[发明专利]高强高模聚乙烯纤维的制备方法

说明书

技术邻域

本发明涉及高强高模聚乙烯纤维的制备方法。

背景技术

目前全球高强高模聚乙烯纤维制备工艺主要有二种。一种是以低挥发性的烷烃类作为溶 剂(第一溶剂)，如CN1056544A公开的以煤油作为溶剂、CN1268588A公开的以乳化混合油作 为溶剂、CN101525778A公开的以石蜡油作为溶剂、CN102041557A公开的以白油作为溶剂，制 得超高分子量聚乙烯溶液，经冻胶纺丝制得冻胶丝，再经较高挥发性的溶剂(第二溶剂例二 甲苯、汽油等)进行萃取、干澡制得固态细丝，再经超倍热拉伸制得高强高模聚乙烯纤维。

第二种是以高挥发性溶剂制备高强高模聚乙烯纤维，如CN101903573A公开的十氢化萘或 四氢化萘作为溶剂，美国Honeywell公司在WO2006/073743中也提出以十氢化萘或二氯苯作 为溶剂，CN101148783A公开的以二甲苯作为溶剂，制得超高分子量聚乙烯溶液，再经冻胶纺 丝、超倍热拉伸等后处理工艺制得高强高模聚乙烯纤维。

发明内容

以低挥发性的烷烃类作为溶剂(第一溶剂)，制备高强高模聚乙烯纤维。因高沸点烷烃类 溶剂馏程高，在拉伸干澡过程中难以去除，必须以较低沸点的第二溶剂作萃取剂萃取第一溶 剂，也就必须增加萃取工艺，同时产生了大量的第一溶剂和第二溶剂的混合物，又增加了分 馏工艺，以便分馏第一、第二溶剂回收再用。由于需增加萃取工艺、干燥工艺及分馏工艺， 因而生产成本高；且所制得纤维单丝纤度较高(3.5g/dtex以上)；再使用石蜡油、白油、煤 油、乳化混合油作溶剂，溶解温度高(200℃以上)超高分子量聚乙烯热降解率相比(十氢化 萘作溶剂)较高，及低挥发性第一溶剂很难完全萃取干净，残留成份使所得纤维的耐蠕变性 能较差，对最终制得高强高模聚乙烯纤维性能有较大影响。

以高挥发性溶剂制备高强高模聚乙烯纤维。十氢化萘或四氢化萘挥发性好可以不经萃取 而直接拉伸；作为非线形碳氢溶剂，溶解性好可在较低温度下溶解超高分子量聚乙烯，制取 性能优良的高强高模聚乙烯纤维。但十氢化萘或四氢化萘目前在全球只有少数几家公司生产， 国内又没有公司生产，溶剂成本太高，不易大量采购。而二甲苯的沸点较低常压137～140℃， 溶解温度低于137℃对于重均分子量高于350万的超高分子量聚乙烯难以制得较高溶度、溶 解均匀的溶液；又纺丝温度(溶解温度)高于137℃在喷丝口液体细丝易发生液沸，难以制 得高品质纤维。而二氯苯毒性较大，而且对水体和大气可造成污染，对生物体可发生生物蓄 积。

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供的一种产品质量好、生产成本低、生产效 率高的制备高强高模聚乙烯纤维的方法。其特征是二乙苯作为溶剂，制备超高分子量聚乙烯 溶液，超高分子量聚乙烯重均分子量介于150～800万，超高分子量聚乙烯溶液浓度介于1～ 50wt％。经冻胶纺丝步骤、超倍热拉伸步骤等后处理工序制得高强高模聚乙烯纤维。二乙苯 是间二乙苯、邻二乙苯、对二乙苯的混合物。二乙苯沸点低184℃，挥发性好，溶剂残留率 低；二乙苯是非线形分子的碳氢溶剂，溶解性好；适合的溶解温度160～175℃，超高分子量 聚乙烯热降解率较低，可不经萃取直接制得高品质高强高模聚乙烯纤维。二乙苯是生产乙苯 的副产品，溶剂成本低易得。

具体步骤是：

步骤1.制备超高分子量聚乙烯溶液；将溶剂二乙苯、超高分子量聚乙烯、抗氧剂、增塑 剂按一定的质量份混合后溶胀溶解。

上述步骤1.具体包括将二乙苯、超高分子量聚乙烯、助剂加入搅拌釜，抽真空后冲入惰 性气体，搅拌升温至70～130℃进行溶胀，制得浆料。经齿轮泵定量送入螺杆挤出机进行溶 解，溶解温度120～260℃，制得超高分子量聚乙烯溶液。

上述步骤1.所述溶剂二乙苯为间二乙苯、邻二乙苯、对二乙苯的混合物；溶剂包括间二乙 苯、邻二乙苯、对二乙苯其中一种或两种的混合物；也包括使用间二乙苯、邻二乙苯、对二 乙苯其中一种、两种或二乙苯与其它超高分子量聚乙烯已知溶剂的混合物，其它已知溶剂例 如十氢化萘、四氢化萘、二甲苯、二氯苯、白油、煤油、石蜡油。最优选的实施方式中，所 选择的溶剂是二乙苯，也就是间二乙苯、邻二乙苯和对二乙苯的混合物。制备的超高分子量 聚乙烯溶液。