專利名稱：超高分子量聚乙烯纖維的制備方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是采用熔體紡絲法制備超高分子 量聚乙烯纖維的新方法，以及該方法用的設(shè)備。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯纖維是三大高技術(shù)纖維之一，是已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的比強(qiáng)度最高 的纖維，主要應(yīng)用于安全防護(hù)、航空、兵器、體育等領(lǐng)域。超高分子量聚乙烯(Ultra-high Molecular Polyethylene，簡(jiǎn)稱UHMWPE)是指粘均分子量大于150萬(wàn)的線性聚乙烯。其鏈結(jié) 構(gòu)為典型的線性結(jié)構(gòu)，支鏈極少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通聚乙烯，支化點(diǎn)小于1/1000個(gè)，大分子鏈超 長(zhǎng)，達(dá)到數(shù)萬(wàn)納米，因此是制備柔性鏈高強(qiáng)度纖維的理想材料。但是由于UHMWPE的熔體是 彈性體，因此不能像ΡΕ、PP、PET等具有良好流動(dòng)性的材料那樣進(jìn)行熔體紡絲，只能采用一 種特殊的溶液紡絲法_凝膠紡絲法來(lái)制備UHMWPE纖維。上世紀(jì)70年代Permings等提出了 UHMWPE凝膠紡絲的概念，1979年荷蘭DSM公司的Smith和Lemstra發(fā)明了凝膠紡絲法制備 UHMWPE纖維的工藝，取得了英國(guó)專利GB2042414和GB2051667。1982年美國(guó)的AlliedSinal 公司(現(xiàn)為Honeywell公司)也獲得了 UHMWPE纖維的專利US4413110。DSM公司于1990 年實(shí)現(xiàn)了 UHMWPE纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)自上世紀(jì)80年代開(kāi)始UHMWPE纖維的研究，中國(guó) 紡織大學(xué)(東華大學(xué))進(jìn)行了長(zhǎng)期全面的研究，實(shí)現(xiàn)了 UHMWPE纖維的工業(yè)化生產(chǎn)，并與江 蘇神泰科技公司聯(lián)合研究制造了凝膠紡絲的成套設(shè)備，已由山東愛(ài)地、北京斯特頓、湖南中 泰、寧波大成等公司實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。中國(guó)紡織科學(xué)院也進(jìn)行了相關(guān)的工作，并獲得了專 利ZL9701010. 2。凝膠紡絲法制備UHMWPE纖維的主要工藝步驟為將UHMWPE粉末溶于溶 劑配制成UHMWPE溶液，由螺桿擠出機(jī)擠出，經(jīng)紡絲箱體的噴絲板噴出，冷卻凝固成初生纖 維，初生纖維經(jīng)溶劑萃取或溶劑揮發(fā)回收，然后進(jìn)行超倍熱拉伸和熱定型，最后得到成品纖 維。凝膠紡絲法最大的缺點(diǎn)是大量使用易燃易爆甚至是有毒的溶劑，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成 本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)之一在于是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中采取凝膠紡絲法制備超高分子量聚乙 烯纖維存在的上述技術(shù)缺陷，提供一種超高分子量聚乙烯纖維的制備方法；該制備方法主 要采用熔體紡絲法制備超高分子量聚乙烯纖維，具有工藝流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本較低和環(huán)保 安全的特點(diǎn)。