RU2671120C1 - Method for preparing precursors for orientational pull-up of the tape yarn from uhmwpe - Google Patents

Method for preparing precursors for orientational pull-up of the tape yarn from uhmwpe Download PDF

Info

Publication number
RU2671120C1
RU2671120C1 RU2018108134A RU2018108134A RU2671120C1 RU 2671120 C1 RU2671120 C1 RU 2671120C1 RU 2018108134 A RU2018108134 A RU 2018108134A RU 2018108134 A RU2018108134 A RU 2018108134A RU 2671120 C1 RU2671120 C1 RU 2671120C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uhmwpe
reactor
compaction
powders
precursors
Prior art date
Application number
RU2018108134A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Николаевич Межеумов
Светлана Дмитриевна Хижняк
Павел Михайлович Пахомов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет"
Priority to RU2018108134A priority Critical patent/RU2671120C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2671120C1 publication Critical patent/RU2671120C1/en

Links

Images

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/02Starting the formation
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/02Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F6/04Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyolefins

Abstract

FIELD: natural and chemical threads and fibers.
SUBSTANCE: method of manufacturing precursors for orientational stretching of film threads from ultrahigh molecular weight polyethylene – UHMWPE refers to the initial stage of manufacturing high-strength high-modulus film filaments from the specified polymer by carrying out orientational stretching of the inventive precursors. Method of manufacturing precursors for orientational stretching of film filaments from ultrahigh molecular weight polyethylene includes: selection of UHMWPE reactor powder by morphological properties; compaction of UHMWPE reactor powder at room temperature with a degree of compression deformation – ratio of sample thicknesses before and after completion of compaction Θ = Sstarts/Sends = 2.0–2.2; monolitization of compacted UHMWPE reactor powders at temperature of 130–135 °C.
EFFECT: inventive method is characterized by high processability and does not require technologically complex and energy-consuming devices for its implementation.
1 cl, 20 dwg

Description

Способ изготовления прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из свервысокомолекулярного полиэтилена - СВМПЭ относится к начальной стадии изготовления высокопрочных высокомодульных пленочных нитей из указанного полимера путем проведения ориентационного вытягивания заявляемых прекурсоров.A method of manufacturing precursors for orientational drawing of film filaments from high molecular weight polyethylene - UHMWPE refers to the initial stage of manufacturing high-strength high-modulus film filaments from the specified polymer by orientational drawing of the inventive precursors.

Изделия из СВМПЭ обладают высокой хемостойкостью, стойкостью к удару, морозостойкостью, износостойкостью, повышенной стойкостью к абразивному износу, низкой плотностью, хорошими антифрикционными, прочностными и баллистическими свойствами, что вызывает повышенный рост их потребности. Указанные свойства приводят к широким областям применения высокопрочных пленочных нитей из СВМПЭ, включая: изготовление плавающим канатов, тросов и сетей, часто используемых в условиях Арктики. Ткани из таких нитей выступают в качестве армирующей основы композиционных материалов, обеспечивающих, баллистическую защиту.UHMWPE products have high chemical resistance, impact resistance, frost resistance, wear resistance, high abrasion resistance, low density, good antifriction, strength and ballistic properties, which causes an increased growth in their demand. These properties lead to wide areas of application of high-strength film threads from UHMWPE, including: the manufacture of floating ropes, cables and networks, often used in the Arctic. Fabrics made from such threads act as a reinforcing base for composite materials providing ballistic protection.

Заявляемый способ относится к начальной стадии изготовления таких изделий.The inventive method relates to the initial stage of manufacture of such products.

Трудности переработки реакторных порошков СВМПЭ в высокопрочные высокомодульный пленочные нити из СВМПЭ связаны с тем, что при нагревании, СВМПЭ переходит не в вязкотекучее, а в высокоэластическое состояние, за счет высокой молекулярной массы полимера, следствием чего является высокое значение коэффициента вязкости и модуля упругости расплава. При переработке СВМПЭ в промышленных масштабах методами спекания, горячего прессования и плунжерной экструзии наблюдается интенсивное протекание процессов термомеханической деструкции. Это требует применения для изготовления изделий из реакторных порошков СВМПЭ технологий и установок, максимально сохраняющих уникальные свойства исходного полимера.Difficulties in the processing of UHMWPE reactor powders into high-strength high-modulus film filaments from UHMWPE are associated with the fact that upon heating, UHMWPE passes not into a viscous, but into a highly elastic state due to the high molecular weight of the polymer, which results in a high value of the viscosity coefficient and the elastic modulus of the melt. When UHMWPE is processed on an industrial scale by sintering, hot pressing and plunger extrusion, an intensive occurrence of thermomechanical destruction processes is observed. This requires the use of technologies and plants that maximally preserve the unique properties of the starting polymer for the manufacture of products from UHMWPE reactor powders.

