專利名稱：一種超高分子量聚乙烯連續(xù)溶解紡絲新方法
一種超高分子量聚乙烯連續(xù)溶解紡絲新方法 連續(xù)溶解超高分子量聚合物的紡絲新方法。本發(fā)明涉及一種超高分子量聚 乙烯連續(xù)溶解紡絲新方法。
超高分子量聚乙烯凍膠紡絲一超拉伸技術(shù)制備高強度、高模量聚乙稀纖維
自荷蘭DSM公司于1979年申請專利，目前己在荷蘭、日本、美國、中國都實 現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。并各自取得了生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維的工藝專利。
超高分子量聚乙烯凍膠紡絲主要步驟簡敘如下將超高分子量聚乙烯加入 合適的溶劑中攪拌溶解制成溶液，溶液由螺桿擠壓機(jī)擠出，經(jīng)噴絲孔成型，然 后冷卻、萃取、干燥超倍拉伸，最終獲得成品纖維。其中得到溶解均勻的高聚 物溶液是關(guān)鍵。超高分子的尺寸龐大，大分子之間存在相互纏結(jié)可提高纖維的 可拉伸倍率得到高取向，使纖維達(dá)到高強度高模量。纖維的強度和模量隨聚合 體的分子質(zhì)量提高而增加。但是高聚物中過多而強的大分子間纏結(jié)引起的各種 粘彈性效果使得溶解變得復(fù)雜得多，纏結(jié)引起的粘彈性在攪拌時會產(chǎn)生韋森堡 效應(yīng)(爬桿現(xiàn)象)。隨著分子量的增加、聚合物濃度的提高和攪拌速度的加快， 韋森堡效應(yīng)愈發(fā)明顯，要制成均勻的溶液愈加困難。高聚物樣品和低分子溶劑兩 者間分子量相差懸殊。高分子鏈很長，不易移動。高分子與低分子溶劑相接觸 初期高分子不會向溶劑中擴(kuò)散。如果采用常規(guī)的溶解方法高聚物粉末很容易結(jié) 團(tuán)或因溶劑的不完全滲透而形成凝膠塊。為此一些專利提出了多種解決方法， 例歐洲專利EP0255618中提到使用經(jīng)過加氫處理的煤油，再經(jīng)過精餾分離，得 到不含萘和聯(lián)苯的沸點在180 250攝氏度的烴混合物再和超高分子量聚乙烯、 十氫萘，在135攝氏度下，攪拌數(shù)小時得到聚乙烯溶液。聚乙烯溶液的濃度不大于50%。日本專利JP59232123中提到先將超高分子量聚乙烯和少量溶劑混合 數(shù)分鐘后加熱，并在攪拌的情況下不斷加入溶劑，最終制得溶液。日本專利昭 63-15838中提到的實例中，煤油分餾部分催化加氫后制成的溶劑中加入抗氧劑 和聚乙烯后，在140攝氏度下攪拌3小時后溶解，生成重量百分比為10%的超 高分子量聚乙烯溶液。也有解決這一問題的方法是將溶解分解為溶漲再溶解兩 個過程。專利970106768中提到它是以垸烴類溶劑在其相應(yīng)的條件下進(jìn)行適度 溶漲，制得超高分子量聚乙烯的懸浮液。專利97101010提出了裝有新型攪拌器 擋板的預(yù)溶漲釜，使粉狀超高分子量聚合物預(yù)溶漲制得懸浮溶液，這是為了避 免溶解攪拌時高分子量聚乙烯的爬桿現(xiàn)象。專利20041009607615超高分子量聚 乙烯溶液的連續(xù)配制混合方法，提出了采用靜態(tài)混合器和短長徑比螺桿連續(xù)配 制混合超高分子量聚乙烯溶液。DSM公司CN85107352A提供了一個連續(xù)制備 高分子聚合物均勻溶液的方法，包括把細(xì)碎的高聚物和溶劑引入螺桿壓出機(jī)內(nèi)， 而懸浮液和溶液都是在壓出機(jī)內(nèi)部形成的，操作溫度保持在溶解溫度以上。其 機(jī)械剪切速度約為30 2000秒—1 ，該方法會破壞超高分子量聚乙烯的分子鏈， 降低分子量。
本發(fā)明的新方法是將超高分子量聚乙烯粉末和溶劑按比例注入解纏釜內(nèi)， 在溶劑中高剪切使超高分子量聚乙烯大分子之間適度解纏，形成均一乳液狀混 和液，然后乳液狀混和液通過儲料罐邊攪拌邊定量喂入螺桿擠出機(jī)通過混合輸 送器，經(jīng)噴絲孔成型擠出紡絲。本發(fā)明省時省力省成本，操作簡單，能溶解分 子質(zhì)量300-600萬及以上的聚合體，超高分子量聚乙烯和溶劑的公稱濃度為 1-50%(質(zhì)量)，溶解更為均勻。以下通過實例說明本發(fā)明的方法，但本發(fā)明不僅限于此。 實例1
超高分子量聚乙烯(相對平均分子質(zhì)量550萬)，溶劑白油(70#)在室溫下 將上述聚乙烯和白油按公稱濃度為10%(重量)分別注入解纏釜內(nèi)，氮氣保護(hù)下 剪切5分鐘，剪切速度3000秒—1 ,得到均一乳液狀混和液輸入儲料罐邊攪拌邊 定量喂入雙螺桿擠出機(jī)，通過直徑65mm的混合輸送器。擠出機(jī)直徑 65mm，L/D=(24)，溫度控制在260QC，螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速75rpm，擠出物經(jīng)過濾器 箱體到計量泵被計量后從噴絲孔噴出，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，得到的纖維強度達(dá)到30cN/dtex，模量在1000cN/dtex以上。
實例2
