專利名稱：：凍膠紡超高分子質(zhì)量聚丙烯纖維的制備及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬化學(xué)纖維制備和應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及一種凍膠紡超高分子量聚丙烯(PP)纖維的制備及應(yīng)用。技術(shù)背景凍膠紡絲制備柔性鏈高分子質(zhì)量聚乙烯纖維技術(shù)首先是由PaulSmith,etal首先發(fā)明的，并于1980年在德國專利局公開，專利號(hào)de3004699，當(dāng)時(shí)的技術(shù)是將高分子質(zhì)量的聚乙烯以較低的濃度溶解在揮發(fā)性溶劑中，并使用驟冷凝固形成凍膠纖維，然后對(duì)凍膠纖維進(jìn)行高倍拉伸形成高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，然而由于所使用的揮發(fā)性溶劑具有較大的毒性以及纖維的蠕變較大，使用溫度較低及尺寸穩(wěn)定性較差大大制約了高強(qiáng)聚乙烯纖維制品的應(yīng)用。作為聚烯烴高分子的另一大類，聚丙烯的熱學(xué)性能、流變性能、抗蠕變性能以及加工性都遠(yuǎn)優(yōu)于聚乙烯，但是其結(jié)晶速率較聚乙烯慢，結(jié)晶度也低于聚乙烯。因此美國專利(US5574174)提出用山梨醇衍生物作為成核劑與澄清劑制備聚烯烴混和物，詳見美國公開(Sorbitolderivativesasnucleatorsandclarifiersforpolyolefins,andpolyolefincompositionsobtainedtherewith)。中國專利申請(qǐng)?zhí)?00710037871.0所申請(qǐng)的凍膠紡制備高強(qiáng)聚丙烯纖維的方法，雖然此技術(shù)能有效提高塑料和纖維制品的結(jié)晶性能與透明度，因?yàn)榻Y(jié)晶成核劑的加入不可避免地會(huì)增加生產(chǎn)成本,還會(huì)引起由于成核劑分散布均勻而導(dǎo)致的纖維結(jié)構(gòu)不均一，以及成核劑的加入破壞了大分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性而使纖維性能受到損害。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維的制備方法，該方法工藝簡單，無需結(jié)晶成核劑便可制備超高分子質(zhì)量聚丙烯纖維。制備的纖維具有高的機(jī)械性能，熱學(xué)性能及低的蠕變率，而且具有高強(qiáng)高模、耐化學(xué)腐蝕、對(duì)水的穩(wěn)定性好、使用溫度較高，可廣泛地應(yīng)用于工業(yè)中。本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)過程可由下面的簡單工藝來闡述溶劑以及聚丙烯粉末、顆粒或切片——雙螺桿溶脹溶解擠出——計(jì)量_紡絲_凝固_平衡脫油_預(yù)拉伸_萃取_熱風(fēng)干燥_^第一道熱拉伸__萃取_熱風(fēng)干燥_^第二道熱拉伸_^第三道熱拉伸_熱定型_^分絲巻繞。本發(fā)明的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維制備方法，包括下列步驟(1)混合超高分子質(zhì)量等規(guī)聚丙烯和溶劑，90190'C溶脹溶解，配制成聚丙烯溶液；(2)聚丙烯溶液經(jīng)計(jì)量、紡絲組件，在凝固浴中驟冷，形成聚丙烯凍膠絲；(3)凍膠纖維經(jīng)平衡脫油、萃取、2080。C熱風(fēng)干燥、多級(jí)拉伸，160200。C熱定型后形成聚丙烯纖維成品。所述的超高分子質(zhì)量等規(guī)聚丙烯原料的相對(duì)分子質(zhì)量為400,OOOg/mol-2，000，O00g/mol，等規(guī)度為90-100%的聚丙烯粉末、顆?；蚯衅凰龅娜軇槭炗?、煤油或十氫化萘；所述的聚丙烯溶液包括超高分子質(zhì)量聚丙烯、溶劑和抗氧劑，聚丙烯的質(zhì)量百分比濃度為5~50%;所述的凝固浴是指-2050'C，以水為凝固劑；所述的萃取劑為二甲苯、己烷、汽油或其他碳?xì)浠衔?；所述的多?jí)拉伸是指一級(jí)拉伸比為1~8倍，拉伸溫度100~150'C，二級(jí)拉伸比為2~6倍，拉伸溫度為120~170°C，三級(jí)拉伸比為1.2~5倍，拉伸溫度為145~180°C;所述的纖維成品熔點(diǎn)大于160°C，蠕變率小于8%，纖度大于l.ldtex，斷裂強(qiáng)度為0.4-2.0GPa，模量為1038GPa。本發(fā)明的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維的在于應(yīng)用于繩索、電纜、船帆、漁網(wǎng)、土工布、過濾布、體育及衛(wèi)生用布、防彈、防剌布，防割手套、熱塑性或熱固性樹脂、耐壓容器、傳動(dòng)帶。本發(fā)明的有益效果(1)采取凍膠紡絲法可以制備高強(qiáng)高模聚丙烯纖維，與高強(qiáng)高模聚乙烯相比，可以起到提高纖維(相對(duì)高強(qiáng)高模聚乙烯纖維)的使用溫度；(2)本法制備聚丙烯纖維其抗蠕變性能遠(yuǎn)高于超高分子質(zhì)量聚乙烯，特別適用于需要增強(qiáng)尺寸穩(wěn)定性與提高使用溫度的領(lǐng)域；(3)無需結(jié)晶成核劑，降低成本，還能避免由于成核劑加入引起纖維結(jié)構(gòu)不均勻問題以及避免成核劑破壞大分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1原料超高分子質(zhì)量等規(guī)聚丙烯粉末，分子質(zhì)量800，000g/mo1，等規(guī)度99%溶劑為石蠟油，聚丙烯含量20%(質(zhì)量百分比)，溶脹溶解時(shí)間共IO分鐘，溶解溫度130~175。