CN102002769A - 超高分子量聚乙烯纤维制备方法 - Google Patents

超高分子量聚乙烯纤维制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种低能耗、低成本制备高强度、高延伸聚乙烯纤维的新生产方法。生产方法分两步：第一步制备聚乙烯改性母粒，第二步选用超高分子量聚乙烯树脂，加已复配的聚乙烯改性母粒均匀混合，制备超高分子量聚乙烯熔融纺丝。所制成的超高分子量聚乙烯纤维的纤维强力15CN/dtex～25CN/dtex，断裂伸长率为5％～8％。本发明生产流程短、能耗小、又环保、制造成本低、单机产能高，产品可广泛应用于各类绳索加捻编织、鱼网编结及各类产业用布、产业用带等织造领域，能保持纤维强力的有效利用。

Description

超高分子量聚乙烯纤维制备方法
技术领域
本发明是一种超高分子量聚乙烯树脂采用熔融纺技术，低能耗、低成本制备高强度、高延伸聚乙烯纤维的创新生产方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯纤维，具有强度大、密度小、模量高、抗冲击韧性强、耐光照、耐腐蚀好等优异性能，公称为当今世界三大高科技纤维(碳纤维、芳纶纤维、超高强聚乙烯纤维)之一的高性能新材料，产品广泛应用于国防军需装备、航空航天、特殊复合材料、海洋工程绳缆及鱼网等应用领域。其生产方法公众技术表明有以下二类：
第一类：荷兰专利NL7900990、美国专利US430577、欧洲专利EP0064167、中国专利ZL85107352、ZL97106768.6、ZL03106030.7、CN1995496A、CN101205633A、CN101205637A等公众技术，均采用十氢奈、矿物油、石蜡油、纯白油、煤油作为溶剂的溶液凝胶纺丝方法，该类生产技术分四步进行：
1.先把超高分子量聚乙烯树脂以5％～25％重量比放入溶剂中加热稀释溶胀，溶剂比例为75％～95％(重量比)，溶胀温度90℃～110℃，溶胀时间1～2小时。
2.把已经溶胀的超高分子量聚乙烯溶液输入双螺杆熔融挤压喷丝经冷冻水骤冷成冻胶初生丝成型存放。
3.把冻胶初生丝传送入溶剂汽油或二甲苯、二氯甲烷等作为萃取剂中，在一定张力下逆向传动萃取，将冻胶丝中的溶剂全部萃取干净。
4.把已萃取的初生纤维再进入干燥、预拉伸、超倍拉伸成高强度、高模量纤维。此类技术获得纤维强力＞30CN/dtex，模量＞1000CN/dtex以上，该技术目前国内外产业化程度高、技术成熟，但存在生产流程长，能耗、物耗大，制造成本高，销售价格高等弊端，市场需求已处于瓶颈。
第二类，中国公开专利CN101230501A表明，采用超高分子量聚乙烯与低密度聚乙烯共混熔融制备高强聚乙烯纤维技术，它选用超高分子量聚乙烯的分子量为120～180万，低密度聚乙烯分子量2.5～4万，以10∶1混合比经双螺杆熔融挤压纺丝，其获得纤维强力15～30g/D，模量400～1000g/D，断裂伸长率为2.5％～3.5％.该技术选用二种原料混配，存在分子量分布差异悬殊，导致纤维伸长率极小(2.5％～3.5％)，如生产绳缆多次加捻，鱼网编结、产业用布织造等领域会导致强损大等缺陷(强力损耗将会达30％～60％)，不宜在绳缆、鱼网等领域广泛应用。
发明内容
本发明在现有各种设计的基础上，经多次反复研究，发明一种消除了上述产品缺陷的超高分子量聚乙烯纤维。
本发明选用分子量为150～200万的超高分子量聚乙烯粉状树脂为原料，加3％～8％(重量比)聚乙烯改性母粒，经螺杆熔融挤压纺丝及超倍拉伸获得高强度、高延伸的聚乙烯纤维，纤维强度为15CN/dtex～25CN/dtex，断裂伸长率5％～8％。
本发明生产工艺实施步骤如下：
第一步 制备聚乙烯改性母粒：
1.选用LDPE低密度聚乙烯或LLOPE线性低密度聚乙烯为原料，加POE聚烯烃弹性体、PE发泡剂，以及三元乙丙橡胶EPDM或SEBS进行均匀混配；
2.将已均匀混配的上述聚合物经双螺杆共混炼造粒，制成聚乙烯改性母粒。
第二步 制备超高分子量聚乙烯熔融纺丝：
1.选用超高分子量聚乙烯树脂，加已复配的聚乙烯改性母粒均匀混合；
2.将上述混合料输送入螺杆挤压熔融纺丝，再经水浴冷却纤维进行收卷成筒装；
3.再将已收卷成筒的纤维进行两道超倍拉伸、并经干燥定型，成为成品纤维。
本发明的纤维最适宜于各类绳索加捻编织、鱼网编结、产业用布、产业用带织造，不会产生强力损耗。本发明具有技术生产流程短、能耗小、又环保、制造成本低、单机产能高的优点，是可持续性发展高强聚乙烯产业的创新技术，并实现了纤维高强度、高延伸技术突破，产品可广泛应用于各类绳索加捻编织、鱼网编结及各类产业用布、产业用带等织造领域，能保持纤维强力的有效利用。
具体实施方式
本发明选用分子量为150～200万的超高分子量聚乙烯粉状树脂为原料，加3％～8％(重量比)聚乙烯改性母粒，经长径比1∶40螺杆熔融挤压纺丝及超倍拉伸获得高强度、高延伸的聚乙烯纤维，纤维强度为15CN/dtex～25CN/dtex，断裂伸长率5％～8％。
本发明具体生产工艺实施步骤如下：
第一步 聚乙烯改性母粒制备：
1.选用LDPE低密度聚乙烯或LLOPE线性低密度聚乙烯为原料，加(重量比)7％～15％的POE聚烯烃弹性体、3％～5％的发PE发泡剂，以及5％～10％的发三元乙丙橡胶EPDM或SEBS进行均匀混配；
2.将已均匀混配上述聚合物经双螺杆共混炼造粒：双螺杆各段温度在150～220℃之间，双螺杆转速控制在每分钟200～250转，制备成聚乙烯改性母粒。
其复配聚乙烯改性母粒具有熔点低、粘度低、润滑性、流动性好、易分散等优异功能。
第二步 超高分子量聚乙烯熔融纺丝制备：
1.选用分子量为150～200万的超高分子量聚乙烯树脂，加3％～8％(重量比)的已复配的聚乙烯改性母粒均匀混合；
2.将上述混合料输送入螺杆挤压熔融纺丝：螺杆长径比为1∶40，螺杆各段温度为150℃～250℃，螺杆挤出速度为200～250转/分，喷丝板100～150孔，孔径0.5～0.8mm，喷丝熔体温度控制在200℃～220℃，喷头牵伸5～15m/分；喷出的初纤维经水浴冷却，水浴槽温度控制在20～25℃；水浴冷却纤维进行收卷成筒装；
3.再将已收卷成筒的纤维进行两道超倍拉伸、干燥、定型，最后制成成品纤维：超倍拉伸第一道用水浴拉伸，水浴温度为80℃～95℃，拉伸倍数为5～10倍；第二道用过热蒸气拉伸，蒸气温度为110℃～130℃，拉伸倍数为3～6倍；超倍拉伸后干燥，使用热风循环干燥，干燥温度为120℃～130℃，张力为1.1～1.2倍；再经定型，定型温度130℃～145℃，定型线速度每分钟20～40米；最后制成超高分子量聚乙烯成品纤维；收卷。所制成的超高分子量聚乙烯纤维的纤维强力15CN/dtex～25CN/dtex，断裂伸长率为5％～8％。

