溶剂中，经双螺杆纺丝机进行冻胶纺丝，再经萃取干燥达到聚乙烯半成品纤维，然后通过高倍拉伸使大分子链有序排列达到一定取向和结晶，形成高强度聚乙烯纤维。
申请号为CN200810014184.1的中国发明公开了一种有颜色的高强聚乙烯纤维及其制造方法，制造方法为：超高分子量聚乙烯与白色白矿油的重量比为1：7～9，然后根据颜色的要求添加量为超高分子量聚乙烯重量的1.0～3.0%的有机颜料，有机颜料为群青、酞青蓝、氧化鉻绿、铅鉻绿、氧化铁、炭黑中的一种，或其同类组合，经原料的溶胀、溶解，制成纺丝原液；制备冻胶丝；对冻胶丝进行萃取；纺丝干燥；后牵伸及卷绕制成有颜色的高强聚乙烯纤维。纤维强度15～30g/d,模量为400～1000g/d。该发明虽制备出有颜色色高强聚乙烯纤维，但存在两方面缺陷：一是由于添加的颜料比例较高，相对杂质较多，影响到高强高模聚乙烯纤维的纺丝和牵伸的正常纺况易造成毛丝和断头，纤维成品的强度和模量等物性指标有所降低；二是发明中所述颜料在1.0～3.0%比例添加使用时，纤维在萃取工序中颜料极易被析出，造成纤维颜色稳定性难以控制。
目前国内外高强高模聚乙烯纤维防护用品领域用户要求多样化、差别化，同时防护等级也要求越来越高。
发明内容
本发明主要提供一种具有鲜明荧光白色的超高分子量聚乙烯纤维及其生产工艺，产品不仅颜色稳定可控，而且高强度、高模量的性能不受任何影响，可广泛用于民用和军用防护织物领域。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种特白颜色高强高模聚乙烯纤维，是以超高分子量聚乙烯作为原料，将原料与白油混合形成混合物，然后在混合物中加入二苯乙烯双苯并咪唑型化合物作为添加剂制备得到纺丝原液，再经纺丝工艺得到所述的特白颜色高强高模聚乙烯纤维，其中，添加剂的比例为超高分子量聚乙烯重量的0.01～0.05%。
作为优选，所述的超高分子量聚乙烯的分子量为5×106g/mol至6×106g/mol。
作为优选，所述的白油其运动粘度40℃下为65～75mPa.s。
作为优选，所述的二苯乙烯双苯并咪唑型化合物选自下列物质：荧光增白剂KCB、荧光增白剂KSN或荧光增白剂OB-1。
一种特白颜色高强高模聚乙烯纤维的制备工艺，制作工艺按以下步骤：
（1）制备纺丝原液
A、将定量白油加温至50℃～60℃，按重量比白油：超高分子量聚乙烯=1：10的比例加入超高分子量聚乙烯，在高速乳化机中充分分散乳化，形成超高分子量聚乙烯和白油的混合物；
将以超高分子量聚乙烯重量计的0.01～0.05%的二苯乙烯双苯并咪唑型化合物添加剂投入上述混合物，再次在高速乳化机内充分乳化；
B、将步骤A得到的混合物料放到反应釜内进行升温搅拌，进行溶胀料的配制，得到纺丝原液，其中反应釜内的温度为100～120℃，升温时间为2～3个小时；
（2）制备冻胶纺丝
将制备好的纺丝原液输送到双螺杆纺丝机内，经挤压、熔融、搅拌，纺丝原液的温度控制在250～300℃之间，经纺丝组件喷射出粘流态细丝，经循环冷却水冷却后形成冻胶纺丝；
（3）半成品冻胶纺丝的平衡
将形成的冻胶纺丝存放于温度在22～30℃之间，湿度为65±5%的平衡间内，存放在平衡间的时间为3～5天；
（4）萃取置换干燥
将平衡好的冻胶纺丝，经冷拉伸后，在装有碳氢清洗剂的超声波槽内高频萃取，将白油置换出来，再在负压的干燥箱内烘干脱湿形成纤维，其中：萃取液温度控制在42℃～50℃之间，干燥箱温度为45℃～47℃；
（5）热态高倍牵伸
将干燥烘干后的纤维，在120～150℃的热箱内，分2～4级，5～10倍热态牵伸，经收卷后制成特白颜色高强高模聚乙烯纤维。
作为优选，所述的步骤（2）制备冻胶纺丝中：纺丝原液的温度控制在270～278℃之间；步骤（3）半成品冻胶纺丝的平衡中：平衡间内温度为22～25℃、湿度为65±3%，存放在平衡间的时间为3～4天；步骤（4）萃取置换干燥中：萃取液温度为45～48℃，干燥箱温度为46℃；步骤（5）热态高倍牵伸中：在138～142℃的热箱内，分3级，8～10倍热态牵伸。
