專利名稱：高強(qiáng)高模聚乙烯纖維及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超高分子量聚乙烯纖維，尤其是涉及一種高強(qiáng)高模聚乙烯纖維 及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著人類的進(jìn)步和近年來科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，社會(huì)各界對(duì)特種纖 維的需求量與日俱增。繼碳纖維和芳綸纖維之后，超高分子量聚乙烯纖維
(UHMWPE)以其優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用前景而倍受人們關(guān)注，在近些年取 得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。超高分子量聚乙烯纖維具有高強(qiáng)度、高模量以及優(yōu)良的抗沖 擊性能、耐磨性能和耐候性能，因此被廣泛應(yīng)用于軍事工程、航空航天工程、 基建工程、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶纜繩、娛樂等領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍有越來越廣之勢(shì)。
制造超高分子量聚乙烯纖維是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)工作，用于制造超高分子量 聚乙烯纖維的聚乙烯的分子量可高達(dá)200-500萬甚至更高，大分子鏈處于高度 纏結(jié)狀態(tài)，加工難度非常大，而要制造出高質(zhì)量的纖維絲難度更大，國(guó)內(nèi)沒有 現(xiàn)成的成熟工藝可用。
目前，高強(qiáng)高模超高分子量聚乙烯纖維均為短段纖維，且長(zhǎng)度不一，無法 保證生產(chǎn)長(zhǎng)度，短長(zhǎng)度纖維的應(yīng)用僅限于制造防彈產(chǎn)品等，在制造繩索類產(chǎn)品 及織物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生生產(chǎn)連續(xù)性差、廢料多的問題。同時(shí)，現(xiàn)有的超高分子量聚 乙滯5卞雄H'、」王廣丄乙仔仕統(tǒng)f&1X、 fl蘭丄〗予問頓A傑忭、丄乙夏求X隹以投制、 斷絲率高、生產(chǎn)效率低、能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量難以控制等問題，限制了超高分子 量聚乙烯纖維的生產(chǎn)與應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種工藝簡(jiǎn) 單、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維及其制造方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)-
高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，其特征在于，所述的聚乙烯纖維采用以下組分及含
量(重量％)為原料聚乙烯10~15，精制石蠟油80-88，抗氧劑0.05-5。 所述的聚乙烯為超高分子量聚乙烯，其分子量為200 500萬。 所述的精制石蠟油為高粘度的精制石蠟油，其粘度為50~100mm2/s。 所述的抗氧劑包括抗氧劑300、抗氧劑330、抗氧劑DLTP、抗氧劑DSTP、 抗氧劑168、抗氧劑1076、抗氧劑1010。
高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于，該方法包括配料、紡絲、 萃取、干燥、熱牽伸工序，得到高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。
所述的配料工序包括將以下組分及含量(重量％)的原料進(jìn)行混合聚乙 烯10~15，精制石蠟油80 88，抗氧劑0.05 5。
所述的紡絲工序采用一步法溶脹和溶解的連續(xù)式紡絲工藝，該工藝采用大 長(zhǎng)徑比的雙螺桿擠出機(jī)，并采用積木式組合形成多組捏合；所述的大長(zhǎng)徑比的 雙螺桿擠出機(jī)為同向雙螺桿擠出機(jī)，螺桿長(zhǎng)徑比為1:64、 1:68或更大，螺桿直 徑為(D65、 068、 0>72、①75、 <D85、 095或更大；所述的多組捏合分為兩部分， 第一部分為壓縮式推進(jìn)段，用于超高分子量聚乙烯的溶脹，第二部分為壓縮混 煉推進(jìn)段，用于超高分子量聚乙烯的溶解。