Целью настоящего изобретения является изготовление прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из СВМПЭ при соблюдении минимальных значений термомеханической деструкции.The aim of the present invention is the manufacture of precursors for orientational drawing of film filaments from UHMWPE while observing the minimum values of thermomechanical destruction.

Заявляемый способ относится к начальной стадии получения высокопрочных высокомодульных пленочных нитей из реакторных порошков СВМПЭ безрастворным способом. Этот способ вызывает большой интерес ввиду его высокой экологичности, технологической и пожарной безопасности, по сравнению с методом "гель-технологии". С помощью метода "гель-технологии" уже удалось достичь в промышленном масштабе для конечных волокон высоких значений модуля упругости и прочности, составляющих около 10% от теоретического предела. Однако метод "гель-технологии" предполагает использование больших объемов вредных органических растворителей, требует больших затрат на регенерацию растворителя и создание замкнутого технологического процесса.The inventive method relates to the initial stage of obtaining high-strength high-modulus film filaments from reactor powders of UHMWPE in a solvent-free way. This method is of great interest due to its high environmental friendliness, technological and fire safety, compared with the method of "gel technology". Using the method of "gel technology" has already been achieved on an industrial scale for the final fibers of high values of the modulus of elasticity and strength, amounting to about 10% of the theoretical limit. However, the method of "gel technology" involves the use of large volumes of harmful organic solvents, requires high costs for the regeneration of the solvent and the creation of a closed process.

Безрастворный способ получения высокопрочных высокомодульных пленочных нитей из реакторных порошков СВМПЭ включает последовательное проведение следующих стадий:The solvent-free method for producing high-strength high-modulus film filaments from UHMWPE reactor powders involves the sequential carrying out of the following stages:

- подбор реакторного порошка СВМПЭ с экспериментально выявленной морфологией, позволяющей успешно провести последующие стадии процесса;- selection of UHMWPE reactor powder with experimentally identified morphology, which allows to successfully carry out the subsequent stages of the process;

- компактизация реакторного порошка;- compacting reactor powder;

- монолитизация компактизированного реакторного порошка;- monolithization of a compacted reactor powder;

- ориентационная вытяжка монолитных пленок.- orientational drawing of monolithic films.

Стадии компактизации и монолитизации реакторного порошка, являющиеся определяющими в создании морфологии, необходимой для достижения высоких механических свойств у пленочных нитей из СВМПЭ после проведения ориентационного вытягивания нашли свое отражение в заявляемом способе.The stages of compactification and monolithization of the reactor powder, which are decisive in creating the morphology necessary to achieve high mechanical properties of the film fibers from UHMWPE after carrying out orientational drawing, were reflected in the inventive method.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка способа получения прекурсоров ориентационного вытягивания пленочных нитей из СВМПЭ с целью получения высокопрочных высокомодульных пленочных нитей и волокон.The technical result of the claimed invention is the development of a method for producing orientation precursors of film filaments from UHMWPE with the aim of obtaining high-strength high-modulus film filaments and fibers.

Технический результат достигается за счет: отбора реакторных порошков СВМПЭ по морфологическим свойствам, проведения компактизации реакторного порошка СВМПЭ при комнатной температуре со степенью деформации сжатия - отношение толщин образца до и после завершения компактизации

Figure 00000001
, проведения монолитизации компактизированных реакторных порошков СВМПЭ при температуре 130-135°С.The technical result is achieved due to: selection of UHMWPE reactor powders by morphological properties, compacting UHMWPE reactor powder at room temperature with a degree of compression deformation - the ratio of sample thicknesses before and after compaction
Figure 00000001
monolithization of compacted UHMWPE reactor powders at a temperature of 130-135 ° С.

Известно, что за счет разнообразия каталитических систем и режимов синтеза реакторных порошков СВМПЭ возможно их получение с существенно разнящейся морфологией:It is known that due to the variety of catalytic systems and synthesis regimes for UHMWPE reactor powders, it is possible to obtain them with significantly different morphology:

Так при осуществлении синтеза реакторных порошков СВМПЭ с использованием катализатора TiCl4 без носителя образуются глобулы с тонкой пластинчатой структурой;So, when synthesizing UHMWPE reactor powders using a TiCl 4 catalyst without a carrier, globules with a thin lamellar structure are formed;

Использование этого катализатора нанесенным на ксерогель кремниевой кислоты Al2O3⋅SiO2 приводит к появлению сетчатой структуры, узлами которой являются мелкие глобулы, соединенные большим количество протяженных фибрилл, ориентированных по радиусу к узлу;The use of this catalyst supported on xerogel of silicic acid Al 2 O 3 ⋅ SiO 2 leads to the appearance of a network structure, the nodes of which are small globules connected by a large number of extended fibrils oriented along the radius to the node;

Применение в качестве носителя хлорида магния TiCl3⋅0,3 AlCl3 / MgCl2 приводит к образованию главным образом спиральных структур кристаллитов на складчатых цепях.The use of TiCl 3 ⋅ 0.3 AlCl 3 / MgCl 2 as a carrier of magnesium chloride leads to the formation of mainly spiral structure of crystallites on folded chains.