本發(fā)明的任務(wù)之二在于提供上述方法用的一種設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明任務(wù)一，其技術(shù)解決方案是一種超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，包括以下步驟a選取超高分子量聚乙烯與改性劑共混后經(jīng)熔融制成顆粒狀或粉末狀的改性超高 分子量聚乙烯原料；其中超高分子量聚乙烯的粘均分子量為150萬(wàn)以上，改性劑包括但不 限于有機(jī)化蒙脫土、和/或高分子液晶、和/或有機(jī)硅，改性超高分子量聚乙烯原料中超高分子量聚乙烯的含量大于90% ；b將上述改性超高分子量聚乙烯原料用擠出機(jī)熔融擠出形成熔體，經(jīng)過(guò)熔體泵將 熔體送往紡絲模具形成熔體條，熔體的流動(dòng)速率為0. 01 0. 2g/10min，熔體條在冷卻甬道 中經(jīng)過(guò)冷卻和預(yù)拉伸，得到初生絲；c將上述初生絲在熱拉伸箱中經(jīng)多級(jí)拉伸后，或經(jīng)多級(jí)拉伸與后序處理后得到超 高分子量聚乙烯纖維。上述步驟a中，超高分子量聚乙烯的粘均分子量?jī)?yōu)選為250 500萬(wàn)，改性超高分 子量聚乙烯原料中超高分子量聚乙烯的含量?jī)?yōu)選為95 98% ；上述步驟b中，擠出機(jī)的工 作溫度為100 260°C，熔體泵的工作溫度為180 260°C，輸出壓力為10 50MPa，冷卻甬 道的冷卻溫度為10 35°C，預(yù)拉伸的倍率為2 20倍；上述步驟c中，多級(jí)拉伸的級(jí)數(shù)為 1 6級(jí)，拉伸溫度60 140°C，總拉伸倍率6 30倍。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明任務(wù)二，其技術(shù)解決方案是上述超高分子量聚乙烯纖維的制備方法用的設(shè)備，包括按下述位次排布的擠出 機(jī)、熔體泵、紡絲模具、冷卻甬道、三輥牽引機(jī)、一級(jí)熱拉伸箱、第一七輥牽引機(jī)、二級(jí)熱拉伸 箱、第二七輥牽引機(jī)、水洗槽、干燥箱及卷繞機(jī)。上述擠出機(jī)為單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)的工作溫度為100 260°C ； 上述熔體泵為能夠輸送有較高粘彈性熔體的齒輪泵，工作溫度為180 260°C，輸出壓力為 10 50MPa ；上述冷卻甬道的冷卻介質(zhì)為空氣、氮?dú)饣蚨趸?，冷卻溫度為10 35°C;上 述紡絲模具的流道結(jié)構(gòu)為直通式、支管式、衣架式或魚(yú)尾式，紡絲模具的噴絲板的噴絲孔直 徑0. 5 6mm，紡絲模具的加熱方式為直接電加熱或?qū)嵊图訜?；上述一?jí)熱拉伸箱或二級(jí) 熱拉伸箱的熱介質(zhì)為液體介質(zhì)或氣體介質(zhì)，液體介質(zhì)包括但不限于水、硅油或甘油，氣體熱 介質(zhì)包括但不限于空氣、氮?dú)饣蚨趸?，拉伸溫度?0 140°C。本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果本發(fā)明具有能夠連續(xù)生產(chǎn)、工藝流程較短、設(shè)備組成相對(duì)較少及完全不使用溶劑 等特點(diǎn)；本發(fā)明制備的超高分子量聚乙烯纖維，其強(qiáng)度為1500 3000MPa，模量為34000 70000MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為2. 5 4%，各項(xiàng)性能指標(biāo)接近于凝膠紡絲法制備的超高分子量聚 乙烯纖維。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明圖為本發(fā)明中設(shè)備的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合本發(fā)明中的設(shè)備對(duì)本發(fā)明中的超高分子量聚乙烯纖維的制備方法一并 進(jìn)行說(shuō)明。參看附圖，本發(fā)明超高分子量聚乙烯纖維的制備方法用的設(shè)備，包括按下述位次 排布的擠出機(jī)1、熔體泵4、紡絲模具5、冷卻甬道6、三輥牽引機(jī)8、一級(jí)熱拉伸箱9、第一七 輥牽引機(jī)10、二級(jí)熱拉伸箱11、第二七輥牽引機(jī)12、水洗槽13、干燥箱14及卷繞機(jī)15。上 述擠出機(jī)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)2與料斗3，在冷卻甬道6與三輥牽引機(jī)8之間設(shè)置有導(dǎo)絲輥7。