CN115110163A - 一种中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法、聚乙烯纤维、织成品及应用 - Google Patents

一种中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法、聚乙烯纤维、织成品及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法、聚乙烯纤维、织成品及应用，属于纤维制备和应用领域，本发明通过采用中分子量的聚乙烯切粒作为原料，能够降低中强聚乙烯纤维的原料成本；通过采用全氟活性剂共混于聚乙烯以熔融推进流动速率，有利于减少大分子缠结；采用低圧缩比螺杆挤出以及超短柔性法兰直连纺丝箱体，缩短熔程，可减少熔体剪切、进一步有利于减少大分子缠结。本发明提供的制备方法能够避免熔融过程中产生大分子缠结，有利于加大拉伸倍率，同时在纺丝板喷丝孔下细流粘态区域实施保温缓冷固化，抑制聚乙烯结晶过多形成，稳定喷头拉伸比，均匀原丝结构，有利于热辊再拉伸提高结晶度，达到强度为10～20cn/detx且性能稳定的聚乙烯纤维。

Description

一种中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法、聚乙烯 纤维、织成品及应用
技术领域
本发明涉及纤维生产技术领域，尤其涉及一种中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法、聚乙烯纤维、织成品及应用。
背景技术
聚乙烯纤维是指由聚乙烯经熔融纺丝法纺丝而得到的纤维材料，包括短纤维和长丝，这种纤维的机械强度可通过纺丝工艺参数进行调节,而且湿态强度和伸长与干态相同，聚乙烯纤维具有强度高，密度低，绝缘性佳等优点,但热承载能力低和冷蠕变限制了它的应用，主要用于生产各种工业用纺织品，特别是滤材，篷布以及网带等产品。
国际上高性能聚乙烯纤维有两种不同的生产工艺技术路线：一条是以Dyneema为代表的高挥发性溶剂(十氢萘)干法凝胶纺丝工艺路线(简称干法路线)，另一条是以Spectra为代表的低挥发性溶剂(矿物油、白油等)湿法凝胶纺丝工艺路线(简称湿法路线)。干法路线是以高挥发性十氢萘为溶剂，超高分子量聚乙烯粉末为原料，采用冻胶干法纺丝→超倍热拉伸→溶剂回收系统一体化制取高性能聚乙烯纤维，纺丝原液自喷丝孔挤出后使十氢萘气化逸出，得到干态凝胶原丝，经高倍拉伸得高性能聚乙烯纤维。湿法路线是以矿物油、白油等低挥发性物质为溶剂制备超高分子量聚乙烯纺丝原液，纺丝原液自喷丝孔挤出后进入水浴(或水与乙三醇等的混合浴)凝固得到含低挥发性溶剂的湿态凝胶原丝。将湿态凝胶原丝用高挥发性和优良萃取性能的萃取剂(氟利昂或其他试剂)经连续萃取装置多级萃取，置换入凝胶原丝中的萃取剂经连续多级干燥装置充分气化逸出，得干态凝胶原丝，经高倍拉伸得高性能聚乙烯纤维。
现有的技术中，采用上述方法制备得到超高分子量超强聚乙烯纤维来作为防切割防刺安防织物、绳缆、海洋养殖网等的原材料，使用成本较高，并且由于在生产制造过程中加入的溶剂、萃取剂使得最终出来的纤维内部或多或少会有小部分残留，会导致在后续很长期使用后出现溢出、脱胶等问题，虽然这样的概率比较低，但是作为海洋养殖网等织成品长期与海水接触，会存在污染海洋的风险，作为防切割防刺安防织物，也会存在脱胶导致安防不到位的风险，因此，迫切需要一种安全的、稳定的、成本较低的纤维作为防切割防刺安防织物、绳缆、海洋养殖网等的原料。
经过大量实验和分析，中分子量中强聚乙烯纤维的性能完全满足上述防切割防刺安防织物、绳缆、海洋养殖网的要求，然而如何制备得到这样性能稳定的中分子量中强聚乙烯是重中之重。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法、聚乙烯纤维及其织成品，克服采用现有技术中的两种工艺导致的脱胶、溶剂萃取剂溢出等问题，也克服采用现有技术的制备方法导致的成本较高的问题，从而获得性能稳定的强度在10～20cn/detx的聚乙烯纤维，进而采用本发明制备的聚乙烯纤维制备出品质良好的防切割防刺安防织物、绳缆、海洋养殖网、家纺运动休闲服饰面料等织成品。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法，其中，包括：
