CN106948022B - 高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将聚乙烯粉料、混合溶剂与抗氧剂一起加压加热搅拌溶胀，得到溶胀体的悬浮液；步骤2：将步骤1得到的悬浮液降压闪蒸，低沸点的溶剂A分离缓存于缓冲罐，闪蒸后的悬浮液排出；步骤3：将步骤2得到的悬浮液喂入双螺杆挤出机进行高温溶解，使分子链在双螺杆混炼下彻底解缠，得到高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液。与现有技术相比，本发明在溶胀过程完成后，通过闪蒸对溶胀悬浮液迅速降温，防止过溶胀现象，可以制备聚乙烯质量分数为15％‑50％的均匀聚乙烯纺丝溶液，减少溶剂萃取步骤，大幅提高生产效率；同时闪蒸所产生的低沸点溶剂通过冷凝回收可循环利用，大幅降低生产成本。

Description

高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法。

背景技术

随着科学技术突飞猛进的发展,工程技术界对特种纤维的需求在不断增长，超高分子量聚乙烯纤维就是在这种趋势下，继碳纤维和芳纶之后出现的又一种高性能纤维。超高分子量聚乙烯纤维具有优异的性能和广泛的用途，其原材料易得，制备工艺较简易。

超高分子量聚乙烯纤维具有轻质高强、使用周期长、耐磨、高强、耐湿、耐腐蚀等特性，而普遍用于拖曳绳、负力绳索、救捞绳、防切割手套等。同时，由于超高分子量聚乙烯纤维具有耐冲击性能好，比能量吸收大，在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料等。超高分子量聚乙烯纤维的复合材料同样具有高强和极强的防撞击性能，在航空航天方面，适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。在体育用品上，已经制成安全帽、滑雪板、帆轮板、钓竿、球拍及自行车、滑翔板、超轻量飞机零部件等。由于超高分子量聚乙烯纤维复合材料的生物相容性，在医用方面，也可用于牙托、假肢、医用手套等。

近几年，对超高分子量聚乙烯纺丝的方法主要有：固体挤出法、超拉伸法、表面结晶生长法、冻胶纺法等。20世纪70年代末，利用冻胶丝超拉伸方法制备超高分子量聚乙烯高强高模纤维获得成功。由于该项技术被认为是最有可能用于商业化生产高强高模聚乙烯纤维的方法，而受到国际上的广泛关注，并且很快实施了小规模的工业化生产。通过实践和理论分析发现冻胶纺法具有高效、高强等其他聚乙烯纺丝方法无可比拟的优势，因此冻胶纺法也得到了极大的发展，成为现在主流的聚乙烯纺丝方法。

冻胶纺丝通过对超高分子量聚乙烯粉末与抗氧剂、溶剂配制成超高分子量聚乙烯半稀溶液，经高温溶解，喷丝孔定量挤出,然后以空气或水对纺丝原液骤冷至冻胶化温度以下成为冻胶原丝。原丝再进行脱溶剂处理，冻胶原丝由高度溶胀的冻胶状态转变为有大量孔隙的超高分子量聚乙烯大分子网络结构，在该状态下，超高分子量聚乙烯的大分子保持着解缠后的低缠结状态。通过后续的近熔融温度的多倍拉伸，使解缠的大分子产生取向结晶。冻胶纺丝的溶剂可分为低沸点挥发性溶剂如十氢萘，与高沸点不挥发性溶剂，如白油。使用高沸点溶剂在脱溶剂处理时需要增加溶剂的萃取步骤，增加了工艺的复杂性，但是所用溶剂的成本较低；使用低沸点溶剂的溶剂成本较高，对工艺流程的控制也需要更精密，但是步骤简化，产率更高。目前的技术对分离得到的溶剂很难做到回收再利用，即使通过回收利用其成本也较高，因此溶剂的使用成为冻胶纺丝的主要成本消耗。