所述的萃取工序采用多級(jí)連續(xù)萃取技術(shù)及立體超聲波振動(dòng)促進(jìn)萃取技術(shù)， 萃取劑為復(fù)配垸烴萃取劑，該復(fù)配垸烴萃取劑選自石油醚、己垸、辛垸、癸烷 中的兩種或兩種以上。
所述的干燥工序采用熱風(fēng)強(qiáng)制循環(huán)的干燥系統(tǒng)，熱風(fēng)溫度為40~80°C，采 用的干燥設(shè)備包括箱式或甬道形式。
所述的熱牽伸工序采用多級(jí)超倍熱牽伸工藝，最高牽伸速度為100m/min。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用一步法溶脹和溶解的連續(xù)式工藝，具有很好 的溶脹效果，紡絲溶液濃度由原來的5-8%提高到10-15%，生產(chǎn)效率提高30% 以上，同時(shí)對(duì)后牽伸系統(tǒng)中的萃取和干燥工序進(jìn)行改進(jìn)，提高萃取和干燥的效 率，大大降低牽伸過程中纖維絲的溶劑含量，提高牽伸速度和產(chǎn)品質(zhì)量，得到 高強(qiáng)度(35g/d及以上)的超高分子量聚乙烯纖維，解決了傳統(tǒng)工藝因間歇式 操作而造成質(zhì)量波動(dòng)的問題，具有工藝簡(jiǎn)單、可操控性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高、連續(xù)不斷絲、紡絲時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)高模超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)工藝 的連續(xù)性和產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)良性。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1
一種高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的制造方法，該方法包括下列工序
(1) 配料將以下組分及含量(重量％)的原料進(jìn)行混合超高分子量聚
乙烯(分子量200萬)10，高粘度精制石蠟油88 (粘度為50mm2/5)，抗氧劑
(1010) 2;
(2) 紡絲采用大長(zhǎng)徑比的同向雙螺桿擠出機(jī)，螺桿長(zhǎng)徑比為1:64，螺 桿直徑為065，并采用積木式組合形成多組捏合，多組捏合分為兩部分，第一 部分為壓縮式推進(jìn)段，用于超高分子量聚乙烯的溶脹，第二部分為壓縮混煉推 進(jìn)段，用于超高分子量聚乙烯的溶解，從而形成一步法溶脹和溶解的連續(xù)式紡 絲工藝，該連續(xù)式工藝具有很好的深度溶脹和溶解的效果，紡絲溶液濃度可由 原來的5~8%提高到10~15%，可使生產(chǎn)效率提高30%以上，且質(zhì)量穩(wěn)定、易于
控制；
(3) 萃取采用多級(jí)連續(xù)萃取技術(shù)及立體超聲波振動(dòng)促進(jìn)萃取技術(shù)，萃 取劑為復(fù)配垸烴萃取劑，該復(fù)配垸烴萃取劑包括己垸和辛烷(體積比1:1)， 利用萃取劑中溶劑含量的梯度分布，形成了一套高效萃取工藝，提高了萃取速
度，有效降低了纖維絲中溶劑的殘余含量，為牽伸工序提高牽伸速度和產(chǎn)品質(zhì) 量奠定良好的基礎(chǔ)；
(4) 干燥采用箱式干燥設(shè)備，并采用熱風(fēng)強(qiáng)制循環(huán)的干燥系統(tǒng)(熱風(fēng) 溫度為4(TC)，降低熱量損失，并使箱體內(nèi)溫度均勻，在熱風(fēng)的快速流動(dòng)下纖 維絲表面的萃取劑更易揮發(fā)，增強(qiáng)干燥效果，有效降低纖維絲中萃取劑的殘余 含量，此項(xiàng)也為快速超倍牽伸奠定了良好的基礎(chǔ)；
(5) 熱牽伸采用多級(jí)超倍熱牽伸工藝，由于上述的萃取和干燥工序速 度快、效率高，因此獲得了很高的牽伸速度，使后牽伸的速度大大提高，最高 牽伸速度可達(dá)100m/min，生產(chǎn)效率可提高50%以上，同時(shí)，由于牽伸時(shí)纖維中溶劑含量極低，因此，在牽伸后獲得了很高強(qiáng)度的超高分子量聚乙烯纖維，其
強(qiáng)度一般可以達(dá)到35g/d及以上。 實(shí)施例2
一種高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的制造方法，該方法包括下列工序
(1) 配料將以下組分及含量(重量％)的原料進(jìn)行混合超高分子量聚
乙烯(分子量300萬)15，高粘度精制石蠟油80 (粘度為80nnn2/s),抗氧劑 (DLTP) 5;
