專利名稱：一種有顏色的高強聚乙烯纖維及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種高強度聚乙烯纖維及其制造方法，特別是一種有 顏色的高強聚乙烯纖維及其制造方法，適用于繩索、漁網、復合材料 等民用領域。
背景技術：
高強聚乙烯纖維，是采用分子量在IOO萬以上的超高分子量聚乙烯生產制造的具有高強度和模量的合成纖維材料，高強聚乙烯纖維、 芳綸、碳纖維在國際上稱為三大高性能纖維材料，其中超高分子量聚 乙烯纖維因具有高強度、高模量、低密度的特點，所以在現代化戰爭 與防御裝備、宇航與航空方面發揮了極其重要的作用，在民用領域也 得到了越來越廣泛的應用。目前，高強聚乙烯纖維多采用凝膠紡絲一超倍熱牽伸工藝生產， 由于超高分子量聚乙烯具有很長的聚乙烯大分子柔性鏈，極易造成鏈 纏結，將其溶解于一定溶劑中，通過溶劑的稀釋作用拉開大分子之間 的距離，原液擠出成纖維后得到具有適度大分子纏結點的凍膠原絲， 經超倍熱拉伸和分子取向得到具有伸直鏈結構的高強聚乙烯纖維。其主要工序包括1、用溶劑溶解超高分子量聚乙烯，制成紡絲溶液；2、 溶液經噴絲孔擠出后再用空氣或水驟冷固化，得到具有適度大分子纏 結點的含溶劑濕態原絲；3、采用萃取劑將濕態原絲中所含的溶劑脫 去；4、對萃取后絲束在干燥箱內進行干燥；5、進行超倍熱牽伸，得到具有伸直鏈結晶結構的高強聚乙烯纖維。日本專利特開平7—238416公開了一種在干法紡絲過程中積極 揮發溶劑以制備高性能聚乙烯纖維的方法，具體工藝為5—50%的 超高分子量聚乙烯和95—50%的揮發性溶劑溶解，加熱擠出后，經過 一紡絲筒，利用紡絲筒內通入熱氣流的方法使40%以上的溶劑揮發， 剩余溶劑在熱牽伸的過程中去除，該日本專利通過在紡絲過程中積極 去除部分溶劑形成半干態原絲，解決了紡絲粘連的問題，但由于溶劑 在紡絲和熱牽伸過程中均有揮發，因此該專利需要在紡絲段和牽伸設 備上分別進行防火防爆處理和溶劑回收，這樣就增加了設備投資和溶 劑回收的難度，不利于大規模的工業化生產。目前的生產工藝皆追求纖維的高強度，所生產出的高強聚乙烯纖 維的拉伸強度大都在30g/d以上，呈白色，由于其生產過程的復雜性， 其價格也較高，因此一般用在軍用領域，而民用的大多領域一般只需 強度為15—30g/d的纖維即可滿足要求，若使用30g/d以上的高強聚 乙烯纖維，則會造成纖維性能上的浪費，也形成了資源的浪費，從而 大大提高了其使用成本，在民用領域難以承受；同時，在繩網等應用 領域，對纖維有一定的顏色要求，但由于超高分子量聚乙烯的大分子 鏈中，除C一H鍵外不存在其它的官能團， 一般的染料分子無法與之 結合進行染色，因此一般的纖維染色方法對聚乙烯纖維都不適用。目 前尚未見帶有顏色的、強度為15—30g/d高強聚乙烯纖維及其生產方 法的報道。發明內容本發明的目的在于提供一種具有顏色、強度為15—30g/d、模量 為400—1000g/d、能廣泛用于民用領域的有顏色的高強聚乙烯纖維。本發明的另一個目的在于提供一種制造上述有顏色的高強聚乙 烯纖維的方法。