步骤一：将全氟活性剂与数均分子量Mn为10～50万的聚乙烯切粒共混得到混合物；
步骤二：所述混合物经过小圧缩比螺杆挤出机后得到聚乙烯熔体；
步骤三：所述聚乙烯熔体通过柔性法兰输入到纺丝箱体内的计量泵组件；
步骤四：所述聚乙烯熔体通过计量泵组件计量后，在纺丝板喷丝孔下细流粘态区域实施保温缓冷固化，促进喷头拉伸得到初生丝条；
步骤五：所述初生丝条经过缓冷区域冷却后得到预牵丝；
步骤六：所述预牵丝穿过导丝盘后通过油盘使其表面附油，而后进行多节热辊紧张态下拉伸、定型得到中分子量中强聚乙烯纤维；
步骤七：所述中分子量中强聚乙烯纤维卷绕成品。
上述的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法中，所述全氟活性剂的添加量为所述聚乙烯切粒的0.5‰～2.5‰，所述全氟活性剂为全氟辛酸钠和/或全氟辛酸铵。
上述的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法中，所述小圧缩比螺杆挤出机的压缩比ε为2≤ε<2.5。
上述的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法中，所述柔性法兰包括：两个法兰连接片、可折叠无缝管软管和可调向无缝钢管套；
所述可调向无缝钢管套套设于所述可折叠无缝软管，所述可调向无缝钢管套与所述可折叠无缝软管之间形成有封闭腔体，所述封闭腔体内充入有加热载体，两个所述法兰连接片固定设置在所述可调向无缝钢管套的两端。
上述的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法中，所述无缝钢管套的长度为20～100mm。
上述的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法中，所述缓冷区域的温度为200～300℃，长度为100～300mm。
上述的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法中，所述热辊的节数为3～8节、热辊数为5～11辊、温度为85～125℃。
一种聚乙烯纤维，采用如上述的制备方法制得。
一种织成品，该织成品由上述的聚乙烯纤维纺织而成。
上述的织成品，应用领域包括：防切割防刺安防织物、绳缆、海洋养殖网、家纺运动休闲服饰面料。
上述技术方案具有如下优点或者有益效果：
本发明提供的一种中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法、聚乙烯纤维及其织成品，通过采用中分子量的聚乙烯切粒作为原料，能够降低中强聚乙烯纤维的原料成本；通过采用全氟活性剂共混于聚乙烯以熔融推进流动速率，有利于减少大分子缠结；采用低圧缩比螺杆挤出以及超短柔性法兰直连纺丝箱体，缩短熔程，可减少熔体剪切、进一步有利于减少大分子缠结。
本发明提供的制备方法能够避免熔融过程中产生大分子缠结，有利于加大拉伸倍率，同时在纺丝板喷丝孔下细流粘态区域实施保温缓冷固化，以抑制聚乙烯结晶过多形成，稳定喷头拉伸比，均匀原丝结构，有利于热辊再拉伸提高结晶度，达到强度为10～20cn/detx且性能稳定的聚乙烯纤维。
本发明提供的制备方法中无需采用任何溶剂、萃取剂，既减少了聚乙烯纤维的生产成本，又避免了后续在使用聚乙烯纤维织成品过程中出现脱胶、溢出污染环境等问题的发生。
本发明提供的制备方法得到的中分子中强聚乙烯纤维，将填补产业空白，将为纤维行业带来极大的发展。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所做的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明实施例1提供的柔性法兰的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
实施例1：
