CN1031503A - 处理连续拉伸制品的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种改进的处理长丝或带材等连续拉伸的热塑 性树脂制品的方法，该制品沿着至少三根浸于处理液 中的辊筒通过处理液，以萃取制品所含添加剂和/或 使制品取向。在该方法中，连续拉伸制品与至少一根 浸于处理液中(而不是第一和最后一根)的辊筒的约 1/4圆周或更多部分的圆周相接触，还介绍了一种 实施该方法的改进设备。

Description

本发明涉及一种处理连续拉伸的热塑性树脂制品（如下文定义的长丝），以分离制品中所含添加剂和/或使制品取向的方法和设备，以及按此方法处理过的连续拉伸制品。所处理过的热塑性制品是由挤压机挤出并经过冷却的物料。

日本未审查专利公开No.59-130313、No.60-240432和No.61-8323介绍了一种处理长丝以分离其中所含添加剂和/或进行拉伸的方法。在这些方法中，熔融捏合含有超高分子量聚乙烯和常温下为固体的添加剂的组合物，通过挤压机挤出，冷却定型，然后在萃取浴中进行拉伸，在萃取浴中使其与十氢化萘、癸烷或煤油等有机溶剂逆流接触，以萃取固体添加剂，校正不规则取向，获得较高的拉伸倍数，并生产弹性模数和抗张强度高的拉伸长丝。

但在该技术领域中仍需要改进萃取长丝等所含添加剂的萃取工艺，并提高拉伸倍数或减少长丝等在拉伸过程中的断裂次数。

在进行多项研究以改进萃取长丝等所含添加剂的方法以及改善长丝等的拉伸比之后，本发明者发现，与传统方法相比，当浸于处理液中的辊筒有约1/4的圆周或更多部分的圆周与长丝等相接触时，萃取工艺和拉伸比就被改善，即使在不改变通过处理液的长丝的长度时也是如此，在传统方法中，相应的辊筒仅有很小一部分圆周与长丝相接触。而且按本发明达到与按传统方法获得的相同的拉伸比时，拉伸时的断裂次数明显下降。

因此，本发明的目的是要提供一种改进的处理长丝等的方法。

本发明的其它目的和优点将由下列叙述中表现出来。

根据本发明，提供了一种由使制品通过处理液处理连续拉伸的热塑性树脂制品的方法，该制品至少沿着三个浸在处理液中的辊筒通过处理液，以完成制品中所含添加剂的萃取和/或制品取向，其特征在于，使连续拉伸的制品与至少一个浸于处理液中（而不是第一个和最后一个）的辊筒的约1/4圆周或更多部分的圆周相接触。

而且，本发明提供了一种处理连续拉伸制品的设备，它包括一台其中装有处理液的处理容器和至少有三个浸于处理液中的辊筒，其特征在于，安装的辊筒应使连续拉伸的制品与至少一个浸于处理液中（而不是第一和最后一个）的辊筒的约1/4圆周或更多部分的圆周相接触。

本文所用的术语“连续拉伸的制品”的含意是指牵引通过挤压机的将热塑性树脂组合物熔体牵伸然后冷却牵伸的熔体，不经萃取组合物中所含添加剂和不经取向即制成制品。

例如，该连续拉伸制品包括单丝或复丝等长丝或带材。在下列说明中，为了简化说明，将使用长丝作为典型制品，但应理解，所有有关长丝的说明和解释可等效应用于各种连续拉伸制品，也就是说本发明不仅限于长丝。

图1是本发明设备设计方案的剖视流程图;

图2是本发明设备设计方案的剖视流程图;

图3是本发明设备设计方案的剖视流程图;

图4是传统设备的剖视流程图;

