[实用新型]双阶式超高分子量聚乙烯均匀溶液的连续溶解和解缠纺丝装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种双阶式超高分子量聚乙烯均匀溶液的连续溶解和解缠纺丝装置。

背景技术

众所周知，凝胶纺丝是目前工业化过程中最为成功的超高分子量柔性链纺丝方法，它是将超高分子量的柔性链高聚物以较低的浓度溶解在溶剂中，制成溶液的目的是利用溶剂在一定程度上拆散相互缠结在一起的超高分子量原料分子，同时防止产生新的缠结，在增大体系流动性，提供体系可纺性的同时，提供给凝胶丝合适的初生丝结构，以利用超倍后拉伸的展开，形成高结晶、高取向的高强纤维结构形态。

超高分子量聚乙烯在溶剂中的溶解过程可分为二个阶段；溶胀和溶解。在溶胀阶段，主要表现为溶剂向超高分子量聚乙烯中渗透与扩散，它是溶解混匀的关键。然而，溶胀是一个缓慢过程，原因在于高结晶的超高分子量聚合体阻碍了溶剂的渗透。不适当的溶胀会导致在超高分子量聚乙烯颗粒表层形成一高粘稠层，它即阻止溶剂向聚合体内不断渗透和扩散，又妨碍溶解过程中聚体大分子向溶剂中扩散，因此控制超高分子量聚乙烯的溶胀显得尤为重要。

溶解是将一定量的超高分子量聚乙烯原料经加热和较长时间保温过程而造成的热分解。超高分子量聚乙烯在高温与氧气接触宜发生热氧化降解，导致分子量急剧下降及色泽变黄，避免热氧化降解的发生，是溶解过程中最主要的工作之一。同时消泡和脱泡也是溶解过程中重要的一环，溶解结束后，纺丝原液的粘度依然很高，纺丝原液中存在大量的气泡，气泡的存在会使纺出的凝胶丝条成为气泡丝，导致牵伸时丝条断裂，无法得到性能合格的成品纤维，因此要对纺丝原液进行脱泡。

美国Allied公司专利US4,413,110，日本可乐丽公司的JP.86-73743，中国专利97106768为代表的现有技术中，多以双螺杆为主要溶解挤出手段，这种方式存在以下问题：

1、双螺杆脉动问题：作为过去主要用于塑料行业的双螺杆挤出机，虽然有良好的混炼效果，但它所特有的脉动特点，在纺丝时压力会产生脉动变化，从而极大地影响纺丝的稳定性和纺丝质量的下降。

2、高效经济生产问题：由于双螺杆的不可能做的无限长，因而，若要提高产量，就要加快速度或增加其他的辅助溶解手段，而加快速度，就会导致溶液在螺杆中的停留时间缩短，导致溶解的不足，从而无法制造合格的初生丝。如果降低溶解的速度，就会大大降低产量，无法实现经济生产。增加其他的溶解手段，也存在成本增加，控制困难等问题。

3、混炼元件增加带来的问题：为保证物料能够经高效混炼达到充分均一化，必须增加捏合块、反螺纹块以及其他混炼元件的数量，使物料在双螺杆挤出机中的停留时间加长，但反螺纹块数量加多会影响挤出机的输出能力和机头压力，更重要的是高分子量聚乙烯原料在螺杆中停留的时间过长，会导致降解过大和颜色变黄，影响成品纤维的性能。

美国Allied公司专利US4,413,110(见图1)，日本可乐丽公司的JP.86-73743(见图2)等专利均采用双螺杆为溶解和挤出方式纺丝，为了弥补双螺杆溶解的不足，即料液在双螺杆挤出机中的停留时间较为短暂，需增加双螺旋混合器，高速鼓式混合器，溶解槽等装置，目的是加快溶解的均匀性和溶解效率，从而获得较大产能，实现经济生产的目地。由于这些辅助的溶解措施，设备复杂，成本高，难以连续进行，脱泡困难，经溶解后的溶液由于粘度非常大，输送也是很大的困难。

中国专利97106768(见图3)采用大长径比的双螺杆一次完成从悬浮液到溶胀、均匀溶解、脱泡、挤出的方案，事实上工业生产过程中双螺杆不可能制造的特别长，而超高分子量聚乙烯在溶剂中的溶解过程可分为二个阶段：溶胀和溶解。在溶胀阶段，主要表现为溶剂向超高分子量聚乙烯中渗透与扩散，它是溶解混匀的关键。然而，溶胀是一个缓慢过程，原因在于高结晶的超高分子量聚合体阻碍了溶剂的渗透。如果混合液在螺杆中停留的时间短，则可能导致溶胀溶解不足，无法制造高品质的初生丝，如果停留时间太长，则可能导致溶液的氧化降解，同时也会极大地影响产量，无法达到经济生产。

发明内容