為達到以上目的，本發明所采用的技術方案是該有顏色的高強 聚乙烯纖維，由數均分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯構成， 并以白礦油為溶劑，超高分子量聚乙烯與白礦油的重量比為1: 7—9， 其特征在于在數均分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯內混入 無機顏料添加劑，無機顏料添加劑的添加比例為超高分子量聚乙烯重 量的1.0—3.0%，生產出15—30g/d的高強聚乙烯纖維。本發明還通 過如下措施實施所述的無機顏料添加劑為群青、酞菁藍、氧化鉻綠、鉛鉻綠、氧化鐵、炭黑中的一種，或其同類組合(如氧化絡綠和鉛鉻綠的組合、群青和酞青藍的組合)，無機顏料添加劑的粒徑小于1um，因加入不同的無機顏料添加劑，從而使生產出的高強聚乙烯纖 維具有藍色、綠色、紅色、黑色，且染色牢度高，其強度為15—30g/d, 模量為400—1000 g/d，單絲纖度為4一15d，斷裂伸長率小于3.5%。 如上所述的有顏色的高強聚乙烯纖維的制備方法，其特征在于它 由以下步驟完成(1)原料的溶脹、溶解，制成紡絲原液選用數均分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯，并以白色礦 物油作為溶劑，超高分子量聚乙烯與白色礦物油的重量比為1: 7~9，并根據顏色的要求添加無機顏料添加劑，添加量為超高分子量聚乙烯重量的1.0—3.0%，加熱攪拌使超高分子量聚乙烯和添加的無機顏料 添加劑在白色礦物油溶劑中充分均勻的混合，然后進入雙螺桿擠出機 內加熱，使之溶脹、溶解，溫度控制在100—300°C,即制得紡絲原 液；所述的無機顏料添加劑為群青、酞菁藍、氧化鉻綠、鉛鉻綠、氧 化鐵、炭黑中的一種，或其同類組合，為保證混合的均勻，所用無機 顏料添加劑的粒徑小于1 u m;(2) 制備凍膠絲將紡絲原液從噴絲板擠出得到液態細絲，噴絲板的孔徑為0.5— 1.6mm，液態細絲經一段氣隙進入水溫為15—25。C的紡絲水箱，經水 冷卻，制成凍膠絲，氣隙牽伸倍數為4—8倍；(3) 對凍膠絲進行萃取凍膠絲經導絲輥進入萃取槽內進行萃取，所述萃取槽內的萃取劑 為二甲苯，凍膠絲內的白色礦物油被萃取劑萃取出來后，萃取劑和白 色礦物油再經分離工序回收，以循環利用；(4) 紡絲干燥萃取后的纖維進入干燥箱，經45—55'C的熱空氣吹干，纖維中 所含的萃取劑經活性炭纖維吸附回收裝置回收；(5) 后牽伸及巻繞制成有顏色的高強聚乙烯纖維由干燥箱牽出的干態纖維，進行1一3次的后牽伸，每次后牽伸 的倍數在l一6倍之間，后牽伸所需的設備包括七輥牽伸機和熱烘箱， 牽伸后的纖維，經巻繞制成有顏色的高強聚乙烯纖維，生產出15— 30g/d的高強聚乙烯纖維。本發明在制作白色的高強聚乙烯纖維時，只要不加入無機顏料添 加劑即可。通過該方法生產的有顏色的高強聚乙烯纖維，在廠內經檢測，其強度為15—30g/d、模量為400—1000 g/d、單絲纖度為4一12d、斷裂 伸長率小于3.5%、色澤鮮亮均勻，合格率高于95%。本發明的有益效果在于與目前生產的超高分子量聚乙烯纖維相 比，既具有所需要的顏色，而且制造流程簡單、生產效率高、成本低， 生產出的纖維性能優良，并且降低了使用成本，可廣泛用于繩索、漁 網、復合材料等領域。
具體實施方式