Кроме того, при повышении температуры синтеза с 20 до 90°С с использованием активных нанесенных катализаторов Циглера-Натта достигается значительное увеличение количества и линейных размеров фибрилл связывающих глобулы.In addition, when the synthesis temperature is increased from 20 to 90 ° C using active supported Ziegler-Natta catalysts, a significant increase in the number and linear sizes of fibrils binding globules is achieved.

Характерная морфология частиц реакторного порошка СВМПЭ представляет собой агрегат более мелких сфероидных субчастиц связанных фибриллярными тяжами, содержащими ламелярные остатки Фиг. 1а и 1б.The characteristic morphology of the particles of the UHMWPE reactor powder is an aggregate of smaller spheroid subunits connected by fibrillar cords containing lamellar residues. FIG. 1a and 1b.

Заяявляемое изобретение иллюстрируется Фиг. 1-7.The invention is illustrated in FIG. 1-7.

Фиг. 1. Микрофотографии реакторного порошка СВМПЭ производства ОАО «Томскнефтехим» Мη=3,69×106 г/моль, полученные методом сканирующей электронной микроскопии с различным разрешением изображения.FIG. 1. Microphotographs of the UHMWPE reactor powder manufactured by Tomskneftekhim M η = 3.69 × 10 6 g / mol obtained by scanning electron microscopy with different image resolutions.

Фиг. 2. Микрофотографии отдельных частиц порошков СВМПЭ с различным средним диаметром субчастиц зерен реакторного порошка: а - 12 мкм, б - 20 мкм, в - 3 мкм.FIG. 2. Micrographs of individual particles of UHMWPE powders with different average particle diameters of the reactor powder grains: a - 12 μm, b - 20 μm, c - 3 μm.

Фиг. 3. Кривые деформации сжатия реакторных порошков с различной средневязкостной молекулярной массой: 1 - Мη=1,7×106 г/моль; 2 - Мη=4,6×106 г/моль; 3 - Мη=5,0×106 г/моль.FIG. 3. Compression strain curves of reactor powders with various average viscosity molecular weights: 1 - M η = 1.7 × 10 6 g / mol; 2 - M η = 4.6 × 10 6 g / mol; 3 - M η = 5.0 × 10 6 g / mol.

Фиг. 4. Кривые деформации сжатия компактизированных реакторных порошков с различным временем релаксации: 1 - 1 мин, 2 - 4,4×104 мин, 3 - 1,0×106 мин, 4 - 1,3×106 мин.FIG. 4. Compression strain curves of compacted reactor powders with different relaxation times: 1 - 1 min, 2 - 4.4 × 10 4 min, 3 - 1.0 × 10 6 min, 4 - 1.3 × 10 6 min.

Фиг. 5. Микрофотографии поверхности таблеток реакторных порошков СВМПЭ при различной степени деформации сжатия (при различном приложенном давлении): а - начало компактизации

Figure 00000002
, 6 - окончание компактизации
Figure 00000003
, в - давление выше давления компактизации
Figure 00000004
.FIG. 5. Microphotographs of the surface of tablets of UHMWPE reactor powders at various degrees of compression deformation (at various applied pressures): a - the beginning of compaction
Figure 00000002
, 6 - end of compaction
Figure 00000003
, in - pressure above compaction pressure
Figure 00000004
.

Фиг. 6. Микрофотографии поверхности таблеток реакторных порошков СВМПЭ обладающих разными прядильными свойствами подвергнутых деформации сжатия при различном приложенном давлении: а, в, д - полимер с низкими прядильными свойствами, б, г, е - полимер с высокими прядильными свойствами; а, б - начало компактизации Р=54 МРа; в, г - окончание компактизации Р=135 МРа; д, е - давление выше давления компактизации Р=680 МРа.FIG. 6. Micrographs of the surface of tablets of UHMWPE reactor powders having different spinning properties subjected to compression deformation at various applied pressures: a, c, e — polymer with low spinning properties, b, d, e — polymer with high spinning properties; a, b - the beginning of compaction P = 54 MPa; c, d — completion of compaction P = 135 MPa; d, e - pressure above the pressure of compaction P = 680 MPa.