图5A至图5F说明根据本发明拉伸长丝的基本型式。

在本发明中处理的一种典型热塑性树脂是超高分子量聚烯烃。

通常在本发明中使用的超高分子量聚烯烃的特性粘度〔η〕约为5dl/g或更大，而以约7至30dl/g为佳（在135℃下于十氢化萘中测定）。尽管很容易由特性粘度〔η〕低于5dl/g的聚烯烃制备均匀的混合物，但因为其分子链相当短，由其获得高弹性模数和高强度性能的制品则很难。对特性粘度〔η〕的要求没有具体的上限，但特性粘度超过30dl/g的聚烯烃具有高熔融粘度，甚至在加入添加剂的条件下，其挤压成型性能也很差。

例如，本发明的超高分子量聚烯烃包括乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯或1-甲基-1-戊烯等α-烯烃的均聚物或共聚物。以高结晶性的乙烯均聚物或乙烯主组分与其它α-烯烃的共聚物为佳，因为由此可获得较高弹性模数和较高的抗张强度。

加入热塑性树脂组合物中的添加剂最好是脂肪烃化合物或其衍生物。

脂肪烃化合物通常是饱和脂肪烃化合物，一般以分子量为2000或更低的石蜡为佳，分子量为1000或更低更佳，最好是800或更低。例如，脂肪烃化合物包括带22个或更多碳原子的正烷基如二十二烷、二十三烷、二十四烷或三十烷、正烷基主组分与低级正烷基的混合物、从石油中分离并提纯的石蜡、由乙烯或乙烯与另一α-烯烃共聚制成的低分子量聚合物的中压或低压聚乙烯蜡、高压聚乙烯蜡、共聚合的乙烯蜡、中压、低压或高压聚乙烯等聚乙烯热分解至较低分子量制成的蜡及氧化上述蜡后得到的氧化蜡或马来酸改性蜡等。

例如，脂肪烃化合物的衍生物有脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、脂肪酸酯、脂肪族硫醇、脂肪族醛或脂肪族酮等，在脂肪烃基末端（烷基或烯基）或其中带有1个或多个羧基、羟基、氨基甲酰基、酯基、巯基或羰基等官能团，以带有1或2个为佳，最好是带一个，并带有8或更多碳原子，以带12至50碳为佳，或其分子量为130至2000，以250至800为佳。

脂肪酸尤其包括癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸或油酸;脂肪醇主要包括十二烷醇、十四烷醇、十六烷醇、十八烷醇;脂肪酰胺包括癸酰胺、月桂酰胺、棕榈酰胺或硬脂酰胺;脂肪酸酯包括乙酸十八烷酯等。

可根据所使用的不同物料，改变超高分子量聚烯烃与添加剂之间的用量比。一般来说，按3∶97至80∶20的重量比使用上述物料较好，最好是15∶85至60∶40。如果添加剂的用量低于此范围，熔体粘度过高而难于进行熔体捏合或熔体模塑、模塑制品表面明显粗糙，而且频繁出现拉伸断裂。如果添加剂用量高于此范围，则熔体捏合困难，且使拉伸性能变差。

在150℃至300℃的温度下进行熔体捏合较好，更好是在170至270℃进行捏合。如果温度低于此范围，熔体粘度过高，难于进行熔体模塑。如果温度高于此范围，热分解而使超高分子量聚烯烃的分子量下降，并因此而难于获得高弹性模数和高强度的模塑制品。可在Henschel混合器或双壁搅拌机等中经干混进行混合或使用单螺杆或多螺杆挤压机中经熔融混合进行混合。

一般通过熔融挤压成形进行熔体模塑成型。例如，由熔融挤压经喷丝头制成拉伸长丝，而由挤压经扁平模头制成拉伸带材。本发明特别适用于生产取向长丝，而在此情况下，可牵伸经喷丝头挤压的熔体。一般可在熔融态进行牵伸。牵伸比可定义为冷却定形的未取向长丝的引出速度（V）与喷丝头熔融树脂的挤压速度（V₀）之比。可由下式表示：

