專利名稱：一種高強(qiáng)高模超高分子量聚乙烯異型中空纖維的制備方法
一種高強(qiáng)高模超高分子量聚乙烯異型中空纖維的制備方法
背景技術(shù)：
超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯纖維具有其它高性能纖維所無(wú)法比擬的力學(xué)性 能。較低的密度、較高的斷裂伸長(zhǎng)率、比強(qiáng)度和比模量最大，超過(guò)了金屬材料， 更重要的是還有良好的能量吸收特性，最宜吸收低速的破片沖擊能量，防彈性 能最好，是一種理想的防彈材料，也廣泛應(yīng)用在保安和軍事方面，是目前最好 的纜繩材料和高技術(shù)軍備材料。DSM公司于1990年實(shí)現(xiàn)了凝膠紡絲法制超高分子量纖維工業(yè)化生產(chǎn)。 現(xiàn)在世界上高強(qiáng)高模超高分子量聚乙烯纖維的主要方法是凝膠紡絲法,制造超高 分子量聚乙烯纖維的主要步驟是將超高分子量聚乙烯溶于第一溶劑配制成聚 乙烯溶液，該溶液由螺桿擠出機(jī)擠出，經(jīng)紡絲箱體噴絲板噴出后，冷卻凝固成 凝膠纖維，用揮發(fā)性的第二溶劑萃取出第一溶劑，干燥超倍拉伸，最終獲得成 品纖維。凝膠纖維中含有大量第一溶劑必須用第二溶劑萃取除去纖維中的溶劑后 再進(jìn)行超倍拉伸，才能得到高強(qiáng)高模纖維，萃取過(guò)程的速度除與使用的第二溶 劑和萃取工藝有關(guān)外，還與溶劑擴(kuò)散的路徑有關(guān)。萃取過(guò)程中纖維外層的溶劑 優(yōu)先從凝膠纖維中擴(kuò)散出來(lái)。路徑愈長(zhǎng)擴(kuò)散速度的差異愈大。從纖維截面看壁 愈厚。差異愈大，形成皮芯結(jié)構(gòu)愈歷害，這種不均勻的結(jié)構(gòu)影響纖維的超倍拉 伸，進(jìn)而影響成品纖維的力學(xué)性能。本發(fā)明的超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯異型中空纖維壁簿且比表面積大。大 大縮短了纖維內(nèi)溶劑擴(kuò)散出凝膠纖維的路徑。提高了萃取效率，節(jié)省萃取用第 二溶劑，消除了結(jié)構(gòu)不均勻性，進(jìn)一步提高成品纖維的力學(xué)性能。同時(shí)由于具有大的比表面積在復(fù)合材料加工過(guò)程中易于結(jié)合,性能更為優(yōu)良。
實(shí)施方法步驟包括將超高相對(duì)分子質(zhì)量的聚乙烯粉未，配制成均勻溶 液，采用凝膠紡絲法，在一定溫度下經(jīng)雙螺桿、箱體、計(jì)量泵，到具有中空的 嘖絲頭擠出，凝膠絲經(jīng)萃取、干燥、超倍拉伸得高強(qiáng)高模異型中空聚乙烯纖維。
其中聚乙烯的重均相對(duì)分子質(zhì)量在100-600萬(wàn)。溶液原液中包括4% 60%的超 高相對(duì)分子質(zhì)量的聚乙烯及96% 40%的溶劑，原液紡絲的溫度控制在140 260 。C。原液必須通過(guò)一具有中空的噴絲孔，噴絲孔的型狀包括A、 +、眾等。噴 絲孔的異型度40-90，中空度10% 70%，得到的凍膠纖維在80 13(TC進(jìn)行萃取， 干燥，再超倍拉伸，拉伸倍數(shù)在10 100倍。最后得到高強(qiáng)高模聚乙烯中空扁 纖維。 實(shí)例l
超高分子量聚乙烯(相對(duì)平均分子質(zhì)量450萬(wàn))，溶劑白油，配制成濃度 為10%的均勻溶液定量喂入雙螺桿擠出機(jī)。擠出機(jī)直徑25mm,L/EN45，溫度控 制在250DC。螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速30rpm。擠出物經(jīng)過(guò)濾器箱體到計(jì)量泵被計(jì)量后 從具有中空度50%的噴絲孔噴出。然后入水浴經(jīng)處理后萃取、干燥、超倍拉伸， 拉伸總倍數(shù)為40，得到的高強(qiáng)高模聚乙烯中空扁纖維,強(qiáng)度達(dá)到30cN/dtex，模量 在1000cN/dtex以上。
實(shí)例2
超高分子量聚乙烯(相對(duì)平均分子質(zhì)量500萬(wàn))，溶劑白油,配制成濃度為 8%的均勻溶液定量喂入雙螺桿擠出機(jī)。擠出機(jī)直徑25mm， L/D=64，溫度控制 在240GC ，螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速40rpm。擠出物經(jīng)過(guò)濾器箱體到計(jì)量泵被計(jì)量后從 具有中空度70%的噴絲孔噴出，然后入水浴經(jīng)處理后萃取、干燥、超倍拉伸，拉伸總倍數(shù)為55，得到的高強(qiáng)高模聚乙烯A型中孔纖維,強(qiáng)度達(dá)到35cN/dtex，模 量在1200cN/dtex以上。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)高模超高分子量聚乙烯異型中空纖維的制備方法其特征包括以下步驟1)將超高相對(duì)分子質(zhì)量的聚乙烯粉末，加入到合適的溶劑中配制成均勻的溶液2)采用凍膠紡絲法，在一定溫度下經(jīng)雙螺桿、箱體、計(jì)量泵，到異型中空的嘖絲頭擠出得凍膠纖維。3)凍膠纖維經(jīng)萃取、干燥、再超倍拉伸，最后得到高強(qiáng)高模異型中空聚乙烯成品纖維。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述超高分子量聚乙烯的重均相對(duì)分子質(zhì)量為100萬(wàn) 600萬(wàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述原液中包括4% 60%的超高相對(duì)分子質(zhì)量的聚 乙烯及96% 40%的溶劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述溶液中還加入穩(wěn)定劑抗氧劑染色劑阻燃劑中的 一種或幾種作為助劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述噴絲孔的型狀包括A、 +、 A等。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述原液必須通過(guò)一具有異型中孔的噴絲頭，噴絲孔的異型度為40-90,中孔度為10%-70%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述溶液紡絲溫度為140 280°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述纖維拉伸溫度在80 14(TC。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述纖維拉伸倍數(shù)為10 100倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高模超高分子量聚乙烯異型中空纖維的制備方法，屬纖維制備領(lǐng)域。步驟包括將超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯(重均分子量在100萬(wàn)以上)粉末，溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲信渲瞥晒毯繛?％～60％的溶液，采用凝膠紡絲法，經(jīng)雙螺桿從具有異型中空的嘖絲頭擠出(嘖絲孔異型度40-90，中空度10％～70％)。得到的凝膠絲經(jīng)萃取、干燥、超倍拉伸(拉伸溫度80～140℃，總拉伸倍數(shù)10～100倍)，制得高強(qiáng)高模聚乙烯異型中空纖維。
文檔編號(hào)D01F6/04GK101307508SQ20071004067
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者劉兆峰, 尤秀蘭, 胡盼盼 申請(qǐng)人:胡盼盼;劉兆峰;尤秀蘭