因此，本发明提供的一种特白颜色高强高模聚乙烯纤维及其制备工艺，色泽更白，颜色更鲜艳，能满足差别化特点的要求，同时成品纤维的强度、模量等物性指标不受影响，而且制造方法简单、生产成本低。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1
产品：微增白色超高分子量聚乙烯纤维
工艺步骤：
（1）制备纺丝原液
A、将定量白油加温50℃，按1：10的比例加入超高分子量聚乙烯，在高速乳化机中充分分散乳化，形成超高分子量两聚乙烯和白油的混合物。
将称好的以超高分子量聚乙烯重量的0.01%的二苯乙烯双苯并咪唑型化合物添加剂投入，再次在高速乳化机内充分乳化。
B、将混合物料放到反应釜内进行升温搅拌，进行溶胀料的配制，反应釜内的温度为115℃，升温时间为2个小时。
（2）冻胶纺丝
将制备好的纺丝原液输送到双螺杆纺丝机内，经挤压、熔融、搅拌，溶胀料的温度控制在270℃，经纺丝组件喷射出多根粘流态细丝，经循环冷却水冷却后形成冻胶丝。
（3）半成品冻胶丝的平衡
将形成的冻胶丝存放于温度在24℃，湿度为65%的平衡间内，存放在平衡间的时间为3天，淅出部分油和水，消除丝条内应力。
（4）萃取置换干燥
将平衡好的冻胶丝，经冷拉伸后，在装有碳氢清洗剂的超声波槽内高频萃取，将白油置换出来，再在负压的干燥箱内烘干脱湿形成纤维；其中：萃取液温度控制在45℃，干燥箱温度为46℃。
（5）热态高倍牵伸
将干燥烘干后的纤维，在138℃的热箱内，分3级，9倍热态牵伸，经收卷后制成微增白颜色高强高模聚乙烯纤维。
检测数据：
| 纤维规格（dtex） | 断裂强度（CN/dtex） | 断裂伸长率（%） | 断裂模量（CN/dtex） | 蓝光白度 （wr） |
| 440 | 31-33 | 2-3.8 | 1150-1250 | 80-82 |
实施例2
产品：中等白色超高分子量聚乙烯纤维
工艺步骤：
（1）纺丝原液制备A、将定量白油加温53℃，按1：10的比例加入超高分子量聚乙烯，在高速乳化机中充分分散乳化，形成超高分子量两聚乙烯和白油的混合物。
将称好的以超高分子量聚乙烯重量的0.015%的二苯乙烯双苯并咪唑型化合物添加剂投入，再次在高速乳化机内充分乳化。
B、将混合物料放到反应釜内进行升温搅拌，进行溶胀料的配制，反应釜内的温度为118℃，升温时间为2.5个小时。
（2）冻胶纺丝
将制备好的纺丝原液输送到双螺杆纺丝机内，经挤压、熔融、搅拌，溶胀料的温度控制在275℃，经纺丝组件喷射出多根粘流态细丝，经循环冷却水冷却后形成冻胶丝。
（3）半成品冻胶丝的平衡
将形成的冻胶丝存放于温度在24℃，湿度为65%的平衡间内，存放在平衡间的时间为3天，淅出部分油和水，消除丝条内应力。
（4）萃取置换干燥
将平衡好的冻胶丝，经冷拉伸后，在装有碳氢清洗剂的超声波槽内高频萃取，将白油置换出来，再在负压的干燥箱内烘干脱湿形成纤维；其中：萃取液温度控制在45℃，干燥箱温度为47℃。
（5）热态高倍牵伸
将干燥烘干后的纤维，在140℃的热箱内，分3级，9倍热态牵伸，经收卷后制中等白颜色高强高模聚乙烯纤维。
检测数据：
| 纤维规格（dtex） | 断裂强度（CN/dtex） | 断裂伸长率（%） | 断裂模量（CN/dtex） | 蓝光白度 （wr） |
| 440 | 31-33 | 2-3.8 | 1150-1250 | 85-87 |
实施例3
产品：超级白色超高分子量聚乙烯纤维
工艺步骤：
（1）纺丝原液制备
A、将定量白油加温55℃，按1：10的比例加入超高分子量聚乙烯，在高速乳化机中充分分散乳化，形成超高分子量两聚乙烯和白油的混合物。
将称好的以超高分子量聚乙烯重量计的0.02%的二苯乙烯双苯并咪唑型化合物添加剂投入，再次在高速乳化机内充分乳化。
B、将混合物料放到反应釜内进行升温搅拌，进行溶胀料的配制，反应釜内的温度为120℃，升温时间为2.5个小时。
（2）冻胶纺丝