(2) 紡絲采用大長(zhǎng)徑比的同向雙螺桿擠出機(jī)，螺桿長(zhǎng)徑比為1:68，螺 桿直徑為①72，并采用積木式組合形成多組捏合，多組捏合分為兩部分，第一 部分為壓縮式推進(jìn)段，用于超高分子量聚乙烯的溶脹，第二部分為壓縮混煉推 進(jìn)段，用于超高分子量聚乙烯的溶解，從而形成一步法溶脹和溶解的連續(xù)式紡 絲工藝，該連續(xù)式工藝具有很好的深度溶脹和溶解的效果，紡絲溶液濃度可由 原來的5 8%提高到10~15%，可使生產(chǎn)效率提高30%以上，且質(zhì)量穩(wěn)定、易于 控制；
(3) 萃取采用多級(jí)連續(xù)萃取技術(shù)及立體超聲波振動(dòng)促進(jìn)萃取技術(shù)，萃 取劑為復(fù)配烷烴萃取劑，該復(fù)配烷烴萃取劑包括辛烷、石油醚和己烷(體積比 1:0.5:0.5)，利用萃取劑中溶劑含量的梯度分布，形成了一套高效萃取工藝， 提高了萃取速度，有效降低了纖維絲中溶劑的殘余含量，為牽伸工序提高牽伸 速度和產(chǎn)品質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)；
(4) 干燥采用甬道式干燥設(shè)備，并采用熱風(fēng)強(qiáng)制循環(huán)的干燥系統(tǒng)(熱 風(fēng)溫度為6(TC)，降低熱量損失，并使箱體內(nèi)溫度均勻，在熱風(fēng)的快速流動(dòng)下 纖維絲表面的萃取劑更易揮發(fā)，增強(qiáng)干燥效果，有效降低纖維絲中萃取劑的殘 余含量，此項(xiàng)也為快速超倍牽伸奠定了良好的基礎(chǔ)；
(5) 熱牽伸采用多級(jí)超倍熱牽伸工藝，由于上述的萃取和干燥工序速
度快、效率高，因此獲得了很高的牽伸速度，使后牽伸的速度大大提高，最高
牽伸速度可達(dá)100m/min，生產(chǎn)效率可提高50%以上，同時(shí)，由于牽伸時(shí)纖維中 溶劑含量極低，因此，在牽伸后獲得了很高強(qiáng)度的超高分子量聚乙烯纖維，其 強(qiáng)度一般可以達(dá)到35g/d及以上。 實(shí)施例3一種超高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法，該方法包括下列工序
(1) 配料將以下組分及含量(重量％)的原料進(jìn)行混合超高分子量聚 乙烯(分子量500萬)14.95，高粘度精制石蠟油85 (粘度為100mm2/s)，抗 氧劑(300) 0.05;
(2) 紡絲采用大長(zhǎng)徑比的同向雙螺桿擠出機(jī)，螺桿長(zhǎng)徑比為1:68或更 大，螺桿直徑為0)95或更大，并采用積木式組合形成多組捏合，多組捏合分為 兩部分，第一部分為壓縮式推進(jìn)段，用于超高分子量聚乙烯的溶脹，第二部分 為壓縮混煉推進(jìn)段，用于超高分子量聚乙烯的溶解，從而形成一步法溶脹和溶 解的連續(xù)式紡絲工藝，該連續(xù)式工藝具有很好的深度溶脹和溶解的效果，紡絲 溶液濃度可由原來的5 8%提高到10~15%，可使生產(chǎn)效率提高30%以上，且質(zhì) 量穩(wěn)定、易于控制；
(3) 萃取釆用多級(jí)連續(xù)萃取技術(shù)及立體超聲波振動(dòng)促進(jìn)萃取技術(shù)，萃 取劑為復(fù)配烷烴萃取劑，該復(fù)配烷烴萃取劑包括癸垸、辛浣和石油醚(體積比 1:0.8:0.2)，利用萃取劑中溶劑含量的梯度分布，形成了一套高效萃取工藝， 提高了萃取速度，有效降低了纖維絲中溶劑的殘余含量，為牽伸工序提高牽伸 速度和產(chǎn)品質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)；
(4) 干燥采用甬道式干燥設(shè)備，并采用熱風(fēng)強(qiáng)制循環(huán)的干燥系統(tǒng)(熱 風(fēng)溫度為8(TC)，降低熱量損失，并使箱體內(nèi)溫度均勻，在熱風(fēng)的快速流動(dòng)下 纖維絲表面的萃取劑更易揮發(fā)，增強(qiáng)干燥效果，有效降低纖維絲中萃取劑的殘 余含量，此項(xiàng)也為快速超倍牽伸奠定了良好的基礎(chǔ)；
(5) 熱牽伸采用多級(jí)超倍熱牽伸工藝，由于上述的萃取和干燥工序速 度快、效率高，因此獲得了很高的牽伸速度，使后牽伸的速度大大提高，最高 牽伸速度可達(dá)100m/min，牛產(chǎn)效率可提高50%以上，同時(shí)，由于牽伸時(shí)纖維中 溶劑含量極低，因此，在牽伸后獲得了很高強(qiáng)度的超高分子量聚乙烯纖維，其 強(qiáng)度一般可以達(dá)到35g/d及以上。
本發(fā)明的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維具有以下兩大顯著優(yōu)點(diǎn)
(1)生產(chǎn)工藝本發(fā)明采用全環(huán)保無污染的生產(chǎn)工藝和原材料，所采用降低生產(chǎn)成本高，本發(fā)明符合時(shí)代發(fā)展、處于世界先進(jìn)水平；