上述擠出機(jī)1為單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)1的工作溫度為100 260°C ；上 述熔體泵4為能夠輸送有較高粘彈性熔體的齒輪泵，工作溫度為180 260°C，輸出壓力為 10 50MPa ；上述冷卻甬道6的冷卻介質(zhì)為空氣、氮?dú)饣蚨趸?，冷卻溫度為10 35°C ； 上述紡絲模具5的流道結(jié)構(gòu)為直通式、支管式、衣架式或魚(yú)尾式，紡絲模具的噴絲板的噴絲 孔直徑0. 5 6mm，紡絲模具的加熱方式為直接電加熱或?qū)嵊图訜?；上述一?jí)熱拉伸箱9 或二級(jí)熱拉伸箱11的熱介質(zhì)為液體介質(zhì)或氣體介質(zhì)，液體介質(zhì)包括但不限于水、硅油或甘 油，氣體熱介質(zhì)包括但不限于空氣、氮?dú)饣蚨趸?，拉伸溫度?0 140°C。實(shí)施例1選取粘均分子量300萬(wàn)的超高分子量聚乙烯95份(重量份)與有機(jī)化蒙脫土 5 份(重量份)共混后在混煉式雙螺桿擠出機(jī)中混煉、造粒，制得顆粒狀的超高分子量聚乙烯 /蒙脫土納米復(fù)合材料，即改性超高分子量聚乙烯原料。將超高分子量聚乙烯/蒙脫土納米復(fù)合材料在Φ90單螺桿擠出機(jī)中熔融擠出， 擠出機(jī)溫度100°C、150°C或210°C，經(jīng)熔體泵穩(wěn)壓和加壓，熔體泵出口壓力即輸出壓力為 30MPa,再經(jīng)紡絲模具形成直徑4mm的熔體條，熔體條在冷卻甬道中以氮?dú)饫鋮s，風(fēng)溫20°C， 風(fēng)速6m/s，用導(dǎo)絲輥進(jìn)行預(yù)拉伸，拉伸倍率10倍，得到初生絲，然后進(jìn)行二級(jí)拉伸，一級(jí)熱 拉伸箱的介質(zhì)為含3%表面活性劑的水，溫度為80°C，拉伸倍率為8，拉伸機(jī)為第一七輥牽 引機(jī)。二級(jí)熱拉伸箱介質(zhì)為硅油，溫度為100°C，拉伸倍率為3，拉伸機(jī)為第二七輥牽引機(jī)。 二級(jí)拉伸后的纖維經(jīng)水洗、干燥和卷繞得到高強(qiáng)高模的超高分子量聚乙烯纖維，纖維直徑 70 80 μ m，拉伸強(qiáng)度為1700MPa，模量為39000MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為3%。實(shí)施例2選取粘均分子量250萬(wàn)的超高分子量聚乙烯90份(重量份)與有機(jī)化蒙脫土 10 份(重量份)共混后在混煉式雙螺桿擠出機(jī)中混煉、造粒，制得顆粒狀的超高分子量聚乙 烯/蒙脫土納米復(fù)合材料，即改性超高分子量聚乙烯原料。將超高分子量聚乙烯/蒙脫土納米復(fù)合材料在Φ 90單螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，擠 出機(jī)溫度220°C或260°C，經(jīng)熔體泵穩(wěn)壓和加壓，熔體泵出口壓力即輸出壓力為lOMPa，再經(jīng) 紡絲模具形成直徑4mm的熔體條，熔體條在冷卻甬道中以氮?dú)饫鋮s，風(fēng)溫10°C，風(fēng)速4m/s， 用導(dǎo)絲輥進(jìn)行預(yù)拉伸，拉伸倍率6倍，得到初生絲，然后進(jìn)行三級(jí)拉伸，一級(jí)熱拉伸箱的介 質(zhì)為含3%表面活性劑的水，溫度為60°C，拉伸倍率為8，拉伸機(jī)為第一七輥牽引機(jī)。二級(jí)熱 拉伸箱介質(zhì)為硅油，溫度為100°C，拉伸倍率為2. 5，拉伸機(jī)為第二七輥牽引機(jī)。三級(jí)熱拉伸 箱介質(zhì)為硅油，溫度為160°C，拉伸倍率為2，拉伸機(jī)也為一臺(tái)七輥牽引機(jī)。三級(jí)拉伸后的纖 維經(jīng)水洗、干燥和卷繞得到高強(qiáng)高模的超高分子量聚乙烯纖維，纖維直徑60 70 μ m,拉伸 強(qiáng)度為2100MPa，模量為46000MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為2. 6%。實(shí)施例3選取粘均分子量150萬(wàn)的超高分子量聚乙烯92份(重量份)與有機(jī)化蒙脫土 8 份(重量份)共混后在混煉式雙螺桿擠出機(jī)中混煉、造粒，制得顆粒狀的超高分子量聚乙烯 /蒙脫土納米復(fù)合材料，即改性超高分子量聚乙烯原料。