Фиг. 7. Микрофотографии поверхности монолитизованных пленок реакторных порошков СВМПЭ с различной средневязкостной вязкостью и полученных при различной температуре: А и Б - порошки с высокими прядильными свойствами, В и Г - порошки с низкими прядильными свойствами; А и В - 75°С, Б и Г - 135°С.FIG. 7. Microphotographs of the surface of monolitized films of UHMWPE reactor powders with different average viscosity and obtained at different temperatures: A and B - powders with high spinning properties, C and D - powders with low spinning properties; A and C - 75 ° C, B and D - 135 ° C.

Экспериментальным путем была установлена связь морфологии реакторных порошков со свойствами прядильного раствора. Иссследовались образцы реакторных порошков СВМПЭ ОАО «Томскнефтехим» со средневязкостной молекулярной массой Мη=1,26-6,31×106 г/моль. Перспективными реакторными порошками для получения прекурсоров признаны порошки с высокими прядильными свойствами, имеющие следующую морфологию: средний диаметр частиц реакторного порошка 50-80 мкм, средний размер субчастиц 8-14 мкм, тяжи с небольшим количеством ламелярных остатков Фиг. 2а. Реакторные порошки с диаметром частиц, не попадающим в указанные выше интервал значений, а также состоящие из более крупных Фиг. 2б или более мелких субчастиц Фиг. 2в, проявили плохое качество формования и отличались большим количеством достаточно крупных ламелярных остатков в тяжах.An experimentally established relationship between the morphology of reactor powders and the properties of the dope. Samples of UHMWPE reactor powders of OAO Tomskneftekhim with a viscosity average molecular weight M η = 1.26-6.31 × 10 6 g / mol were investigated. Promising reactor powders for producing precursors are recognized as powders with high spinning properties, having the following morphology: average particle diameter of the reactor powder 50-80 μm, average sub-particle size 8-14 μm, strands with a small amount of lamellar residues FIG. 2a. Reactor powders with a particle diameter not falling in the above range of values, as well as consisting of larger ones. FIG. 2b or smaller subunits FIG. 2c, they showed poor molding quality and were distinguished by a large number of fairly large lamellar residues in strands.

Второй стадией заявляемого способа изготовления прекурсоров ориентационного вытягивания пленочных нитей из СВПМП является компактизация реакторных порошков СВМПЭ. Проведение процесса компактизации реакторных порошков СВМПЭ при соблюдении минимальных значений термомеханической деструкции требует осуществлять процесс таким образом, чтобы минимизировать расстояние между частицами реакторного порошка СВМПЭ при сохранении их внутренней структуры, чему способствует более плотная упаковка субчастиц в реакторных порошках СВМПЭ с высокими прядильными качествами.The second stage of the proposed method for the manufacture of orientational pulling precursors of film filaments from UHMWPE is compacting UHMWPE reactor powders. Carrying out the process of compacting UHMWPE reactor powders while observing the minimum values of thermomechanical destruction requires a process to minimize the distance between the particles of UHMWPE reactor powder while maintaining their internal structure, which is facilitated by a denser packing of subparticles in UHMWPE reactor powders with high spinning qualities.

Компактизацию реакторных порошков СВМПЭ с различной средневязкостной молекулярной массой Мη=1,26-6,31×106 г/моль проводили в течение 15 минут в круглой пресс-форме диаметром 13 мм с приложенным давлением в интервале Р=30-700 МПа. При продолжительности выдержки под давлением менее 15 минут не достигалась заявляемая степень деформации

Figure 00000005
, а увеличение продолжительности выдержки под давлением более 15 минут не приводила к существенному изменению степени деформации при значительном увеличении энергозатрат. Полученные экспериментальным путем зависимости, характеризующие процесс компактизации реакторных порошков с различной средневязкостной молекулярной массой Мη, представлены на Фиг. 3.The compaction of UHMWPE reactor powders with different average viscosity molecular mass M η = 1.26-6.31 × 10 6 g / mol was carried out for 15 minutes in a circular mold with a diameter of 13 mm with an applied pressure in the range P = 30-700 MPa. When the exposure time under pressure less than 15 minutes, the claimed degree of deformation was not achieved
Figure 00000005
, and an increase in the duration of exposure under pressure for more than 15 minutes did not lead to a significant change in the degree of deformation with a significant increase in energy consumption. The dependences obtained experimentally characterizing the process of compaction of reactor powders with different average viscosity molecular mass M η are presented in FIG. 3.