實施例1:制備藍色的高強聚乙烯纖維，其生產步驟為-(1) 原料的溶脹、溶解，制成紡絲原液選用數均分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯，并以白色礦 物油作為溶劑，超高分子量聚乙烯與白色礦物油的重量比為1: 9， 以酞菁藍作為無機顏料添加劑，其添加量為超高分子量聚乙烯重量的 1.0%,加熱攪拌使超高分子量聚乙烯和酞菁藍在白色礦物油溶劑中 充分均勻的混合，然后進入雙螺桿擠出機內加熱，使之溶脹、溶解， 溫度控制在100—300'C，制得紡絲原液；(2) 制備凍膠絲將紡絲原液從噴絲板擠出得到液態細絲，噴絲板的孔徑為l.Omm，液態細絲進入水溫為20'C的紡絲水箱，經水冷卻，制成凍膠絲，氣隙牽伸倍數為8;(3) 對凍膠絲進行萃取凍膠絲經導絲輥進入萃取槽內進行萃取，所述萃取槽內的萃取劑 為二甲苯，凍膠絲內的白色礦物油被萃取劑萃取出來后，萃取劑和白 色礦物油再經分離工序回收，以循環利用；(4) 紡絲干燥萃取后的紡絲進入干燥箱，經干燥溫度為50。C的熱空氣吹干， 纖維中所含的萃取劑經活性炭纖維吸附回收裝置回收；(5) 后牽伸及巻繞制成為藍色的高強聚乙烯纖維由干燥箱牽出的干態纖維，進行3次的后牽伸，三次牽伸的倍數 分別為2倍、2倍和1.5倍，后牽伸所需的設備包括七輥牽伸機和熱 烘箱，牽伸后的纖維，經巻繞制成藍色的高強聚乙烯纖維。經廠內檢測，該藍色的高強聚乙烯纖維的強度為30g/d,模量為 970g/d，單絲纖度為4.5d，斷裂伸長率為2.5%，合格率為98°%。 實施例2:制備綠色的高強聚乙烯纖維，其生產步驟為(l)原料的溶脹、溶解，制成紡絲原液選用數均分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯，并以白色礦物油作為溶劑，超高分子量聚乙烯與白色礦物油的重量比為1: 7，以氧化鉻綠為無機顏料添加劑，其添加量為超高分子量聚乙烯重量的3.0%,加熱攪拌使超高分子量聚乙烯和氧化鉻綠在白色礦物油溶劑 中充分均勻的混合，然后進入雙螺桿擠出機內加熱，使之溶脹、溶解，溫度控制在100—300°C，制得紡絲原液；(2) 制備凍膠絲將紡絲原液從噴絲板擠出得到液態細絲，噴絲板的孔徑為1.6mm，液態細絲進入水溫為24'C的紡絲水箱，經水冷卻，制成凍膠 絲，氣隙牽伸倍數為7;(3) 對凍膠絲進行萃取凍膠絲經導絲輥進入萃取槽內進行萃取，所述萃取槽內的萃取劑 為二甲苯，凍膠絲內的白色礦物油被萃取劑萃取出來后，萃取劑和白色礦物油再經分離工序回收，以循環利用；(4) 紡絲干燥萃取后的紡絲進入干燥箱，經干燥溫度為54-C的熱空氣吹干， 纖維中所含的萃取劑經活性炭纖維吸附回收裝置回收；(5) 后牽伸及巻繞制成為綠色的高強聚乙烯纖維由干燥箱牽出的干態纖維，進行2次的后牽伸，兩次后牽伸的倍 數分別為3倍和1.5倍，后牽伸所需的設備包括七輥牽伸機和熱烘箱， 牽伸后的纖維，經巻繞制成綠色的高強聚乙烯纖維。經廠內檢測，該綠色的高強聚乙烯纖維的強度為15g/d，模量為 410g/d，單絲纖度為12d，斷裂伸長率為3.5%，合格率為99°%。 