超高分子量聚乙烯(相對平均分子質(zhì)量550萬)，溶劑白油(70#)在室溫下 將上述聚乙烯和白油按公稱濃度為12%(重量)分別注入解纏釜內(nèi)，氮氣保護(hù)下 剪切5分鐘，剪切速度2000秒—'，得到均一乳液狀混和液輸入儲料罐邊攪拌邊 定量喂入雙螺桿擠出機(jī)，通過直徑60mm的混合輸送器。擠出機(jī)直徑65mm， L/D氣24)，溫度控制在260V。螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速80rpm.擠出物經(jīng)過濾器箱體到計 量泵被計量后從噴絲孔噴出，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，得到的纖維強度達(dá)到32cN/dtex，模量在1000cN/dtex以上。
實例3
超高分子量聚乙烯(相對平均分子質(zhì)量570萬)，溶劑白油(90#)在室溫下 將上述聚乙烯和白油按公稱濃度為8% (重量)分別注入解纏釜內(nèi)，加入0.2%抗 氧劑(1076)，氮氣保護(hù)下剪切5分鐘，剪切速度2000秒—1，得到均一乳液狀混和液輸入儲料罐邊攪拌邊定量喂入雙螺桿擠出機(jī)，通過直徑70mm的混合輸送器。 擠出機(jī)直徑65mm，L/D氣24)，溫度控制在270eC，螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速85rpm。擠出 物經(jīng)過濾器箱體到計量泵被計量后從噴絲孔噴出，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，得到的纖維強度達(dá)到30cN/dtex，模量在 1000cN/dtex以上。 實例4
超高分子量聚乙烯(相對平均分子質(zhì)量600萬)，溶劑白油(卯#)在室溫下 將上述聚乙烯和白油按公稱濃度為10% (重量)分別注入解纏釜內(nèi)，氮氣保護(hù) 下剪切10分鐘，剪切速度2000秒—1，得到均一乳液狀混和液輸入儲料罐，邊攪 拌邊定量喂入雙螺桿擠出機(jī)，通過直徑75rmn的混合輸送器。擠出機(jī)直徑 65mm,L/D=(24)，溫度控制在260aC，螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速70rpm。擠出物經(jīng)過濾器 箱體到計量泵被計量后從噴絲孔噴出,然后入水浴經(jīng)處理后萃取千燥超倍拉伸， 拉伸總倍數(shù)為40，得到的纖維強度達(dá)到32cN/dtex，模量在1050cN/dtex以上。
權(quán)利要求
1.一種超高分子量聚乙烯連續(xù)溶解紡絲新方法其包括將超高分子量聚乙烯粉末在適當(dāng)?shù)娜軇┲性诮饫p釜內(nèi)，氮氣保護(hù)下通過高剪切適度解除大分子間的纏結(jié)，形成均一乳液狀混和液，然后乳液狀混和液在常壓下通過儲料罐邊攪拌邊定量喂入螺桿擠出機(jī)，通過混合輸送器，形成透明均一的溶液，經(jīng)過濾器、箱體到計量泵被計量后從噴絲孔噴出，然后入水浴經(jīng)處理后萃取干燥超倍拉伸，得到高強度高模量的纖維、管材或膜。
2. 按照權(quán)利要求1所述方法溶劑在室溫時是液體，可以是烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴，或者 是烷烴\環(huán)垸烴\芳香烴的衍生物，或者是它們中的任何一種的混和物。
3. 按照權(quán)利要求1所述方法超高分子量聚乙烯和溶劑的公稱濃度為1-50%(質(zhì)量)，特別是 8陽15%。
4. 按照權(quán)利要求l所述方法解纏釜內(nèi)同時可加入抗氧劑、穩(wěn)定劑、染色劑、阻燃劑中的 一種或幾種助劑。
5. 按照權(quán)利要求l所述方法超髙分子量聚乙烯相對平均分子質(zhì)量至少為100萬，特別是在300-600萬及以上。
6. 按照權(quán)利要求l所述方法使用的可以是單螺桿、雙螺桿、三螺桿、四螺桿中的任何一種。
7. 按照權(quán)利要求l所述方法:螺桿擠出機(jī)后聯(lián)接一混合輸送器,可以是螺桿、磨盤、捏合機(jī)、 攪拌器、管道混合器中任何一種或它們的組合。
8. 按照權(quán)利要求l所述方法螺桿擠出機(jī)的工作溫度應(yīng)保持在80-29(TC溫度范圍內(nèi)。
9. 按照權(quán)利要求l所述方法解纏釜能提供至少1000秒"的剪切速度，可以是攪拌器、膠 體磨、均質(zhì)器、文氏管、管道混合器中任何一種或它們的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯連續(xù)溶解紡絲新方法，屬高分子材料制備技術(shù)領(lǐng)域。超高分子量聚乙烯粉末在適當(dāng)?shù)娜軇┲型ㄟ^高剪切適度解除大分子間的纏結(jié)，形成均一乳液狀混和液，然后乳液狀混和液通過儲料罐邊攪拌邊定量喂入螺桿擠出機(jī)，擠出到混合輸出器形成透明均一的溶液，經(jīng)過濾器、箱體到計量泵被計量后從噴絲孔噴出，然后入水浴經(jīng)處理后萃取、干燥、超倍拉伸，得到高強度高模量的纖維。本發(fā)明省時省力省成本，能溶解分子質(zhì)量300-700萬及以上的聚合體，超高分子量聚乙烯和溶劑的公稱濃度為1-50％(質(zhì)量)，溶解更為均勻。
文檔編號D01D5/00GK101608344SQ20081003921
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者劉兆峰, 胡盼盼 申請人:胡盼盼;劉兆峰