纺丝溶液的浓度越高，产率越高，溶剂使用量越少，成本越低，但是在传统的冻胶纺丝方法中过高的溶液浓度，会导致原料溶解不均匀，解缠不完全，进而在双螺杆口模的出口出现断丝或者堵口模现象，严重影响生产过程，并且成品丝容易出现缺陷，导致力学性能下降，这也是目前限制纺丝溶液浓度提高的主要矛盾。

为了能够进一步提高纺丝溶液的浓度，同时避免断丝以及力学性能下降，CN101956238B将超高分子量聚乙烯溶解液与超高分子量聚乙烯溶胀液按照重量比为0.42-2.85的比例混合得到超高分子量聚乙烯重量含量为10％-15％的纺丝原液，CN101575743B通过储料仓对溶胀悬浮液冷却，得到质量比为4％-25％的纺丝原液，这两者虽然可以略微提高了纺丝溶液的浓度，但是操作复杂，效率较低，与提高溶液浓度所降低成本综合衡算，成本降低并不明显。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不降低超高分子量聚乙烯纤维的力学性能与加工性能的情况下、降低成本的高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将分子量为100万-800万的聚乙烯粉料、混合溶剂与抗氧剂一起加入反应釜(1)中加压加热搅拌溶胀，得到溶胀体的悬浮液；

步骤2：将步骤1得到的悬浮液，依靠反应釜(1)本身的压力，通过控制卸料阀开度，输送至闪蒸罐(2)中降压闪蒸，低沸点的溶剂A在闪蒸罐(2)中分离，闪蒸后的悬浮液由闪蒸罐(2)底部排出；闪蒸出的低沸点溶剂A缓存于缓冲罐(3)中；

步骤3：将步骤2得到的悬浮液喂入双螺杆挤出机(7)进行高温溶解，使分子链在双螺杆混炼下彻底解缠，双螺杆的温度范围为120℃-200℃，转速为30r/min-200r/min，得到高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液。

所述的混合溶剂为质量比1：9～9：1的低沸点溶剂A与高沸点溶剂B的混合物；

所述的低沸点溶剂A是乙醇、乙醚、丙酮、环己酮、2-甲基戊酮、正己烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、三氯三氟乙烷、二乙醚、二噁烷中的一种或几种的混合物；

所述的高沸点溶剂B是煤油、白油、石蜡油中的一种或几种的混合物。

所述的低沸点溶剂A与高沸点溶剂B的质量比为3：7～7：3。

所述的低沸点溶剂A与高沸点溶剂B的质量比为4～6:6～4。。

所述的聚乙烯粉料的平均粒径为10μm-200μm，聚乙烯粉料和混合溶剂质量比为3-15：100；

所述的抗氧剂的添加量为溶质质量的1％-5％。

所述的聚乙烯粉料的和混合溶剂质量比为5-15：100。

所述的聚乙烯粉料的和混合溶剂质量比为10-15：100。

步骤(1)所述反应釜(1)中加压加热搅拌溶胀的溶胀温度为90℃～130℃，溶胀压力为0.5MPa～5MPa，溶胀时间为20分钟～180分钟，搅拌速率为60r/min-300r/min。

所述的抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯)丙酸十八烷基酯(1076)或四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)中的一种或几种混合。

步骤(3)所得高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液通过口模挤出后进行后续纺丝流程，进行纺丝流程时，所需的溶剂萃取步骤可减少一到二次；

步骤2缓存于缓冲罐(3)的低沸点溶剂经冷凝器(5)后,得到液态低沸点溶剂A，回收至收集罐(4)中，在反应釜(1)加料阶段，通过溶剂输送泵(6)输送低沸点溶剂A至反应釜中循环使用。

与现有技术相比，本发明首先通过使用混合溶剂进行超高分子量聚乙烯的溶解，成本较高的低沸点溶剂可以通过闪蒸回收，而高沸点溶剂成本较低，因此溶剂成本大幅降低；在闪蒸过程中，首先保留了颗粒的多孔溶胀状态，同时起到了CN101575743B中储料仓对悬浮液冷却的效果，使得在高温超高分子量聚乙烯溶胀体下更易被溶解，制成更高浓度溶液，同时萃取剂用量也大幅降低，萃取所需步骤减少，产率大幅上升。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例中聚乙烯原料的表征数据由以下方法获得：