實施例3:制備紅色的高強聚乙烯纖維，其生產步驟為 (l)原料的溶脹、溶解，制成紡絲原液-選用數均分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯，并以白色礦物油作為溶劑，超高分子量聚乙烯與白色礦物油的重量比為1: 8， 以氧化鐵為無機顏料添加劑，其添加量為超高分子量聚乙烯重量的2.0%，加熱攪拌使超高分子量聚乙烯和氧化鐵在白色礦物油溶劑中充分均勻的混合，然后進入雙螺桿擠出機內加熱，使之溶脹、溶解，溫度控制在100—300°C，制得紡絲原液；(2) 制備凍膠絲將紡絲原液從噴絲板擠出得到液態細絲，噴絲板的孔徑為0.5mm，液態細絲進入水溫為18—2(TC的紡絲水箱，經水冷卻，制成凍膠絲，氣隙牽伸倍數為5;(3) 對凍膠絲進行萃取凍膠絲經導絲輥進入萃取槽內進行萃取，所述萃取槽內的萃取劑 為二甲苯，凍膠絲內的白色礦物油被萃取劑萃取出來后，萃取劑和白色礦物油再經分離工序回收，以循環利用；(4) 紡絲干燥萃取后的紡絲進入干燥箱，經干燥溫度為50—52卩的熱空氣吹 干，纖維中所含的萃取劑經活性炭纖維吸附回收裝置回收；(5) 后牽伸及巻繞制成為紅色的高強聚乙烯纖維由干燥箱牽出的干態纖維，進行3次的后牽伸，三次牽伸的倍數 分別為2倍、2倍和1.5倍，后牽伸所需的設備包括七輥牽伸機和熱 烘箱，牽伸后的纖維，經巻繞制成紅色的高強聚乙烯纖維。經廠內檢測，該紅色的高強聚乙烯纖維的強度為25g/d,模量為 760g/d，單絲纖度為4d，斷裂伸長率為2.7%，合格率為99%。實施例4:制備黑色的高強聚乙烯纖維，其生產步驟為(1) 原料的溶脹、溶解，制成紡絲原液-選用數均分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯，并以白色礦 物油作為溶劑，超高分子量聚乙烯與白色礦物油的重量比為1: 9， 以碳黑為無機顏料添加劑，其添加量為超高分子量聚乙烯重量的2.0%，加熱攪拌使超高分子量聚乙烯和碳黑在白色礦物油溶劑中充分均 勻的混合，然后進入雙螺桿擠出機內加熱，使之溶脹、溶解，溫度控制在100—300。C,制得紡絲原液；(2) 制備凍膠絲將紡絲原液從噴絲板擠出得到液態細絲，噴絲板的孔徑為l.Omm，液態細絲進入水溫為2(TC的紡絲水箱，經水冷卻，制成凍膠 絲，氣隙牽伸倍數為8;(3) 對凍膠絲進行萃取凍膠絲經導絲輥進入萃取槽內進行萃取，所述萃取槽內的萃取劑 為二甲苯，凍膠絲內的白色礦物油被萃取劑萃取出來后，萃取劑和白 色礦物油再經分離工序回收，以循環利用；(4) 紡絲干燥萃取后的紡絲進入干燥箱，經干燥溫度為50'C的熱空氣吹干，纖維中所含的萃取劑經活性炭纖維吸附回收裝置回收；(5) 后牽伸及巻繞制成為黑色的高強聚乙烯纖維由干燥箱牽出的干態纖維，進行3次的后牽伸，三次牽伸的倍數分別為3倍、3倍和1.5倍，后牽伸所需的設備包括七輥牽伸機和熱 烘箱，牽伸后的纖維，經巻繞制成黑色的高強聚乙烯纖維。經廠內檢測，該黑色的高強聚乙烯纖維的強度為30g/d，模量為 970g/d，單絲纖度為4.5d，斷裂伸長率為2.5%，合格率為98%。 