Установлено, что зависимости, несмотря на различие в средневязкостной молекулярной массе Мη, подобны и максимальная степень деформации сжатия

Figure 00000006
достигается в узком диапазоне приложенного давления 120-150 МПа, что соответствует завершению процесса компактизации и достижению степени деформации сжатия
Figure 00000007
. На необратимость структурных изменений при компактизации реакторных порошков СВМПЭ указывает симбатность зависимостей толщины таблетки от давления при временах релаксации от 1 до 106 минут Фиг. 4.It was found that the dependences, despite the difference in the average viscosity molecular mass M η , are similar and the maximum degree of compression deformation
Figure 00000006
achieved in a narrow range of applied pressure of 120-150 MPa, which corresponds to the completion of the compactization process and the achievement of the degree of compression deformation
Figure 00000007
. The irreversibility of structural changes during the compaction of UHMWPE reactor powders is indicated by the symbatic dependence of the tablet thickness on pressure at relaxation times from 1 to 10 6 minutes. FIG. four.

При анализе зависимостей Фиг. 3 выявляется неожиданный факт: толщина таблетки с ростом приложенного давления вначале уменьшается до давлений 120-150 МПа, затем, что удивительно, несмотря на увеличение приложенного давления до 400-500 МПа, растет, и, наконец, начинает уменьшаться. Наличие изменения структуры реакторных порошков СВМПЭ при изменении приложенного давления в интервале 54-680 МПа подтверждают данные электронной микроскопии Фиг. 5. характеризующие процесс компактизации. Так Фиг. 5а характеризует начальную стадию процесса, Фиг. 56 свидетельствует об окончании процесса компактизации при достижении степени деформации сжатия

Figure 00000007
, а Фиг. 5 демонстрирует изменения, происходящие в таблетке при давлении выше 90 МПа.When analyzing the dependencies of FIG. 3, an unexpected fact is revealed: the thickness of the tablet with an increase in the applied pressure initially decreases to pressures of 120-150 MPa, then, surprisingly, despite an increase in the applied pressure to 400-500 MPa, it grows, and finally it begins to decrease. The presence of a change in the structure of UHMWPE reactor powders with a change in the applied pressure in the range 54–680 MPa is confirmed by electron microscopy data. FIG. 5. characterizing the process of compaction. So FIG. 5a characterizes the initial stage of the process, FIG. 56 indicates the end of the compaction process when the degree of compression deformation is reached
Figure 00000007
, and FIG. 5 shows the changes occurring in a tablet at a pressure above 90 MPa.

На начальном участке кривых происходит уменьшение толщины таблетки за счет уменьшения свободного объема реакторных порошков Фиг. 5а вплоть до закрытия пор Фиг. 5б, дальнейшее увеличение приложенного давления вызывает упругую обратимую деформацию с одновременным конкурирующим процессом холодной монолитизации. Ограниченное количество свободного пространства в полимере после завершения процесса компактизации ограничивает рост упругой обратимой деформации с повышением приложенного давления, что, наряду с нарастанием процесса «холодной» монолитизации, прерывает рост толщины таблетки за счет нарастания упругих сил и приводит в дальнейшем к уменьшению толщины таблетки. При этом снятие нагрузки с образца приводит к деструкционным процессам в полимере за счет частичного разрыва образовавшихся в процессе «холодной» монолитизации межструктурных связей Фиг. 5в.In the initial portion of the curves, a decrease in tablet thickness occurs due to a decrease in the free volume of the reactor powders. FIG. 5a up to the closure of the pores of FIG. 5b, a further increase in the applied pressure causes elastic reversible deformation with a simultaneous competing process of cold monolithization. A limited amount of free space in the polymer after the completion of the compaction process limits the growth of elastic reversible deformation with an increase in the applied pressure, which, along with the increase in the process of “cold” monolithization, interrupts the growth of the tablet thickness due to the increase in elastic forces and subsequently leads to a decrease in tablet thickness. In this case, the removal of the load from the sample leads to destruction processes in the polymer due to the partial rupture of the interstructural bonds formed during the cold monolithization process. FIG. 5c.

Процесс компактизации реакторных порошков обладающих различной морфологией, следовательно, и различными прядильными качествами, представлен на Фиг. 6. Наблюдается незначительная механодеструкция полимера обладающего заявляемой морфологией Фиг. 6б, 6г, 6е соответствующие соответственно началу компактизации, окончанию компактизации и процессу посткомпактизации, и значительная у реакторного порошка СВМПЭ с отличной от заявляемой морфологий Фиг. 6а, 6в, 6д соответствующие соответственно началу компактизации, окончанию компактизации и процессу посткомпактизации.The process of compacting reactor powders having different morphologies, and therefore different spinning qualities, is shown in FIG. 6. A slight mechanical degradation of the polymer having the claimed morphology is observed. FIG. 6b, 6d, 6e, respectively, corresponding to the beginning of compaction, the end of compaction and the post-compaction process, and significant for UHMWPE reactor powder with a different morphology than the claimed FIG. 6a, 6c, 6d, respectively, corresponding to the beginning of compaction, the end of compaction, and the post-compaction process.