將上述超高分子量聚乙烯/蒙脫土納米復(fù)合材料在Φ90單螺桿擠出機(jī)中熔融擠 出，擠出機(jī)溫度100°C、180或2200C，經(jīng)熔體泵穩(wěn)壓和加壓，熔體泵出口壓力即輸出壓力為 50MPa,再經(jīng)紡絲模具形成直徑6mm的熔體條，熔體條在冷卻甬道中以氮?dú)饫鋮s，風(fēng)溫35°C，風(fēng)速8m/s，用導(dǎo)絲輥進(jìn)行預(yù)拉伸，拉伸倍率2倍，得到初生絲，然后進(jìn)行三級(jí)拉伸，一級(jí)熱拉 伸箱的介質(zhì)為空氣，溫度為60°C，拉伸倍率為10，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。二級(jí)熱拉伸箱介質(zhì) 氮?dú)猓瑴囟葹?20°C，拉伸倍率為2，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。三級(jí)熱拉伸箱介質(zhì)為氮?dú)猓瑴囟?為140°C，拉伸倍率為1.5，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。三級(jí)拉伸后的纖維直接卷繞得到高強(qiáng)高 模的超高分子量聚乙烯纖維，纖維直徑80 90 μ m，拉伸強(qiáng)度為1500MPa，模量為32000MPa， 斷裂伸長(zhǎng)率為3.4%。實(shí)施例4選取粘均分子量500萬(wàn)的超高分子量聚乙烯96份(重量份)與高分子液晶(LCP)4 份(重量份)共混后得到粉狀原料即改性超高分子量聚乙烯原料，然后在Φ65混煉式雙螺 桿擠出機(jī)中混煉、擠出，擠出機(jī)溫度100°C、20(TC或230°C，經(jīng)熔體泵穩(wěn)壓和加壓，熔體泵出 口壓力即輸出壓力為20MPa，再經(jīng)紡絲模具形成直徑5mm的熔體條，熔體條在冷卻甬道中以 氮?dú)饫鋮s，風(fēng)溫20°C，風(fēng)速6m/s，用導(dǎo)絲輥進(jìn)行預(yù)拉伸，拉伸倍率20倍，得到初生絲，然后進(jìn) 行二級(jí)拉伸，一級(jí)熱拉伸箱的介質(zhì)為含硅油，溫度為80°C，拉伸倍率為6，拉伸機(jī)為七輥牽 引機(jī)。二級(jí)熱拉伸箱介質(zhì)為硅油，溫度為100°C，拉伸倍率為3，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。二級(jí) 拉伸后的纖維經(jīng)水洗、干燥和卷繞得到高強(qiáng)高模的超高分子量聚乙烯纖維，纖維直徑70 80 μ m，拉伸強(qiáng)度為1600MPa，模量為38000MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為3%。實(shí)施例5選取粘均分子量400萬(wàn)的超高分子量聚乙烯96份(重量份)與高分子液晶(LCP)4 份(重量份)共混后得到粉狀原料即改性超高分子量聚乙烯原料，然后在Φ65混煉式雙 螺桿擠出機(jī)中混煉、擠出，擠出機(jī)溫度100°C 230°C，經(jīng)熔體泵穩(wěn)壓和加壓，熔體泵出口壓 力為30MPa，再經(jīng)紡絲模具形成直徑4mm的熔體條，熔體條在冷卻甬道中以氮?dú)饫鋮s，風(fēng)溫 200C，風(fēng)速6m/s，用導(dǎo)絲輥進(jìn)行預(yù)拉伸，拉伸倍率4倍，得到初生絲，然后進(jìn)行三級(jí)拉伸，一 級(jí)熱拉伸箱的介質(zhì)為空氣，溫度為80°C，拉伸倍率為12，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。二級(jí)熱拉 伸箱介質(zhì)氮?dú)?，溫度?00°C，拉伸倍率為10，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。三級(jí)熱拉伸箱介質(zhì)為 氮?dú)?，溫度?20°C，拉伸倍率為8，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。三級(jí)拉伸后的纖維直接卷繞得 到高強(qiáng)高模的超高分子量聚乙烯纖維，纖維直徑80 90 μ m，拉伸強(qiáng)度為1500MPa，模量為 32000MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為3. 