實施例5:制備藍色的高強聚乙烯纖維，其生產步驟為(1) 原料的溶脹、溶解，制成紡絲原液選用數均分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯，并以白色礦 物油作為溶劑，超高分子量聚乙烯與白色礦物油的重量比為1: 8， 以群青和酞菁藍為無機顏料添加劑，其添加量為超高分子量聚乙烯重 量的2.0%，加熱攪拌使超高分子量聚乙烯和群青、酞菁藍在白色礦 物油溶劑中充分均勻的混合，然后進入雙螺桿擠出機內加熱，使之溶 脹、溶解，溫度控制在100—300'C，制得紡絲原液；(2) 制備凍膠絲將紡絲原液從噴絲板擠出得到液態細絲，噴絲板的孔徑為0.5mm，液態細絲進入水溫為20—24'C的紡絲水箱，經水冷卻，制成 凍膠絲，氣隙牽伸倍數為6;(3) 對凍膠絲進行萃取凍膠絲經導絲輥進入萃取槽內進行萃取，所述萃取槽內的萃取劑 為二甲苯，凍膠絲內的白色礦物油被萃取劑萃取出來后，萃取劑和白色礦物油再經分離工序回收，以循環利用；(4) 紡絲干燥萃取后的紡絲進入干燥箱，經干燥溫度為46—5(TC的熱空氣吹 干，纖維中所含的萃取劑經活性炭纖維吸附回收裝置回收； (5)后牽伸及巻繞制成為藍色的高強聚乙烯纖維由干燥箱牽出的干態纖維，進行3次的后牽伸，三次牽伸的倍數 分別為2.5倍、2.5倍和1.5倍，后牽伸所需的設備包括七輥牽伸機和 熱烘箱，牽伸后的纖維，經巻繞制成藍色的高強聚乙烯纖維。經廠內檢測，該藍色的高強聚乙烯纖維的強度為24g/d,模量為 740g/d,單絲纖度為4d，斷裂伸長率為2.7%，合格率為99%。 實施例6:制備綠色的高強聚乙烯纖維，其生產步驟為(1) 原料的溶脹、溶解，制成紡絲原液選用數均分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯，并以白色礦物油作為溶劑，超高分子量聚乙烯與白色礦物油的重量比為1: 9，以氧化鉻綠、鉛鉻綠為無機顏料添加劑，其添加量為超高分子量聚乙烯重量的2%，加熱攪拌使超高分子量聚乙烯和氧化鉻綠、鉛鉻綠在 白色礦物油溶劑中充分均勻的混合，然后進入雙螺桿擠出機內加熱， 使之溶脹、溶解，溫度控制在100—30(TC，制得紡絲原液；(2) 制備凍膠絲將紡絲原液從噴絲板擠出得到液態細絲，噴絲板的孔徑為 l.Omm，液態細絲進入水溫為20—22。C的紡絲水箱，經水冷卻，制成 凍膠絲，氣隙牽伸倍數為6。(3) 對凍膠絲進行萃取凍膠絲經導絲輥進入萃取槽內進行萃取，所述萃取槽內的萃取劑 為二甲苯，凍膠絲內的白色礦物油被萃取劑萃取出來后，萃取劑和白 色礦物油再經分離工序回收，以循環利用；(4) 紡絲干燥萃取后的紡絲進入干燥箱，經干燥溫度為48—5(TC的熱空氣吹 干，纖維中所含的萃取劑經活性炭纖維吸附回收裝置回收；(5) 后牽伸及巻繞制成有綠色的高強聚乙烯纖維由干燥箱牽出的干態纖維，進行2次的后牽伸，兩次牽伸的倍數 分別為3倍和1.5倍，后牽伸所需的設備包括七輥牽伸機和熱烘箱， 牽伸后的纖維，經巻繞制成綠色的高強聚乙烯纖維。經廠內檢測，該綠色的高強聚乙烯纖維的強度為21g/d,模量為 580g/d，單絲纖度為10d，斷裂伸長率為2.5%，合格率為97°/^。
權利要求
1、一種有顏色的高強聚乙烯纖維，由數均分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯構成，并以白礦油為溶劑，超高分子量聚乙烯與白礦油的重量比為1∶7-9，其特征在于在數均分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯內混入無機顏料添加劑，無機顏料添加劑的添加比例為超高分子量聚乙烯重量的1.0-3.0％，生產出15-30g/d的高強聚乙烯纖維。