本发明实施1提供一种中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法，包括：
步骤一：将全氟辛酸钠与数均分子量Mn为10万的聚乙烯切粒共混得到混合物；全氟辛酸钠的添加量是聚乙烯切粒的0.5‰；
步骤二：混合物经过小圧缩比螺杆挤出机后得到聚乙烯熔体；小压缩比ε为2；
步骤三：聚乙烯熔体通过柔性法兰输入到纺丝箱体内的计量泵组件；柔性法兰的无缝钢管套的长度为20mm；
步骤四：聚乙烯熔体通过计量泵组件计量后，在纺丝板喷丝孔下细流粘态区域实施保温缓冷固化，有利抑制结晶，促进喷头拉伸得到初生丝条；
步骤五：初生丝条经过缓冷区域冷却后得到预牵丝；缓冷区域的温度为200℃，长度为100mm；
步骤六：预牵丝穿过导丝盘后通过油盘使其表面附油，而后进行3节热辊紧张态下拉伸、定型得到中分子量中强聚乙烯纤维；热辊数为5辊、温度为85℃；
步骤七：中分子量中强聚乙烯纤维卷绕成品。
本发明实施例1提供的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法中，柔性法兰包括：两个法兰连接片11和12、可折叠无缝管软管14和可调向无缝钢管套13；可调向无缝钢管套13套设于可折叠无缝软管14，可调向无缝钢管套13与可折叠无缝软管14之间形成有封闭腔体，封闭腔体内充入有加热载体15，两个法兰连接片11和12固定设置在可调向无缝钢管套13的两端。
本发明实施例1得到一种聚乙烯纤维，采用本发明实施例1的制备方法制得。
本发明实施例1得到一种织成品，该织成品由本发明实施例1得到的聚乙烯纤维纺织而成。
本发明实施例1的织成品，应用领域包括：防切割防刺安防织物、绳缆、海洋养殖网、家纺运动休闲服饰面料。
实施例2：
本发明实施2提供一种中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法，包括：
步骤一：将全氟辛酸铵与数均分子量Mn为50万的聚乙烯切粒共混得到混合物；全氟辛酸铵的添加量是聚乙烯切粒的2.5‰；
步骤二：混合物经过小圧缩比螺杆挤出机后得到聚乙烯熔体；小压缩比ε为2.4；
步骤三：聚乙烯熔体通过柔性法兰输入到纺丝箱体内的计量泵组件；柔性法兰的无缝钢管套的长度为100mm；
步骤四：聚乙烯熔体通过计量泵组件计量后，在纺丝板喷丝孔下细流粘态区域实施保温缓冷固化，有利抑制结晶，促进喷头拉伸得到初生丝条；
步骤五：初生丝条经过缓冷区域冷却后得到预牵丝；缓冷区域的温度为300℃，长度为300mm；
步骤六：预牵丝穿过导丝盘后通过油盘使其表面附油，而后进行8节热辊紧张态下拉伸、定型得到中分子量中强聚乙烯纤维；热辊数为11辊、温度为125℃；
步骤七：中分子量中强聚乙烯纤维卷绕成品。
本发明实施例2得到一种聚乙烯纤维，采用本发明实施例2的制备方法制得。
本发明实施例2得到一种织成品，该织成品由本发明实施例2得到的聚乙烯纤维纺织而成。
本发明实施例2的织成品，应用领域包括：防切割防刺安防织物、绳缆、海洋养殖网、家纺运动休闲服饰面料。
实施例3：
本发明实施3提供一种中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法，包括：
步骤一：将全氟辛酸钠、全氟辛酸铵与数均分子量Mn为30万的聚乙烯切粒共混得到混合物；全氟辛酸钠、全氟辛酸铵合计的添加量是聚乙烯切粒的1.5‰；
步骤二：混合物经过小圧缩比螺杆挤出机后得到聚乙烯熔体；小压缩比ε为2.2；
步骤三：聚乙烯熔体通过柔性法兰输入到纺丝箱体内的计量泵组件；柔性法兰的无缝钢管套的长度为70mm；
步骤四：聚乙烯熔体通过计量泵组件计量后，在纺丝板喷丝孔下细流粘态区域实施保温缓冷固化，有利抑制结晶，促进喷头拉伸得到初生丝条；
步骤五：初生丝条经过缓冷区域冷却后得到预牵丝；缓冷区域的温度为250℃，长度为200mm；
步骤六：预牵丝穿过导丝盘后通过油盘使其表面附油，而后进行6节热辊紧张态下拉伸、定型得到中分子量中强聚乙烯纤维；热辊数为9辊、温度为105℃；
步骤七：中分子量中强聚乙烯纤维卷绕成品。
本发明实施例3得到一种聚乙烯纤维，采用本发明实施例3的制备方法制得。