4%。實(shí)施例6選取粘均分子量300萬(wàn)的超高分子量聚乙烯97份(重量份)與液體有機(jī)硅3份 (重量份)共混后得到粉狀原料即改性超高分子量聚乙烯原料，然后在Φ65混煉式雙螺桿 擠出機(jī)中混煉、擠出，擠出機(jī)溫度100°C 230°C，經(jīng)熔體泵穩(wěn)壓和加壓，熔體泵出口壓力為 30MPa，再經(jīng)紡絲模具形成直徑2mm的熔體條，熔體條在冷卻甬道中以氮?dú)饫鋮s，風(fēng)溫20°C， 風(fēng)速6m/s，用導(dǎo)絲輥進(jìn)行預(yù)拉伸，拉伸倍率8倍，得到初生絲，然后進(jìn)行二級(jí)拉伸，一級(jí)熱 拉伸箱的介質(zhì)為含硅油，溫度為80°C，拉伸倍率為8，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。二級(jí)熱拉伸箱 介質(zhì)為硅油，溫度為100°C，拉伸倍率為3，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。二級(jí)拉伸后的纖維經(jīng)水 洗、干燥和卷繞得到高強(qiáng)高模的超高分子量聚乙烯纖維，纖維直徑70 80 μ m,拉伸強(qiáng)度為 1600MPa，模量為38000MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為3%。實(shí)施例7選取粘均分子量350萬(wàn)的超高分子量聚乙烯100份(重量份)與液體有機(jī)硅3份(重量份)共混后得到粉狀原料即改性超高分子量聚乙烯原料，然后在Φ65混煉式雙螺桿 擠出機(jī)中混煉、擠出，擠出機(jī)溫度100°C 230°C，經(jīng)熔體泵穩(wěn)壓和加壓，熔體泵出口壓力為 30MPa，再經(jīng)紡絲模具形成直徑4mm的熔體條，熔體條在冷卻甬道中以氮?dú)饫鋮s，風(fēng)溫20°C， 風(fēng)速6m/s，用導(dǎo)絲輥進(jìn)行預(yù)拉伸，拉伸倍率8倍，得到初生絲，然后進(jìn)行三級(jí)拉伸，一級(jí)熱拉 伸箱的介質(zhì)為空氣，溫度為80°C，拉伸倍率為10，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。二級(jí)熱拉伸箱介質(zhì) 氮?dú)猓瑴囟葹?0(TC，拉伸倍率為2，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。三級(jí)熱拉伸箱介質(zhì)為氮?dú)猓瑴囟?為120°C，拉伸倍率為1.5，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。三級(jí)拉伸后的纖維直接卷繞得到高強(qiáng)高 模的超高分子量聚乙烯纖維，纖維直徑80 90 μ m，拉伸強(qiáng)度為1500MPa，模量為32000MPa， 斷裂伸長(zhǎng)率為3.4%。實(shí)施例8選取粘均分子量300萬(wàn)的超高分子量聚乙烯96份(重量份)與高分子液晶(LCP) 2 份(重量份)以及液體有機(jī)硅2份(重量份)共混后在混煉式雙螺桿擠出機(jī)中混煉、造粒， 制得顆粒狀的超高分子量聚乙烯/LCP/有機(jī)硅三元復(fù)合材料，即改性超高分子量聚乙烯原 料。將超高分子量聚乙烯三元復(fù)合材料在Φ90單螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，擠出機(jī)溫 度100°C 210°C，經(jīng)熔體泵穩(wěn)壓和加壓(熔體泵出口壓力30MPa)，再經(jīng)紡絲模具形成直徑 4mm的熔體條，熔體條在冷卻甬道中以氮?dú)饫鋮s，風(fēng)溫20°C，風(fēng)速6m/s，用導(dǎo)絲輥進(jìn)行預(yù)拉 伸，拉伸倍率10倍，得到初生絲，然后進(jìn)行二級(jí)拉伸，一級(jí)熱拉伸箱的介質(zhì)為含3%表面活 性劑的水，溫度為80°C，拉伸倍率為8，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。二級(jí)熱拉伸箱介質(zhì)為硅油，溫 度為100°C，拉伸倍率為3，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。