牵伸比＝V/V₀

牵伸比一般可为3或更大，以6或更大为佳。该比值随混合物温度、超高分子量聚烯烃的分子量等因素而变化。

下一个步骤是拉伸所制成的未取向超高分子量聚烯烃长丝。很明显，进行拉伸可使最终超高分子量聚烯烃制品中的分子取向至少是同一个方向。

通常在40至160℃温度下拉伸处理超高分子量聚烯烃长丝，而以80至145℃为佳。可使用任何液体介质作为该处理液，它也可用作加热和保持未取向长丝温度的加热介质。但本拉伸工艺最好使用能洗脱上述添加剂且沸点高于长丝组合物沸点的溶剂（如十氢化萘、癸烷或煤油等）作为处理液，因为以此可脱除上述添加剂，并可通过拉伸消除任何不规则取向，因而可获得较高的拉伸倍数。

可进行一步或多步（即两步或更多步）拉伸。尽管拉伸倍数取决于所需要的分子取向以及由此而引起的熔融温度升高的现象，但当进行拉伸，使拉伸倍数为5至80倍（特别是10至50倍）时，即可获得满意的结果。

一般以含有两步或更多步的多次拉伸为佳。在第一步中，在80至120℃的较低温度下进行拉伸，以萃取长丝中的添加剂，而在第二步和任何其后的步骤中，最好以高于第一步的温度（即120至160℃）条件下连续拉伸长丝。

可通过圆周速度不同的辊筒之间进行牵伸，拉伸长丝。

本文所用的术语“辊筒”的含意一般是指安装在处理溶液上的可旋转的辊筒，但它也包括安上的不旋转的导棍。

在本发明中，至少有3根辊筒浸于处理液中。而且，使长丝与至少一根浸于处理液中的辊筒（但不是第一根和最后一根辊）的约1/4圆周或更多部分圆周相接触。

下文将参考图5A至图5F，解释本发明的辊筒的典型装配。

图5A是装有处理液2的处理容器1的流程剖视图。从引入辊4经第一辊5a和辊5b，再过末端辊5c至引出辊6，拉伸未取向的长丝3，其中5b辊标志着本发明的特征，其圆周的约1/4或更多部分与长丝相接触，以此改变了长丝的拉伸方向90℃或更多（下文称之为特征辊），末端辊5c也是特征辊。图5B是本发明的另一装置的剖视图，它包括三个特征辊5b。在此情况下第一和最后一根辊也是特征辊。图5c是一实验装置的剖视图，其中使用了大直径的辊筒。图5D和5E是其它实验装置的流程设计图，其中垂直安装了辊筒。图5F是再一实验装置的剖视图，其中5个特征辊5b垂直安装，开始4个辊5a和末端4个辊5c分别水平安装，以此可同时处理4条长丝。在本发明中，长丝最好与特征辊的约1/4圆周至一半圆周相接触。但长丝可绕着辊的整个圆周缠绕，只要别把长丝缠在一起就行。在本发明中，可分别使用或配合使用图5A至图5F中所示的上述单元组合辊。

在本发明中，特征辊的数目越多，所能取得的结果越好。从实验中观察到，随着与特征辊的圆周接触的量增大或特征辊的数目增加，萃取效率和拉伸倍数增大，并且与先有技术相比，在相同拉伸倍数条件下，拉伸断裂次数减少。

现在通过下列实施例进一步说明本发明，但不意味着本发明仅限于下列实施例。

实施例1：

如图1所示，本实施例使用装有癸烷液体2的处理容器1，其中在容器1下部装有三个辊，在容器上部装有两个辊，每个辊以适当的间距水平安装。由配料比为35∶65的聚乙烯〔PE〕〔特性粘度＝7.2dl/g（135℃十氢化萘中）〕和石蜡（熔点69℃，分子量480）所组成的未取向的长丝3，以如图1所示的反Z字母型绕过4个辊子，并有4米长的长丝浸于液体中。然后以5米/分钟的速率引入长丝沿三向缠路（正向、反向和正向）通过，并以30.0米/分钟的速率拉伸。得到的取向长丝含有26.5%的剩余蜡。