C雙螺桿擠出機(jī)溫度第一段區(qū)13(TC，第二段區(qū)170。C，第三段區(qū)180。C計(jì)量泵溫度18(TC、壓力2MPa。紡絲組件:壓力為4MPa'，溫度180°C噴絲板孔徑為0.6mm;凝固浴為冰水混合物，溫度0'C預(yù)拉伸倍率為2倍，拉伸溫度為常溫，拉伸浴介質(zhì)為萃取液萃取液為120#汽油，萃取保留時(shí)間5分鐘，浴比1:20一級(jí)拉伸比為5倍，拉伸溫度為135°C二次萃取液為120#汽油，萃取時(shí)間3分鐘，浴比l:20二級(jí)拉伸比2.5倍，拉伸溫度150。C;三級(jí)拉伸比2倍，拉伸溫度162。C熱風(fēng)干燥溫度5(TC，干燥時(shí)間5分鐘，熱定型溫度17(TC力學(xué)性能測試通用材料測試機(jī)DXLL-2000熱學(xué)性能測試差式掃描量熱儀DSC-822蠕變測試IO(TC,0.2GPa，60min聚丙烯纖維性能如表1所示。實(shí)施例2除了溶劑選用十氫萘作溶劑外，其他同實(shí)施例l，聚丙烯纖維性能如表1所示。實(shí)施例3除了超高分子質(zhì)量等規(guī)聚丙烯分子量為400，000g/mol外，其他同實(shí)施例l，聚丙烯纖維性能如表1所示。實(shí)施例4除了等規(guī)度為92%外，其他同實(shí)施例l，聚丙烯纖維性能如表1所示。比較例l除了加入成核劑(商品代號(hào)Hyperform)夕卜，其他同實(shí)施例1，聚丙烯纖維性能如表1所示。表1聚丙烯纖維性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1.一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維制備方法，包括下列步驟(1)混合超高分子質(zhì)量等規(guī)聚丙烯和溶劑，90～190℃溶脹溶解，配制成聚丙烯溶液；(2)聚丙烯溶液經(jīng)計(jì)量、紡絲組件，在凝固浴中驟冷，形成聚丙烯凍膠絲；(3)凍膠纖維經(jīng)平衡脫油、萃取、20～80℃熱風(fēng)干燥、多級(jí)拉伸，160～200℃熱定型后形成聚丙烯纖維成品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維制備方法，其特征在于所述的超高分子質(zhì)量等規(guī)聚丙烯原料的相對(duì)分子質(zhì)量為400，000g/mol-2,000，O00g/mol，等規(guī)度為90-100%的聚丙烯粉末、顆粒或切片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維制備方法，其特征在于所述的溶劑為石蠟油、煤油或十氫化萘。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維制備方法，其特征在于所述的聚丙烯溶液包括超高分子質(zhì)量聚丙烯、溶劑和抗氧劑，聚丙烯的質(zhì)量百分比濃度為5~50%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維制備方法，其特征在于所述的凝固浴是指-205(TC，以水為凝固劑。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維制備方法，其特征在于所述的萃取劑為二甲苯、己垸、汽油或其他碳?xì)浠衔铩?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維制備方法，其特征在于所述的多級(jí)拉伸是指一級(jí)拉伸比為18倍，拉伸溫度10(K15(rC，二級(jí)拉伸比為26倍，拉伸溫度為120~170°C，三級(jí)拉伸比為1.2~5倍，拉伸溫度為145~180°C。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維制備方法，其特征在于所述的纖維成品熔點(diǎn)大于16(TC，蠕變率小于8。/。，纖度大于l.ldtex，斷裂強(qiáng)度為0.4-2.0GPa，模量為1038GPa。9.一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維的應(yīng)用于繩索、電纜、船帆、漁網(wǎng)、土工布、過濾布、體育及衛(wèi)生用布、防彈、防刺布，防割手套、熱塑性或熱固性樹脂、耐壓容器、、傳動(dòng)帶。全文摘要本發(fā)明涉及一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維的制備及其應(yīng)用，制備包括(1)混合超高分子質(zhì)量等規(guī)聚丙烯和溶劑，90～190℃溶脹、溶解，配制成聚丙烯溶液；(2)聚丙烯溶液經(jīng)計(jì)量、紡絲組件，在凝固浴中驟冷，形成聚丙烯凍膠絲；(3)凍膠纖維經(jīng)平衡脫油、萃取、20～80℃熱風(fēng)干燥、多級(jí)拉伸，160～200℃熱定型后形成聚丙烯纖維成品。該方法工藝簡單，無需結(jié)晶成核劑，制備的纖維具有高的機(jī)械性能，熱學(xué)性能及低的蠕變率，而且具有高強(qiáng)高模、耐化學(xué)腐蝕、使用溫度較高等特點(diǎn)。本發(fā)明制品可廣泛應(yīng)用于繩索、電纜、船帆、漁網(wǎng)、土工布、過濾布、體育及衛(wèi)生用布、防彈、防刺布，防割手套、傳動(dòng)帶、熱塑性或熱固性樹脂、耐壓容器增強(qiáng)體。文檔編號(hào)D01F6/04GK101255610SQ20071004403公開日2008年9月3日申請(qǐng)日期2007年7月19日優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日發(fā)明者彼·杰·萊姆斯特,王依民,陳建軍申請(qǐng)人:東華大學(xué)