本发明实施例3得到一种织成品，该织成品由本发明实施例3得到的聚乙烯纤维纺织而成。
本发明实施例3的织成品，应用领域包括：防切割防刺安防织物、绳缆、海洋养殖网、家纺运动休闲服饰面料。
综上所述，本发明提供的一种中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法、聚乙烯纤维及其织成品，通过采用中分子量的聚乙烯切粒作为原料，能够降低中强聚乙烯纤维的原料成本；通过采用全氟活性剂共混于聚乙烯以熔融推进流动速率，有利于减少大分子缠结；采用低圧缩比螺杆挤出以及超短柔性法兰直连纺丝箱体，缩短熔程，可减少熔体剪切、进一步有利于减少大分子缠结。
本发明提供的制备方法能够避免熔融过程中产生大分子缠结，有利于加大拉伸倍率，同时在纺丝板喷丝孔下细流粘态区域实施保温缓冷固化，以抑制聚乙烯结晶过多形成，稳定喷头拉伸比，均匀原丝结构，有利于热辊再拉伸提高结晶度，达到强度为10～20cn/detx且性能稳定的聚乙烯纤维。
本发明提供的制备方法中无需采用任何溶剂、萃取剂，既减少了聚乙烯纤维的生产成本，又避免了后续在使用聚乙烯纤维织成品过程中出现脱胶、溢出污染环境等问题的发生。
本发明提供的制备方法得到的中分子中强聚乙烯纤维，将填补产业空白，将为纤维行业带来极大的发展。
以上对本发明的较佳实施条例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：将全氟活性剂与数均分子量Mn为10～50万的聚乙烯切粒共混得到混合物；
步骤二：所述混合物经过小圧缩比螺杆挤出机后得到聚乙烯熔体；
步骤三：所述聚乙烯熔体通过柔性法兰输入到纺丝箱体内的计量泵组件；
步骤四：所述聚乙烯熔体通过计量泵组件计量后，在纺丝板喷丝孔下细流粘态区域实施保温缓冷固化，促进喷头拉伸得到初生丝条；
步骤五：所述初生丝条经过缓冷区域冷却后得到预牵丝；
步骤六：所述预牵丝穿过导丝盘后通过油盘使其表面附油，而后进行多节热辊紧张态下拉伸、定型得到中分子量中强聚乙烯纤维；
步骤七：所述中分子量中强聚乙烯纤维卷绕成品。
2.如权利要求1所述的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法，其特征在于，所述全氟活性剂的添加量为所述聚乙烯切粒的0.5‰～2.5‰，所述全氟活性剂为全氟辛酸钠和/或全氟辛酸铵。
3.如权利要求1所述的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法，其特征在于，所述小圧缩比螺杆挤出机的压缩比ε为2≤ε<2.5。
4.如权利要求1所述的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法，其特征在于，所述柔性法兰包括：两个法兰连接片、可折叠无缝管软管和可调向无缝钢管套；
所述可调向无缝钢管套套设于所述可折叠无缝软管，所述可调向无缝钢管套与所述可折叠无缝软管之间形成有封闭腔体，所述封闭腔体内充入有加热载体，两个所述法兰连接片固定设置在所述可调向无缝钢管套的两端。
5.如权利要求4所述的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法，其特征在于，所述无缝钢管套的长度为20～100mm。
6.如权利要求1所述的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法，其特征在于，所述缓冷区域的温度为200～300℃，长度为100～300mm。
7.如权利要求1所述的中分子量中强聚乙烯纤维的熔融纺丝制备方法，所述热辊的节数为3～8节、热辊数为5～11辊、温度为85～125℃。
8.一种聚乙烯纤维，其特征在于，采用如权利要求1-7任意一项所述的制备方法制得。
9.一种织成品，其特征在于，该织成品由权利要求8所述的聚乙烯纤维纺织而成。
10.如权利要求9所述的织成品，其特征在于，应用领域包括：防切割防刺安防织物、绳缆、海洋养殖网、家纺运动休闲服饰面料。
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