拉伸性能：

采用《ASTM D885M》的方法与设备，对成品丝的拉伸强度以及拉伸模量进行测试。

实施例1

如图1所示，高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：取重均分子量为150万的超高分子量聚乙烯15kg、乙酸乙酯67kg、煤油18kg、抗氧剂1010 0.45kg投入反应釜1。反应釜1温度为110℃-121℃，压力为1MPa，搅拌速度为200r/min，溶胀时间40分钟。

步骤2：依靠反应釜1本身的压力，通过控制卸料阀开度，将溶胀后的悬浮液输送至闪蒸罐2中降压闪蒸，收集罐4得到闪蒸后的悬浮液，并将悬浮输送至双螺杆挤出机7。低沸点的溶剂A乙酸乙酯在闪蒸罐2中分离，缓存于缓冲罐3中。

步骤3：双螺杆进料温度为120℃，混合段温度为180℃，出料温度为170℃，转速为180r/min。悬浮液经过双螺杆混合挤压溶解后得到聚乙烯质量分数为50％的聚乙烯纺丝溶液。

步骤4：双螺杆挤出成型的冻胶丝通过预拉伸，进入循环水急冷，预拉伸倍数为5倍。之后进行一级萃取，萃取剂选用三氯甲烷，萃取温度为30℃。萃取后的纤维进行三级多倍拉伸，拉伸温度128℃，拉伸总倍数为20倍，得到聚乙烯纤维强度为24.39cN/dtex，模量为520cN/dtex。

步骤5：将步骤2缓存于缓冲罐3的低沸点溶剂乙酸乙酯经冷凝器5后,得到液态低沸点溶剂A，回收至收集罐4中。在反应釜1加料阶段,通过溶剂输送泵6输送低沸点溶剂A至反应釜中循环使用。

实施例2

取粘均分子量为800万的聚乙烯12kg、正己烷25kg、15#白油65kg、抗氧剂10100.02kg投入反应釜。反应釜温度为119℃-131℃，压力为1MPa，搅拌速度为200r/min，溶胀时间80分钟。

依靠反应釜本身的压力，通过控制卸料阀开度，将溶胀后的悬浮液输送至闪蒸罐中降压闪蒸，收集罐得到闪蒸后的悬浮液，并将悬浮输送至双螺杆。

双螺杆进料温度为120℃，混合段温度为200℃，出料温度为180℃,转速为60r/min。悬浮液经过双螺杆混合挤压溶解后得到聚乙烯质量分数为15.6％的超高分子量聚乙烯纺丝溶液。

双螺杆挤出成型的冻胶丝通过预拉伸，进入循环水急冷，预拉伸倍数为1.5倍。之后进行二级萃取，萃取剂选用三氯甲烷，萃取温度为30℃。萃取后的纤维进行三级多倍拉伸，拉伸温度134℃，拉伸总倍数为50倍，得到聚乙烯纤维强度为38.63cN/dtex，模量为1340cN/dtex。

实施例3

取粘均分子量为200万的聚乙烯15kg、正己烷50kg、石蜡油40kg、抗氧剂10100.3kg投入反应釜。反应釜温度为115℃-129℃，压力为1MPa，搅拌速度为200r/min，溶胀时间50分钟。

依靠反应釜本身的压力，通过控制卸料阀开度，将溶胀后的悬浮液输送至闪蒸罐中降压闪蒸，收集罐得到闪蒸后的悬浮液，并将悬浮输送至双螺杆。

双螺杆进料温度为120℃，混合段温度为190℃，出料温度为175℃，转速为120r/min。悬浮液经过双螺杆混合挤压溶解后得到聚乙烯质量分数为27.3％的超高分子量聚乙烯纺丝溶液。