Реакторные порошки СВМПЭ заявляемой морфологии, плотная упаковка субчастиц наряду с рыхлой объемной структурой, образуют устойчивые плотные таблетки за счет значительных взаимодействий между частицами порошка при компактизации, позволяющих образовывать прочные связи между частицами реакторного порошка СВМПЭ.UHMWPE reactor powders of the claimed morphology, dense packing of subparticles, along with a loose bulk structure, form stable dense tablets due to significant interactions between powder particles during compaction, which form strong bonds between UHMWPE reactor powder particles.

Заявляемый способ компактизации реакторных порошков СВМПЭ позволяет минимизировать механодеструкцию полимера.The inventive method of compacting reactor powders of UHMWPE allows to minimize the mechanical degradation of the polymer.

Кроме того, при анализе Фиг. 3, наблюдаем, что для реакторного порошка с максимальной из испытанных степенью деформации и имеющим максимальную средневязкостную молекулярную массу Фиг. 3, образец 3 степень деформации при давлении 750 МПа

Figure 00000008
становится сравнимой с максимальной степенью деформации сжатия достигаемой в процессе компактизации
Figure 00000009
, что указывает на почти полное подавление упругой обратимой деформации. Этот факт открывает возможности для проведения процесса «холодной» монолитизации при дальнейшем увеличении приложенного давления за счет повышения температуры на границах частиц реакторного порошка, вплоть до температуры плавления, при их смещении друг относительно друга под влиянием приложенного давления.In addition, in the analysis of FIG. 3, we observe that for a reactor powder with the maximum degree of deformation tested and having the maximum average viscosity molecular weight FIG. 3, sample 3 degree of deformation at a pressure of 750 MPa
Figure 00000008
becomes comparable with the maximum degree of compression deformation achieved during compaction
Figure 00000009
, which indicates an almost complete suppression of elastic reversible deformation. This fact opens up possibilities for the process of “cold” monolithization with a further increase in the applied pressure due to an increase in temperature at the boundaries of the particles of the reactor powder, up to the melting temperature, when they are displaced relative to each other under the influence of the applied pressure.

Третьей стадией заявляемого способа изготовления прекурсоров ориентационного вытягивания пленочных нитей из СВПМП является процесс монолитизации компактизованных реакторных порошков СВМПЭ. Для достижения целей заявляемого изобретения процесс осуществляется при незначительном давлении и минимально возможной температуре, достаточной для получения однородной прозрачной монолитной пленки СВМПЭ.The third stage of the proposed method for the manufacture of precursors of orientational drawing of film filaments from UHMWPE is the process of monolithization of compacted UHMWPE reactor powders. To achieve the objectives of the claimed invention, the process is carried out at a slight pressure and the lowest possible temperature sufficient to obtain a uniform transparent monolithic UHMWPE film.

Экспериментальным путем было установлено, что монолитизация компактизованных реакторных порошков СВМПЭ с получением однородной прозрачной монолитной пленки происходит при температуре 130-135°С. Это подтверждается микроснимками полученными методом сканирующей электронной микроскопии Фиг. 7. Так на микрофотографиях поверхности монолитизованных при температуре 135°С согласно заявляемого способа образцов реакторных порошков СВМПЭ показано образование однородной прозрачной монолитной пленки СВМПЭ Фиг. 7Б и 7Г для образцов соответственно средневязкостной молекулярной массой Мη равной 4,32×106 г/моль и 3,69×106 г/моль. При снижении температуры ниже заявляемого температурного интервала получаемая пленка - матовая и на ней наблюдаются неоднородности Фиг. 7А и 7В для образцов соответственно средневязкостной молекулярной массой Мη равной 4,32×106 г/моль и 3,69×106 г/моль. Повышение температуры выше 135°С приводит к значительной термодеструкции полимера, что не отвечает целям заявляемого изобретения.It was experimentally established that the monolithization of compacted UHMWPE reactor powders to obtain a uniform transparent monolithic film occurs at a temperature of 130-135 ° C. This is confirmed by scanning electron microscopy micrographs of FIG. 7. So, on microphotographs of the surface of UHMWPE reactor powders monolitized at a temperature of 135 ° C according to the proposed method, the formation of a uniform transparent monolithic UHMWPE film is shown. FIG. 7B and 7G for samples, respectively, with an average viscosity molecular weight M η of 4.32 × 10 6 g / mol and 3.69 × 10 6 g / mol. When the temperature drops below the claimed temperature range, the resulting film is matte and inhomogeneities are observed on it. FIG. 7A and 7B for samples, respectively, with an average viscosity molecular weight M η of 4.32 × 10 6 g / mol and 3.69 × 10 6 g / mol. An increase in temperature above 135 ° C leads to significant thermal degradation of the polymer, which does not meet the objectives of the claimed invention.