2、 根據權利要求1所述的一種有顏色的高強聚乙烯纖維，其特 征在于所述的無機顏料添加劑為群青、酞菁藍、氧化鉻綠、鉛鉻綠、 氧化鐵、炭黑中的一種，或其同類組合，無機顏料添加劑的粒徑小于 1 li m。
3、 根據權利要求1或2所述的高強聚乙烯纖維，其特征在于強 度為15—30g/d，模量為400~1000g/d，單絲纖度為4—15d，斷裂伸 長率小于3.5%。
4、 一種制備如權利要求1所述的有顏色的高強聚乙烯纖維的方 法，其特征在于它由以下步驟完成(1)原料的溶脹、溶解，制成紡絲原液-選用數均分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯，并以白色礦 物油作為溶劑，超高分子量聚乙烯與白色礦物油的重量比為1: 7—9， 并根據顏色的要求添加無機顏料添加劑，添加量為超高分子量聚乙烯 重量的1.0—3.0%，加熱攪拌使超高分子量聚乙烯和添加的無機顏料 添加劑在白色礦物油溶劑中充分均勻的混合，然后進入雙螺桿擠出機內加熱，使之溶脹、溶解，溫度控制在100—30(TC，即制得紡絲原 液；所述的無機顏料添加劑為群青、酞菁藍、氧化鉻綠、鉛鉻綠、氧 化鐵、炭黑中的一種，或其同類組合，無機顏料添加劑的粒徑小于1 P m;(2) 制備凍膠絲將紡絲原液從噴絲板擠出得到液態細絲，噴絲板的孔徑為0.5— 1.6mm，液態細絲經一段氣隙進入水溫為15—25。C的紡絲水箱，經水 冷卻，制成凍膠絲，氣隙牽伸倍數為4一8倍；(3) 對凍膠絲進行萃取凍膠絲經導絲輥進入萃取槽內進行萃取，所述萃取槽內的萃取劑 為二甲苯，凍膠絲內的白色礦物油被萃取劑萃取出來后，萃取劑和白 色礦物油再經分離工序回收，以循環利用；(4) 紡絲干燥萃取后的纖維進入干燥箱，經45—55"C的熱空氣吹干，纖維中 所含的萃取劑經活性炭纖維吸附回收裝置回收；(5) 后牽伸及巻繞制成有顏色的高強聚乙烯纖維由干燥箱牽出的干態纖維，進行1一3次的后牽伸，每次后牽伸 的倍數在l一6倍之間，生產出15—30 g/d的高強聚乙烯纖維。
全文摘要
本發明公開了一種有顏色的高強聚乙烯纖維及其制造方法，該有顏色的高強聚乙烯纖維，其特征在于在超高分子量聚乙烯內混入無機顏料添加劑，無機顏料添加劑的添加比例為超高分子量聚乙烯重量的0.5-3％，其強度為15-30g/d，。其制造方法由以下步驟完成(1)原料的溶脹、溶解，制成紡絲原液；(2)制備凍膠絲；(3)對凍膠絲進行萃取；(4)紡絲干燥；(5)后牽伸及卷繞制成有顏色的高強聚乙烯纖維。該種有顏色的高強聚乙烯纖維及其制造方法，與目前生產的超高分子量聚乙烯纖維相比，既具有所需要的顏色，而且制造流程簡單、生產效率高、成本低，生產出的纖維性能優良，并且降低了使用成本，可廣泛用于繩索、漁網、復合材料等領域。
文檔編號D01D1/02GK101230499SQ20081001418
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月26日 優先權日2008年2月26日
發明者意 任, 胡建國 申請人:山東愛地高分子材料有限公司