双螺杆挤出成型的冻胶丝通过预拉伸，进入循环水急冷，预拉伸倍数为3倍。之后进行一级萃取，萃取剂选用正己烷，萃取温度为30℃。萃取后的纤维进行三级多倍拉伸，拉伸温度130℃，拉伸总倍数为30倍，得到聚乙烯纤维强度为36.12cN/dtex，模量为1220cN/dtex。

对比例1

UHMWPE粉料:分子量150万,平均粒径10μm；溶剂:煤油；抗氧剂300(聚乙烯粉料、溶剂和抗氧剂按质量百分比为10∶100∶0.5)；将聚合物粉料、溶剂和抗氧剂在溶解釜中混合并加热搅拌,开始釜中温度为50℃，后逐渐升到170℃，溶解釜中搅拌溶解50分钟；将溶解的UHMWPE自然冷却至10℃后进行机械粉碎，机械粉碎剪切速率:1500S^-1，得粒料平均直径为30mm；机械离心机转速:100r/min；脱油时间:120分钟。测得纺丝原料固含量为15wt％。将所得纺丝粒料进行螺杆熔融纺丝；螺杆熔融纺丝温度,进料区：70℃，预热区：145℃,熔融区：180℃,压缩区：185℃,计量区：180℃。预拉伸倍数为1.5。萃取采用2级层液连续萃取及立体超声波振动促进萃取技术,萃取温度为2℃，萃取剂：己烷；萃取丝干燥温度：30℃。拉伸温度：90℃；拉伸倍数：20倍。得到超高分子量聚乙烯纤维，测得所得的纤维强度为20.13cN/dtex，模量为470cN/dtex。

对比例2

将石蜡油19kg在溶胀釜内预热到112℃，再将5kg超高分子量聚乙烯粉末(分子量800万)放到溶胀釜内与石蜡油混合进行第一次溶胀8分钟；第一次溶胀后，再将温度为88℃的第二份石蜡油76kg放到溶胀釜内进行第二次溶胀得到超高分子量聚乙烯悬浮液，第二次溶胀时间为25分钟，放入第二份石蜡油的同时，将溶胀釜的环境温度降到88℃。

第二次溶胀过程进行到20分钟时，在溶胀釜内施加0.2MPa的压力，第二次溶胀到达时间后，将悬浮液在压力的作用下送入温度为20℃的储料釜内冷却，悬浮液送入储料釜的时间不超过2.5分钟。

将冷却后的悬浮液送入双螺杆挤出机中进行大分子的解缠，悬浮液的固含量为5％。其中，双螺杆挤出机的送入口温度为100℃、中间温度为185℃、出口温度为220℃，在双螺杆挤出机内停留的时间为5分钟，双螺杆挤出机旋转速度为180r/min。悬浮液经过双螺杆挤出机的解缠、挤出制成透明的冻胶溶液。

将冻胶溶液经过计量泵以1m/min的喷丝速度挤出进入温度为25℃的凝固水槽使丝条定型，然后采用喷头拉伸机对冻胶丝施加1.5倍的喷头拉伸得到冻胶丝。将冻胶丝采用120号溶剂油萃取后分别经过55℃和60℃两级干燥。

将干燥后的冻胶丝进行三级热拉伸,具体工艺为：第一级拉伸温度为100℃、牵倍为2.5倍；第二级拉伸温度为120℃、牵倍为3.8倍；第三级拉伸温度为130℃、牵倍为4.4倍。冻胶丝经过三级拉伸得到超高分子量聚乙烯纤维。

对纤维取样进行力学性能测试，所得的纤维强度为29.2cN/dtex，模量为1048cN/dtex。

实施例4

一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将分子量为100万-200万的聚乙烯粉料、混合溶剂与抗氧剂一起加入反应釜中加压加热搅拌溶胀，得到溶胀体的悬浮液；所述的混合溶剂为质量比1：9的低沸点溶剂A与高沸点溶剂B的混合物；所述的低沸点溶剂A是乙醇；所述的高沸点溶剂B是煤油。所述的聚乙烯粉料的平均粒径为10μm-20μm，聚乙烯粉料和混合溶剂质量比为3：100；所述的抗氧剂的添加量为溶质质量的1％。所述反应釜中加压加热搅拌溶胀的溶胀温度为90℃～100℃，溶胀压力为0.5MPa，溶胀时间为180分钟，搅拌速率为60r/min。所述的抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚。