将制备好的纺丝原液输送到双螺杆纺丝机内，经挤压、熔融、搅拌，溶胀料的温度控制在278℃，经纺丝组件喷射出多根粘流态细丝，经循环冷却水冷却后形成冻胶丝。
（3）半成品冻胶丝的平衡
将形成的冻胶丝存放于温度在24℃，湿度为65%的平衡间内，存放在平衡间的时间为3天，淅出部分油和水，消除丝条内应力。
（4）萃取置换干燥
将平衡好的冻胶丝，经冷拉伸后，在装有碳氢清洗剂的超声波槽内高频萃取，将白油置换出来，再在负压的干燥箱内烘干脱湿形成纤维；其中：萃取液温度控制在46℃，干燥箱温度为47℃。
（5）热态高倍牵伸
将干燥烘干后的纤维，在142℃的热箱内，分3级，9倍热态牵伸，经收卷后制成超级白颜色高强高模聚乙烯纤维。
检测数据：
| 纤维规格（dtex） | 断裂强度（CN/dtex） | 断裂伸长率（%） | 断裂模量（CN/dtex） | 蓝光白度 （wr） |
| 440 | 31-33 | 2-3.8 | 1150-1250 | 90-92 |
Claims (6)
1.一种特白颜色高强高模聚乙烯纤维，其特征在于：是以超高分子量聚乙烯作为原料，将原料与白油混合形成混合物，然后在混合物中加入二苯乙烯双苯并咪唑型化合物作为添加剂制备得到纺丝原液，再经纺丝工艺得到所述的特白颜色高强高模聚乙烯纤维，其中，添加剂的比例为超高分子量聚乙烯重量的0.01～0.05%。
2.根据权利要求1所述的特白颜色高强高模聚乙烯纤维，其特征在于：所述的超高分子量聚乙烯的分子量为5×106g/mol至6×106g/mol。
3.根据权利要求1所述的特白颜色高强高模聚乙烯纤维，其特征在于：所述的白油其运动粘度40℃下为65～75mPa.s。
4.根据权利要求1所述的特白颜色高强高模聚乙烯纤维，其特征在于：所述的二苯乙烯双苯并咪唑型化合物选自下列物质：荧光增白剂KCB、荧光增白剂KSN或荧光增白剂OB-1。
5.一种如权利要求1-4任一所述的特白颜色高强高模聚乙烯纤维的制备工艺，其特征在于，制作工艺按以下步骤：
（1）制备纺丝原液
A、将定量白油加温至50℃～60℃，按重量比白油：超高分子量聚乙烯=1：10的比例加入超高分子量聚乙烯，在高速乳化机中充分分散乳化，形成超高分子量聚乙烯和白油的混合物；
将以超高分子量聚乙烯重量计的0.01～0.05%的二苯乙烯双苯并咪唑型化合物添加剂投入上述混合物，再次在高速乳化机内充分乳化；
B、将步骤A得到的混合物料放到反应釜内进行升温搅拌，进行溶胀料的配制，得到纺丝原液，其中反应釜内的温度为100～120℃，升温时间为2～3个小时；
（2）制备冻胶纺丝
将制备好的纺丝原液输送到双螺杆纺丝机内，经挤压、熔融、搅拌，纺丝原液的温度控制在250～300℃之间，经纺丝组件喷射出粘流态细丝，经循环冷却水冷却后形成冻胶纺丝；
（3）半成品冻胶纺丝的平衡
将形成的冻胶纺丝存放于温度在22～30℃之间，湿度为65±5%的平衡间内，存放在平衡间的时间为3～5天；
（4）萃取置换干燥
将平衡好的冻胶纺丝，经冷拉伸后，在装有碳氢清洗剂的超声波槽内高频萃取，将白油置换出来，再在负压的干燥箱内烘干脱湿形成纤维，其中：萃取液温度控制在42℃～50℃之间，干燥箱温度为45℃～47℃；
（5）热态高倍牵伸
将干燥烘干后的纤维，在120～150℃的热箱内，分2～4级，5～10倍热态牵伸，经收卷后制成特白颜色高强高模聚乙烯纤维。
6.根据权利要求5所述的特白颜色高强高模聚乙烯纤维的制备工艺，其特征在于，所述的步骤（2）制备冻胶纺丝中：纺丝原液的温度控制在270～278℃之间；步骤（3）半成品冻胶纺丝的平衡中：平衡间内温度为22～25℃、湿度为65±3%，存放在平衡间的时间为3～4天；步骤（4）萃取置换干燥中：萃取液温度为45～48℃，干燥箱温度为46℃；步骤（5）热态高倍牵伸中：在138～142℃的热箱内，分3级，8～10倍热态牵伸。
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