CN1034877C - 聚乙烯伸直链晶纤维熔纺生产法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种聚乙烯伸直链晶纤维熔纺生产方法。该方法是将数均分子量为2万-50万的高密度聚乙烯在180℃-280℃的温度范围内进行熔融纺丝，并采用两次以上牵伸工艺，在20℃-80℃的温度范围内对原丝进行5-12倍的拉伸，在60℃-140℃内再对初丝进行2-4倍的拉伸，拉伸速度小于或等于4米/分，从而制成聚乙烯伸直链晶纤维。其抗张强度为0.8-2.0GPa，抗张模量为70-150GPa，伸长率为3%-9%。该方法工艺简单、设备少、投资少、生产效率高、不污染环境。
Description
本发明涉及到一种用聚烯烃制作纤维的方法。
聚乙烯伸直链晶(Extended-chaln crystar)是指聚乙烯获得伸直链排列，以此获得常规方法所无法达到的极高性能。根据金刚石晶格内110度方向的弹性模量值推导出高密度聚乙烯的理论弹性模量为285GPa。为了获得超高弹性模量的聚乙烯纤维，应使分子呈锯齿形的伸直态排列在平面内，这种分子态称为全反构象，其分子链内旋转角等于零。剩下的链角和链长对外力的反抗能力非常强，用应变除以所施加的力得到非常大的值。实现这种分子排列就可以获得超高强度的材料，即聚乙烯直链晶纤维(ECPE纤维)。申请号为89106710.8名为“具有高强度和拉伸均匀性的长丝及纺丝和拉伸类似物的方法和设备”的文献中，公开了一种制造高强度和拉伸均匀性长丝的方法和设备。该方法可用于各种热塑性聚合物、共聚物、聚酯类、聚烯烃类等，其中聚烯烃类包括聚乙烯、聚丙烯等。该方法包括纺丝、水骤冷、第一次拉伸、第二次拉伸。该方法虽然能制造出高强度和拉伸均匀性的长丝，但是该工艺方法较为复杂，尤其是在第二次拉伸过程中，要使长丝多次通过辐射加热区，这不仅给工艺控制增加了难度，同时，在设备上也相应地比普通设备复杂多了。因此，该方法存在工艺和设备都较为复杂、投资大等缺点，给该方法的推广和实施带来一定的困难。
本发明的目的是实现一种聚乙烯伸直链晶纤维熔纺生产法，该方法工艺简单、投资少、不污染环境，并可获得具有高强度和高模量的聚乙烯伸直链晶纤维。
本发明是通过下述方式实现的。
将数均分子量为2万-50万的高密度聚乙烯在180℃-280℃的温度范围内进行熔融纺丝，经喷丝板喷出后冷却定形成为原丝，在20℃-80℃的温度范围内对原丝进行5-12倍的拉伸而制成初丝，上述过程为生产普通聚乙烯纤维的生产过程，本发明与普通聚乙烯纤维的生产过程不同的是：再将初丝在60℃-140℃的温度范围内以小于或等于4米/分的拉伸速度进行2-4倍的拉伸，从而制成聚乙烯伸直链晶纤维。
上述的经喷丝板喷出后冷却定形的原丝的直径为0.5mm-1.5mm。
在60℃-120℃的温度范围内，对上述聚乙烯伸直链晶纤维进行进行1-2倍的拉伸，可以进一步改善纤维的性能。进一步提高纤维的强度和模量，降低蠕变性能。
最后制成的聚乙烯伸直链晶纤维的直径为0.06mm-0.2mm。用本发明的方法所生产的聚乙烯伸直链晶纤维，其抗张强度为0.8-2.0GPa，抗张模量为70-150GPa，伸长率为3％-9％。
下面用附图结合实施例进行说明。
图1为生产聚乙烯伸直链晶纤维熔纺生产法的工艺流程示意图。
实施例
如图1所示，使用数均分子量为25万的高密度聚乙烯，在250℃-280℃的温度范围内，通过螺杆挤压机1的熔融、挤压、使熔体从φ0.8mm孔径的喷丝板2挤出，经冷水浴槽3的冷却，冷水浴水温为45℃-50℃，得到直径为0.5mm-0.8mm的原丝。再对原丝进行第一拉伸，所用的设备为五辊牵伸机4，该机有加热器5，第一拉伸的温度为30℃，拉伸倍数为8倍，在绕丝筒6上收卷，得到直径为0.125mm-0.2mm的初丝，然后在五辊牵伸机7上对初丝进行第二拉伸，第二拉伸的温度为70℃-80℃，拉伸倍数为3倍，拉伸速度为4米/分，，制得直径为0.08mm-0.13mm的纤维。所制得纤维的抗张强度为900MPa，抗张模量为86GPa，伸长率为6％。最后对所制得的纤维在五辊牵伸机8上进行第三拉伸，第三拉伸的温度为95℃，拉伸倍数为1.1倍，制得直径为0.06mm-0.125mm的纤维，其抗张强度为930MPa，抗张模量为101GPa，伸长率为5.2％。
本发明中所述的拉伸倍数为后拉伸辊和前拉伸辊的速比，所述的拉伸速度为后拉伸辊的速度。
本发明的方法由于采用两次以上拉伸，尤其是第二拉伸的拉伸速度小于或等于4米/分，拉伸速度很慢，因此可以得到聚乙烯伸直链晶纤维，具有高强度、高模量。该方法工艺简单，纺丝工艺可采用普通聚乙烯纤维的熔融纺法纺丝工艺，只是牵伸的工艺过程及条件和生产普通聚乙烯纤维的方法相比有很大的不同。所采用的设备都为熔融法纺丝和牵伸所用的公知设备。和溶剂法纺丝相比，该方法工艺简单、设备少、投资少、生产效率高、不污染环境。聚乙烯伸直链晶纤维具有优良的强度，可以用于制造诸如弹道防护材料，体育用品如钓具、网球拍、及绳、网、帆、缆等。
Claims (2)
1、一种聚乙烯伸直链晶纤维熔纺生产法，将数均分子量为2万-50万的高密度聚乙烯在180℃-280℃的温度范围内进行熔融纺丝，经喷丝板喷出后冷却定形成为原丝，在20℃-80℃的温度范围内对原丝进行5-12倍的拉伸而制成初丝，将上述初丝在60℃-140℃的温度范围内进行2-4倍的拉伸，其特征在于在所述的初丝拉伸过程中，其拉伸速度小于或等于4米/分，从而制成聚乙烯伸直链晶纤维。
2、根据权利要求1所述的聚乙烯伸直链晶纤维熔纺生产法，其特征在于在60℃-120℃的温度范围内，对上述聚乙烯伸直链晶纤维进行1-2倍的拉伸。
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| CN94100580A CN1034877C (zh) | 1994-01-26 | 1994-01-26 | 聚乙烯伸直链晶纤维熔纺生产法 |
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