步骤2：将步骤1得到的悬浮液，依靠反应釜本身的压力，通过控制卸料阀开度，输送至闪蒸罐中降压闪蒸，低沸点的溶剂A在闪蒸罐中分离，闪蒸后的悬浮液由闪蒸罐底部排出；闪蒸出的低沸点溶剂A缓存于缓冲罐中；

步骤3：将步骤2得到的悬浮液喂入双螺杆挤出机进行高温溶解，使分子链在双螺杆混炼下彻底解缠，双螺杆的温度范围为120℃-200℃，转速为30r/min，得到高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液。所得高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液通过口模挤出后进行后续纺丝流程，进行纺丝流程时，所需的溶剂萃取步骤可减少一到二次；

步骤4：步骤2缓存于缓冲罐的低沸点溶剂经冷凝器后,得到液态低沸点溶剂A，回收至收集罐中，在反应釜加料阶段，通过溶剂输送泵输送低沸点溶剂A至反应釜中循环使用。

实施例5

一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将分子量为700万-800万的聚乙烯粉料、混合溶剂与抗氧剂一起加入反应釜中加压加热搅拌溶胀，得到溶胀体的悬浮液；所述的混合溶剂为质量比9：1的低沸点溶剂A与高沸点溶剂B的混合物；所述的低沸点溶剂A是乙醚；所述的高沸点溶剂B是白油。所述的聚乙烯粉料的平均粒径为180μm-200μm，聚乙烯粉料和混合溶剂质量比为15：100；所述的抗氧剂的添加量为溶质质量的5％。所述反应釜中加压加热搅拌溶胀的溶胀温度为120℃～130℃，溶胀压力为5MPa，溶胀时间为20分钟，搅拌速率为60r/min。所述的抗氧剂为3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯)丙酸十八烷基酯(1076)。

步骤2：将步骤1得到的悬浮液，依靠反应釜本身的压力，通过控制卸料阀开度，输送至闪蒸罐中降压闪蒸，低沸点的溶剂A在闪蒸罐中分离，闪蒸后的悬浮液由闪蒸罐底部排出；闪蒸出的低沸点溶剂A缓存于缓冲罐中；

步骤3：将步骤2得到的悬浮液喂入双螺杆挤出机进行高温溶解，使分子链在双螺杆混炼下彻底解缠，双螺杆的温度范围为120℃-200℃，转速为200r/min，得到高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液。所得高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液通过口模挤出后进行后续纺丝流程，进行纺丝流程时，所需的溶剂萃取步骤可减少一到二次；

步骤4：步骤2缓存于缓冲罐的低沸点溶剂经冷凝器后,得到液态低沸点溶剂A，回收至收集罐中，在反应釜加料阶段，通过溶剂输送泵输送低沸点溶剂A至反应釜中循环使用。

实施例6

一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将分子量为500万-600万的聚乙烯粉料、混合溶剂与抗氧剂一起加入反应釜中加压加热搅拌溶胀，得到溶胀体的悬浮液；所述的混合溶剂为质量比3：7的低沸点溶剂A与高沸点溶剂B的混合物；所述的低沸点溶剂A是正己烷；所述的高沸点溶剂B是石蜡油。所述的聚乙烯粉料的平均粒径为100μm-120μm，聚乙烯粉料和混合溶剂质量比为5：100；所述的抗氧剂的添加量为溶质质量的3％。所述反应釜中加压加热搅拌溶胀的溶胀温度为110℃～120℃，溶胀压力为3MPa，溶胀时间为60分钟，搅拌速率为100r/min。所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)。