二級(jí)拉伸后的纖維經(jīng)水洗、干燥和卷繞得 到高強(qiáng)高模的超高分子量聚乙烯纖維，纖維直徑80 90μπι，拉伸強(qiáng)度為1600MPa，模量為 38000MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為3%。實(shí)施例9選取粘均分子量300萬(wàn)的超高分子量聚乙烯96份(重量份)與有機(jī)化蒙脫土 2 份、高分子液晶(LCP)I份(重量份)以及液體有機(jī)硅1份共混后在混煉式雙螺桿擠出機(jī)中 混煉、造粒，制得顆粒狀的超高分子量聚乙烯/蒙脫土 /LCP/有機(jī)硅四元復(fù)合材料，即改性 超高分子量聚乙烯原料。將超高分子量聚乙烯四元復(fù)合材料在Φ90單螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，擠出機(jī)溫 度100°C 210°C，經(jīng)熔體泵穩(wěn)壓和加壓(熔體泵出口壓力30MPa)，再經(jīng)紡絲模具形成直 徑4mm的熔體條，熔體條在冷卻甬道中以氮?dú)饫鋮s，風(fēng)溫20°C，風(fēng)速6m/s，用導(dǎo)絲輥進(jìn)行預(yù) 拉伸，拉伸倍率10倍，得到初生絲，然后進(jìn)行三級(jí)拉伸，一級(jí)熱拉伸箱的介質(zhì)為含3%表面 活性劑的水，溫度為80°C，拉伸倍率為8，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。二級(jí)熱拉伸箱介質(zhì)為硅 油，溫度為10(TC，拉伸倍率為2. 5，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。三級(jí)熱拉伸箱介質(zhì)為硅油，溫度 為120°C，拉伸倍率為2，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。三級(jí)拉伸后的纖維經(jīng)水洗、干燥和卷繞得 到高強(qiáng)高模的超高分子量聚乙烯纖維，纖維直徑60 70 μ m，拉伸強(qiáng)度為1900MPa，模量為 42000MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為2.6%。實(shí)施例10選取粘均分子量300萬(wàn)的超高分子量聚乙烯96份(重量份)與有機(jī)化蒙脫土 2 份(重量份)以及液體有機(jī)硅2份(重量份)共混后在混煉式雙螺桿擠出機(jī)中混煉、造粒，制得顆粒狀的超高分子量聚乙烯/蒙脫土 /有機(jī)硅三元復(fù)合材料，即改性超高分子量聚乙 烯原料。將上述超高分子量聚乙烯三元復(fù)合材料在Φ90單螺桿擠出機(jī)中熔融擠出，擠出 機(jī)溫度100°c 210°C，經(jīng)熔體泵穩(wěn)壓和加壓(熔體泵出口壓力30MPa)，再經(jīng)紡絲模具形成 直徑4mm的熔體條，熔體條在冷卻甬道中以氮?dú)饫鋮s，風(fēng)溫20°C，風(fēng)速6m/s，用導(dǎo)絲輥進(jìn)行 預(yù)拉伸，拉伸倍率10倍，得到初生絲，然后進(jìn)行三級(jí)拉伸，一級(jí)熱拉伸箱的介質(zhì)為空氣，溫 度為80°C，拉伸倍率為10，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。二級(jí)熱拉伸箱介質(zhì)氮?dú)?，溫度?00°C， 拉伸倍率為2，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。三級(jí)熱拉伸箱介質(zhì)為氮?dú)猓瑴囟葹?20°C，拉伸倍率為 1. 5，拉伸機(jī)為七輥牽引機(jī)。三級(jí)拉伸后的纖維直接卷繞得到高強(qiáng)高模的超高分子量聚乙烯 纖維，纖維直徑60 70 μ m,拉伸強(qiáng)度為1600MPa，模量為38000MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為3. 4%。