Способ осуществляется следующим образом:The method is as follows:

По заявляемым морфологическим свойствам отбирается реакторный порошок СВМПЭ - реакторный порошок производства ОАО «Томскнефтехим» со средневязкостной молекулярной массой Мη=3,69×106 г/моль с диаметром частиц реакторного порошка 55 мкм, размером субчастиц 12 мкм и тяжами с небольшим количеством ламелярных остатков. Затем проводится его компактизация при комнатной температуре со степенью деформации сжатия - отношение толщин реакторного порошка до и после завершения компактизации

Figure 00000010
с получением устойчивых плотных образцов. Далее проводится их монолитизация при температуре 130-135°С с получением однородной прозрачной монолитной пленки.According to the declared morphological properties, UHMWPE reactor powder is selected - reactor powder manufactured by OAO Tomskneftekhim with a medium viscosity molecular weight M η = 3.69 × 10 6 g / mol with a particle diameter of reactor powder of 55 μm, a subparticle size of 12 μm and strands with a small amount of lamellar residues. Then it is compacted at room temperature with a degree of compression deformation - the ratio of the thickness of the reactor powder before and after completion of compaction
Figure 00000010
with obtaining stable dense samples. Next, they are monolitized at a temperature of 130-135 ° C to obtain a homogeneous transparent monolithic film.

Заявляемый способ отличается высокой технологичностью и не требует для своей реализации таких технологически сложных и энергозатратных устройств, как обогреваемые вальцы и обогреваемые пресс-формы. Для реализации заявляемого способа получения прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из СВМПЭ достаточно включения в технологическую цепочку последовательно: устройства прессования реакторных порошков СВМПЭ при комнатной температуре с продолжительностью выдержки под давлением в течение 15 минут с достижением степени деформации сжатия

Figure 00000011
, например, вертикальный пресс; обогреваемой камеры обеспечивающей нагревание компактизованных образцов СВМПЭ до температуры 130-135°С; необогреваемых вальцов для осуществления приемки, калибровки и направленной ориентации однородной прозрачной монолитной пленки; транспортеров для перемещения образцов между устройствами.The inventive method is highly technological and does not require for its implementation such technologically complex and energy-intensive devices, such as heated rollers and heated molds. To implement the inventive method for producing precursors for orientational drawing of film filaments from UHMWPE, it is enough to include in the process chain in series: devices for pressing UHMWPE reactor powders at room temperature with a exposure time of 15 minutes under pressure to achieve the degree of compression deformation
Figure 00000011
for example, a vertical press; a heated chamber providing heating of compacted UHMWPE samples to a temperature of 130-135 ° С; unheated rollers for acceptance, calibration and directional orientation of a uniform transparent monolithic film; conveyors for moving samples between devices.

Claims (1)

Способ изготовления прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, включающий: отбор реакторного порошка СВМПЭ по морфологическим свойствам; проведение компактизации реакторного порошка СВМПЭ при комнатной температуре со степенью деформации сжатия - отношение толщин образца до и после завершения компактизации θ=sнач/sкон=2,0-2,2; проведение монолитизации компактизированных реакторных порошков СВМПЭ при температуре 130-135°С.A method of manufacturing precursors for orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene, including: selection of UHMWPE reactor powder by morphological properties; compacting the UHMWPE reactor powder at room temperature with the degree of compression deformation - the ratio of the thicknesses of the sample before and after the completion of compaction θ = s beg / s con = 2.0-2.2; monolithization of compacted UHMWPE reactor powders at a temperature of 130-135 ° С.
RU2018108134A 2018-03-06 2018-03-06 Method for preparing precursors for orientational pull-up of the tape yarn from uhmwpe RU2671120C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018108134A RU2671120C1 (en) 2018-03-06 2018-03-06 Method for preparing precursors for orientational pull-up of the tape yarn from uhmwpe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018108134A RU2671120C1 (en) 2018-03-06 2018-03-06 Method for preparing precursors for orientational pull-up of the tape yarn from uhmwpe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2671120C1 true RU2671120C1 (en) 2018-10-29