步骤2：将步骤1得到的悬浮液，依靠反应釜本身的压力，通过控制卸料阀开度，输送至闪蒸罐中降压闪蒸，低沸点的溶剂A在闪蒸罐中分离，闪蒸后的悬浮液由闪蒸罐底部排出；闪蒸出的低沸点溶剂A缓存于缓冲罐中；

步骤3：将步骤2得到的悬浮液喂入双螺杆挤出机进行高温溶解，使分子链在双螺杆混炼下彻底解缠，双螺杆的温度范围为120℃-200℃，转速为100r/min，得到高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液。所得高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液通过口模挤出后进行后续纺丝流程，进行纺丝流程时，所需的溶剂萃取步骤可减少一到二次；

步骤4：步骤2缓存于缓冲罐的低沸点溶剂经冷凝器后,得到液态低沸点溶剂A，回收至收集罐中，在反应釜加料阶段，通过溶剂输送泵输送低沸点溶剂A至反应釜中循环使用。

实施例7

一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将分子量为500万-600万的聚乙烯粉料、混合溶剂与抗氧剂一起加入反应釜中加压加热搅拌溶胀，得到溶胀体的悬浮液；所述的混合溶剂为质量比5：5的低沸点溶剂A与高沸点溶剂B的混合物；所述的低沸点溶剂A是三氯三氟乙烷；所述的高沸点溶剂B是石蜡油。所述的聚乙烯粉料的平均粒径为100μm-120μm，聚乙烯粉料和混合溶剂质量比为10：100；所述的抗氧剂的添加量为溶质质量的3％。所述反应釜中加压加热搅拌溶胀的溶胀温度为110℃～120℃，溶胀压力为3MPa，溶胀时间为60分钟，搅拌速率为100r/min。所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)。

步骤2：将步骤1得到的悬浮液，依靠反应釜本身的压力，通过控制卸料阀开度，输送至闪蒸罐中降压闪蒸，低沸点的溶剂A在闪蒸罐中分离，闪蒸后的悬浮液由闪蒸罐底部排出；闪蒸出的低沸点溶剂A缓存于缓冲罐中；

步骤3：将步骤2得到的悬浮液喂入双螺杆挤出机进行高温溶解，使分子链在双螺杆混炼下彻底解缠，双螺杆的温度范围为120℃-200℃，转速为100r/min，得到高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液。所得高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液通过口模挤出后进行后续纺丝流程，进行纺丝流程时，所需的溶剂萃取步骤可减少一到二次；

步骤4：步骤2缓存于缓冲罐的低沸点溶剂经冷凝器后,得到液态低沸点溶剂A，回收至收集罐中，在反应釜加料阶段，通过溶剂输送泵输送低沸点溶剂A至反应釜中循环使用。

实施例8

一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将分子量为500万-600万的聚乙烯粉料、混合溶剂与抗氧剂一起加入反应釜中加压加热搅拌溶胀，得到溶胀体的悬浮液；所述的混合溶剂为质量比4：6的低沸点溶剂A与高沸点溶剂B的混合物；所述的低沸点溶剂A是三氯三氟乙烷；所述的高沸点溶剂B是石蜡油。所述的聚乙烯粉料的平均粒径为100μm-120μm，聚乙烯粉料和混合溶剂质量比为10：100；所述的抗氧剂的添加量为溶质质量的3％。所述反应釜中加压加热搅拌溶胀的溶胀温度为110℃～120℃，溶胀压力为3MPa，溶胀时间为60分钟，搅拌速率为100r/min。所述的抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚和3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯)丙酸十八烷基酯(1076)按摩尔比1:1混合。

步骤2：将步骤1得到的悬浮液，依靠反应釜本身的压力，通过控制卸料阀开度，输送至闪蒸罐中降压闪蒸，低沸点的溶剂A在闪蒸罐中分离，闪蒸后的悬浮液由闪蒸罐底部排出；闪蒸出的低沸点溶剂A缓存于缓冲罐中；