需要說(shuō)明的是，在本說(shuō)明書(shū)的教導(dǎo)下本領(lǐng)域技術(shù)人員所作出的任何等同替代方 式，或明顯變型方式均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，其特征在于包括以下步驟a選取超高分子量聚乙烯與改性劑共混后經(jīng)熔融制成顆粒狀或粉末狀的改性超高分子量聚乙烯原料；其中超高分子量聚乙烯的粘均分子量為150萬(wàn)以上，改性劑包括但不限于有機(jī)化蒙脫土、和/或高分子液晶、和/或有機(jī)硅，改性超高分子量聚乙烯原料中超高分子量聚乙烯的含量大于90％；b將上述改性超高分子量聚乙烯原料用擠出機(jī)熔融擠出形成熔體，經(jīng)過(guò)熔體泵將熔體送往紡絲模具形成熔體條，熔體的流動(dòng)速率為0.01～0.2g/10min，熔體條在冷卻甬道中經(jīng)過(guò)冷卻和預(yù)拉伸，得到初生絲；c將上述初生絲在熱拉伸箱中經(jīng)多級(jí)拉伸后，或經(jīng)多級(jí)拉伸與后序處理后得到超高分子量聚乙烯纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，其特征在于所述步驟 a中，超高分子量聚乙烯的粘均分子量?jī)?yōu)選為250 500萬(wàn)，改性超高分子量聚乙烯原料中 超高分子量聚乙烯的含量?jī)?yōu)選為95 98% ；所述步驟b中，擠出機(jī)的工作溫度為100 260°C，熔體泵的工作溫度為180 260°C，輸出壓力為10 50MPa，冷卻甬道的冷卻溫度為 10 35°C，預(yù)拉伸的倍率為2 20倍；所述步驟c中，多級(jí)拉伸的級(jí)數(shù)為1 6級(jí)，拉伸溫 度60 140°C，總拉伸倍率6 30倍。
3.—種權(quán)利要求1所述超高分子量聚乙烯纖維的制備方法用的設(shè)備，其特征在于包 括按下述位次排布的擠出機(jī)、熔體泵、紡絲模具、冷卻甬道、三輥牽引機(jī)、一級(jí)熱拉伸箱、第 一七輥牽引機(jī)、二級(jí)熱拉伸箱、第二七輥牽引機(jī)、水洗槽、干燥箱及卷繞機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于所述擠出機(jī)為單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠 出機(jī)，擠出機(jī)的工作溫度為100 260°C ；上述熔體泵為能夠輸送有較高粘彈性熔體的齒輪 泵，工作溫度為180 260°C，輸出壓力為10 50MPa ；上述冷卻甬道的冷卻介質(zhì)為空氣、氮 氣或二氧化碳，冷卻溫度為10 35°C ；所述紡絲模具的流道結(jié)構(gòu)為直通式、支管式、衣架式 或魚(yú)尾式，紡絲模具的噴絲板的噴絲孔直徑0. 5 6mm，紡絲模具的加熱方式為直接電加熱 或?qū)嵊图訜幔凰鲆患?jí)熱拉伸箱或二級(jí)熱拉伸箱的熱介質(zhì)為液體介質(zhì)或氣體介質(zhì)，液體 介質(zhì)包括但不限于水、硅油或甘油，氣體熱介質(zhì)包括但不限于空氣、氮?dú)饣蚨趸?，拉?溫度為60 140°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超高分子量聚乙烯纖維的制備方法及設(shè)備，方法包括步驟選取超高分子量聚乙烯與改性劑共混后經(jīng)熔融制成顆粒狀或粉末狀的改性超高分子量聚乙烯原料；將上述原料用擠出機(jī)熔融擠出形成熔體，熔體的流動(dòng)速率為0.01～0.2g/10min，經(jīng)過(guò)熔體泵將熔體送往紡絲模具形成熔體條，熔體條經(jīng)過(guò)冷卻和預(yù)拉伸，得到初生絲；將初生絲經(jīng)多級(jí)拉伸后得到超高分子量聚乙烯纖維。設(shè)備包括按下述位次排布的擠出機(jī)、熔體泵、紡絲模具、冷卻甬道、三輥牽引機(jī)、一級(jí)熱拉伸箱、第一七輥牽引機(jī)、二級(jí)熱拉伸箱、第二七輥牽引機(jī)、水洗槽、干燥箱及卷繞機(jī)。本發(fā)明具有能夠連續(xù)生產(chǎn)、工藝流程較短、設(shè)備組成相對(duì)較少、完全不使用溶劑及生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)D01D5/098GK101935894SQ20101027016
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者王慶昭 申請(qǐng)人:王慶昭