Family

ID=64103166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018108134A RU2671120C1 (en) 2018-03-06 2018-03-06 Method for preparing precursors for orientational pull-up of the tape yarn from uhmwpe

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2671120C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5091133A (en) * 1988-12-21 1992-02-25 Nippon Oil Co., Ltd. Continuous production process of high-strength and high-modulus polyolefin material
EA200700835A1 (en) * 2004-10-14 2007-08-31 ДСМ АйПи АССЕТС Б.В. METHOD OF MANUFACTURING A PRODUCT LIKE A MONO FIBER AND A PRODUCT
RU2334027C1 (en) * 2007-09-06 2008-09-20 Открытое Акционерное Общество "МВС-Синтез" (ОАО "МВС-Синтез") Method of manufacturing high-strength fiber from ultra-high molecular polyethylene
RU2344212C1 (en) * 2004-10-14 2009-01-20 ДСМ АйПи АССЕТС Б.В. Method for manufacturing product similar to monofibre
EA028681B1 (en) * 2011-04-13 2017-12-29 ДСМ АйПи АССЕТС Б.В. Uhmwpe fiber and process for producing same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5091133A (en) * 1988-12-21 1992-02-25 Nippon Oil Co., Ltd. Continuous production process of high-strength and high-modulus polyolefin material
EA200700835A1 (en) * 2004-10-14 2007-08-31 ДСМ АйПи АССЕТС Б.В. METHOD OF MANUFACTURING A PRODUCT LIKE A MONO FIBER AND A PRODUCT
RU2344212C1 (en) * 2004-10-14 2009-01-20 ДСМ АйПи АССЕТС Б.В. Method for manufacturing product similar to monofibre
RU2334027C1 (en) * 2007-09-06 2008-09-20 Открытое Акционерное Общество "МВС-Синтез" (ОАО "МВС-Синтез") Method of manufacturing high-strength fiber from ultra-high molecular polyethylene
EA028681B1 (en) * 2011-04-13 2017-12-29 ДСМ АйПи АССЕТС Б.В. Uhmwpe fiber and process for producing same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10519263B2 (en) Method for producing porous articles from alternating poly(ethylene tetrafluoroethylene) and articles produced therefrom
Ozerin et al. Properties of oriented film tapes prepared via solid-state processing of a nascent ultrahigh-molecular-weight polyethylene reactor powder synthesized with a postmetallocene catalyst
JP5797289B2 (en) Polyethylene film with high tensile strength and high tensile breaking energy
Ignjatović et al. The designing of properties of hydroxyapatite/poly-l-lactide composite biomaterials by hot pressing
EP1636016B1 (en) Process for the preparation of a shaped part of an ultra high molecular weight polyethylene
JPH04506638A (en) polymer material
KR20130135880A (en) High molecular weight polyethylene
JPS61501695A (en) Improved polyethylene molding composition and method for making the same
JP6711022B2 (en) Ultra high molecular weight polyethylene porous sintered body
JPS58145735A (en) Production of porous polytetrafluoroethylene article
RU2671120C1 (en) Method for preparing precursors for orientational pull-up of the tape yarn from uhmwpe
Dencheva et al. Microstructure studies of in situ composites based on polyethylene/polyamide 12 blends
US20090234061A1 (en) Process for Producing a Fluororesin Sheet Containing a Filler and a Fluororesin Sheet Containing a Filler
Raju et al. Mechanical properties of glass fiber reinforced polyester ZnO nanocomposites
Uehara et al. Non-solvent processing for robust but thin membranes of ultra-high molecular weight polyethylene
Ozerin et al. Reactor powders of ultra-high molecular weight polyethylene for solid-state processing into high-strength materials and products
JP2011518933A (en) Method for producing high-strength polyethylene film
JPH0388785A (en) Ceramic preform of high mechanical strength, its manufacture and metal-matrix complex obtained from said ceramic preform
JPS62500598A (en) Ultra-high molecular weight polyethylene products including vascular prostheses and methods of manufacturing the same and use of the pseudo↓-gel state
Zachariades et al. Solid state extrusion of ultra high molecular weight polyethylene. Processing and properties
Mc Gee et al. Solid state extrusion of polytetrafluoroethylene fibers
KR950005429B1 (en) Heat-resistant acrylic short fibers without spinning
Mezheumov et al. Preparation of Precursors for the Production of High-Strength Film Filaments from Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene by Solid-Phase Forming
WO2021063898A1 (en) Ultrahigh molecular weight polyethylene resin and molded body comprising the same
Mead et al. Formation properties of solid‐state extruded high density polyethylene fibers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200307