步骤3：将步骤2得到的悬浮液喂入双螺杆挤出机进行高温溶解，使分子链在双螺杆混炼下彻底解缠，双螺杆的温度范围为120℃-200℃，转速为100r/min，得到高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液。所得高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液通过口模挤出后进行后续纺丝流程，进行纺丝流程时，所需的溶剂萃取步骤可减少一到二次；

步骤4：步骤2缓存于缓冲罐的低沸点溶剂经冷凝器后,得到液态低沸点溶剂A，回收至收集罐中，在反应釜加料阶段，通过溶剂输送泵输送低沸点溶剂A至反应釜中循环使用。

实施例9

所述的混合溶剂为质量比6：4的低沸点溶剂A与高沸点溶剂B的混合物，其余同实施例8。

由上表可知，本方法通过对溶胀后的聚乙烯颗粒的溶剂闪蒸后冷却，使聚乙烯在剩余的溶剂溶解过程中，分子链相当好的解缠，制得的聚乙烯纤维在力学性能上优于对比例中使用的冻胶纺丝制成的纤维制品，而且在成本以及环保方面都远优于对比例中的制备方法。

Claims (9)

1.一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将分子量为100万-800万的聚乙烯粉料、混合溶剂与抗氧剂一起加入反应釜(1)中加压加热搅拌溶胀，得到溶胀体的悬浮液；

步骤2：将步骤1得到的悬浮液，依靠反应釜(1)本身的压力，通过控制卸料阀开度，输送至闪蒸罐(2)中降压闪蒸，低沸点的溶剂A在闪蒸罐(2)中分离，闪蒸后的悬浮液由闪蒸罐(2)底部排出；闪蒸出的低沸点溶剂A缓存于缓冲罐(3)中；

步骤3：将步骤2得到的悬浮液喂入双螺杆挤出机(7)进行高温溶解，使分子链在双螺杆混炼下彻底解缠，双螺杆的温度范围为120℃-200℃，转速为30r/min-200r/min，得到高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液；

所述的混合溶剂为质量比1：9～9：1的低沸点溶剂A与高沸点溶剂B的混合物；

所述的低沸点溶剂A是乙醇、乙醚、丙酮、环己酮、2-甲基戊酮、正己烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、三氯三氟乙烷、二乙醚、二噁烷中的一种或几种的混合物；

所述的高沸点溶剂B是煤油、白油、石蜡油中的一种或几种的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于，所述的低沸点溶剂A与高沸点溶剂B的质量比为3：7～7：3。

3.根据权利要求1或2所述的一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于，所述的低沸点溶剂A与高沸点溶剂B的质量比为4～6:6～4。

4.根据权利要求1所述的一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯粉料的平均粒径为10μm-200μm，聚乙烯粉料和混合溶剂质量比为3-15：100；

所述的抗氧剂的添加量为溶质质量的1％-5％。

5.根据权利要求4所述的一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯粉料的和混合溶剂质量比为5-15：100。

6.根据权利要求4或5所述的一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯粉料的和混合溶剂质量比为10-15：100。

7.根据权利要求1所述的一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述反应釜(1)中加压加热搅拌溶胀的溶胀温度为90℃～130℃，溶胀压力为0.5MPa～5MPa，溶胀时间为20分钟～180分钟，搅拌速率为60r/min-300r/min。

8.根据权利要求1所述的一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于，所述的抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯)丙酸十八烷基酯(1076)或四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)中的一种或几种混合。

9.根据权利要求1所述的一种高浓度超高分子量聚乙烯纤维纺丝溶液的制备方法，其特征在于，步骤(3)所得高浓度聚乙烯纤维纺丝溶液通过口模挤出后进行后续纺丝流程，进行纺丝流程时，所需的溶剂萃取步骤可减少一到二次；

步骤2缓存于缓冲罐(3)的低沸点溶剂经冷凝器(5)后,得到液态低沸点溶剂A，回收至收集罐(4)中，在反应釜(1)加料阶段，通过溶剂输送泵(6)输送低沸点溶剂A至反应釜中循环使用。