(2)連續(xù)生產(chǎn)長(zhǎng)度本發(fā)明領(lǐng)先獨(dú)特的工藝技術(shù)保證高強(qiáng)高模超高分子 量聚乙烯纖維可以連續(xù)不斷絲的生產(chǎn)，得到大長(zhǎng)度的聚乙烯纖維，滿足了光纜 中使用的必要條件，具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，其特征在于，所述的聚乙烯纖維采用以下組分及含量(重量％)為原料聚乙烯10～15，精制石蠟油80～88，抗氧劑0.05～5。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，其特征在于，所述的聚乙 烯為超高分子量聚乙烯，其分子量為200 500萬。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，其特征在于，所述的精制 石蠟油為高粘度的精制石蠟油，其粘度為50~100mm2/s。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，其特征在于，所述的抗氧 劑包括抗氧劑300、抗氧劑330、抗氧劑DLTP、抗氧劑DSTP、抗氧劑168、 抗氧劑1076、抗氧劑1010。
5. 高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于，該方法包括配料、紡絲、 萃取、干燥、熱牽伸工序，得到高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于， 所述的配料工序包括將以下組分及含量(重量％)的原料進(jìn)行混合聚乙烯 10~15，精制石蠟油80~88，抗氧劑0.05~5。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于， 所述的紡絲工序采用一步法溶脹和溶解的連續(xù)式紡絲工藝，該工藝采用大長(zhǎng)徑 比的雙螺桿擠出機(jī)，并采用積木式組合形成多組捏合；所述的大長(zhǎng)徑比的雙螺 桿擠出機(jī)為同向雙螺桿擠出機(jī)，螺桿長(zhǎng)徑比為1:64、 1:68或更大，螺桿直徑為 065、 068、 072 、 075、 <D85、 <D95或更大；所述的多組捏合分為兩部分，第 一部分為壓縮式推進(jìn)段，用于超高分子量聚乙烯的溶脹，第二部分為壓縮混煉 推進(jìn)段，用于超高分了量聚乙錄的溶解。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于， 所述的萃取工序采用多級(jí)連續(xù)萃取技術(shù)及立體超聲波振動(dòng)促進(jìn)萃取技術(shù)，萃取 劑為復(fù)配烷烴萃取劑，該復(fù)配垸烴萃取劑選自石油醚、己烷、辛垸、癸垸中的 兩種或兩種以上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于， 所述的干燥工序采用熱風(fēng)強(qiáng)制循環(huán)的干燥系統(tǒng)，熱風(fēng)溫度為40 80°C，采用的干燥設(shè)備包括箱式或甬道形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于， 所述的熱牽伸工序采用多級(jí)超倍熱牽伸工藝，最高牽伸速度為100m/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高模聚乙烯纖維及其制造方法，所述的聚乙烯纖維采用以下組分及含量(重量％)為原料聚乙烯10～15，精制石蠟油80～88，抗氧劑0.05～5，所述的制造方法包括配料、紡絲、萃取、干燥、熱牽伸工序。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用的紡絲工藝具有很好的溶脹效果，紡絲溶液濃度由原來的5-8％提高到10-15％，同時(shí)對(duì)后牽伸系統(tǒng)中的萃取和干燥工序進(jìn)行改進(jìn)，提高萃取和干燥的效率，大大降低牽伸過程中纖維絲的溶劑含量，提高牽伸速度和產(chǎn)品質(zhì)量，得到高強(qiáng)度(35g/d及以上)的超高分子量聚乙烯纖維，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)高模超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)工藝的連續(xù)性和產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)良性。
文檔編號(hào)D01F1/10GK101525778SQ20081003421
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者董建東, 辛志榮, 辛春榮 申請(qǐng)人:上海斯瑞聚合體科技有限公司