实施例2：

除在容器上部靠近内侧再安装两个辊筒外，重复实施例1的实施过程，所装的一个辊筒浸于液体中。未取向长丝以侧向的W字母型绕过辊筒，有3.9米长的长丝浸入液体并沿4向缠路通过（见图2）。得到的取向长丝含20.6%剩余蜡。

对比实验1：

重复实施例1的实施过程，但5个辊横向顺序排列，而且未取向长丝沿一向缠路绕过辊筒（见图4）。得到的取向长丝含28.6%的剩余蜡。

实施例3

重复实施例1的实施过程，但以三乙二醇代替癸烷，并且有5.9米长的未取向长丝浸在液体中。以130米/分钟的最大出口速度拉伸长丝而不发生断裂。

实施例4

如图3所示，6个辊按两列安装，并使未取向长丝3沿5向缠路绕过此6个辊。有6米长的长丝浸于三乙二醇2中。如实施例3一样进行拉伸，以145米/分钟的最大出口速度拉伸长丝。

对比实验2：

重复对比实验1的实验过程，但以三乙二醇代替癸烷，而且有6.2米长的未取向长丝浸于其中。拉伸长丝而不发生断裂的最大出口速度为115米/分钟。

结果见表1和表2。

表1：在癸烷中萃取蜡

辊筒数 缠路向数 长丝速度 浸于液体 癸烷 蜡含²）

（米/分钟）中的长度 浓度¹）量

（米）    （%）    （%）

入口    出口

实施例1    5    3    5.0    30.0    4    16.4    26.5

实施例2    7    4    5.0    30.0    3.9    16.2    20.6

对比实验1    5    1    5.0    30.0    4    16.2    28.6

1）〔蜡/（癸烷+蜡）〕×100

2）〔蜡/（聚乙烯+蜡）〕×100

表2：在三乙二醇中的拉伸效果

缠路    浸于液体    最大出口

辊筒数    向数    中的长度    速度

（米）    （米/分钟）

实施例3    5    3    5.9    130

实施例4    6    5    6    145

对比实验2    5    1    6.2    115

虽然已参考具体实施方案对本发明作了进一步说明，但对本技术领域技术人员来说各种明显的变化和改型仍应看作属于本发明的主旨、范围和概念。

Claims (9)

1、一种由使制品通过处理液，处理连续拉伸的热塑性树脂制品的方法，该制品至少沿着三个浸在处理液中的辊筒通过处理液，以完成制品中所含添加剂的萃取或制品取向，其特征在于，使连续拉伸的制品与至少一个浸于处理液中(而不是第一个和最后一个)的辊筒的约1/4圆周或更多部分的圆周相接触。

2、根据权利要求1的方法，其中所述连续拉伸的制品是长丝或带材。

3、根据权利要求1的方法，其中所述热塑性树脂由超高分子量聚烯烃和添加剂制成。

4、根据权利要求3的方法，其中所述组合物含有约3至80重量份特性粘度为约5dl/g或更高的超高分子量聚烯烃和约20至97重量份分子量为约2000或较低的脂肪烃化合物或其衍生物。

5、一种由其中装有处理液的处理容器和至少三根浸于处理液中的辊筒构成的设备，其中连续拉伸热塑性树脂制品至少沿着三根辊筒通过处理液，进行该制品所含添加剂的萃取和/或该制品取向，其特征在于，安装该辊筒应使所述连续拉伸的制品与至少一根浸于处理液中（而不是第一和最后一根）的辊筒的约1/4圆周或更多部分的圆周相接触。

6、根据权利要求5的设备，其中所述连续拉伸的制品是长丝或带材。

7、根据权利要求5的设备，其中所述热塑性树脂由超高分子量聚烯烃与添加剂的组合物制成。

8、根据权利要求7的设备，其中所述组合物含有约3至80重量份特性粘度为约5dl/g或更高的超高分子量聚烯烃和20至97重量份的分子量为约2000或较低的脂肪烃化合物或其衍生物。

9、根据权利要求1的方法处理的连续拉伸制品。

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