Claims (3)

1.一种超高分子量聚乙烯纤维，为一种以分子量为150～200万的超高分子量聚乙烯粉状树脂为原料，加3％～8％(重量比)聚乙烯改性母粒，经螺杆熔融挤压纺丝及超倍拉伸获得的聚乙烯纤维，纤维强度为15CN/dtex～25CN/dtex，断裂伸长率5％～8％。
2.权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维的生产工艺为：
第一步 制备聚乙烯改性母粒：
(1).选用LDPE低密度聚乙烯或LLOPE线性低密度聚乙烯为原料，加POE聚烯烃弹性体、PE发泡剂，以及三元乙丙橡胶EPDM或SEBS进行均匀混配；
(2).将已均匀混配的上述聚合物经双螺杆共混炼造粒，制成聚乙烯改性母粒。
第二步 制备超高分子量聚乙烯熔融纺丝：
(1).选用超高分子量聚乙烯树脂，加已复配的聚乙烯改性母粒均匀混合；
(2).将上述混合料输送入螺杆挤压熔融纺丝，再经水浴冷却纤维进行收卷成筒装；
(3).再将已收卷成筒的纤维进行两道超倍拉伸、并经干燥定型，成为成品纤维。
3.根据权利要求2所述的超高分子量聚乙烯纤维的生产工艺，其具体步骤为：
第一步 聚乙烯改性母粒制备：
(1).选用LDPE低密度聚乙烯或LLOPE线性低密度聚乙烯为原料，加(重量比)7％～15％的POE聚烯烃弹性体、3％～5％的发PE发泡剂，以及5％～10％的发三元乙丙橡胶EPDM或SEBS进行均匀混配；
(2).将已均匀混配上述聚合物经双螺杆共混炼造粒：双螺杆各段温度在150～220℃之间，双螺杆转速控制在每分钟200～250转，制备成聚乙烯改性母粒；
第二步 超高分子量聚乙烯熔融纺丝制备：
(1).选用分子量为150～200万的超高分子量聚乙烯树脂，加3％～8％(重量比)的已复配的聚乙烯改性母粒均匀混合；
(2).将上述混合料输送入螺杆挤压熔融纺丝：螺杆长径比为1∶40，螺杆各段温度为150℃～250℃，螺杆挤出速度为200250转/分，喷丝板100～150孔，孔径0.5～0.8mm，喷丝熔体温度控制在200℃～220℃，喷头牵伸5～15m/分；喷出的初纤维经水浴冷却，水浴槽温度控制在20～25℃；水浴冷却纤维进行收卷成筒装；
(3).再将已收卷成筒的纤维进行两道超倍拉伸、干燥、定型，最后制成成品纤维：超倍拉伸第一道用水浴拉伸，水浴温度为80℃～95℃，拉伸倍数为5～10倍；第二道用过热蒸气拉伸，蒸气温度为110℃～130℃，拉伸倍数为3～6倍；超倍拉伸后干燥，使用热风循环干燥，干燥温度为120℃～130℃，张力为1.1～1.2倍；再经定型，定型温度130℃～145℃，定型线速度每分钟20～40米；最后制成超高分子量聚乙烯成品纤维；收卷。所制成的超高分子量聚乙烯纤维的纤维强力15CN/dtex～25CN/dtex，断裂伸长率为5％～8％。
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