[发明专利]高强度聚乙烯连续纤维的制备方法及所得产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度聚乙烯连续纤维的制备方法及所得产品。

背景技术

冻胶纺丝超倍拉伸技术所制备的高强度聚乙烯纤维具有柔性链聚合物材料中最高的拉伸强度和拉伸模量，是制作高强绳索、高强纺织品和防弹衣、防弹装甲的首选材料。

现有的制备高强聚乙烯纤维均采用溶剂纺丝高倍拉伸工艺，而随着溶剂的不同可分下列两种方法：

（1）采用挥发性较好的聚乙烯溶剂——十氢萘，将超高分子质量的聚乙烯溶解在十氢萘中，溶液经过挤压通过喷丝孔后形成冻胶初生纤维，同时利用十氢萘比较容易挥发的特点，采用加热的热气流将纤维中的十氢萘带出并挥发，同时对初生纤维加以20以上的超倍拉伸，使纤维中的大分子充分伸展排列，取得具有2.0GPa以上强度的纤维（如中国专利：申请号01123737.6）。该方法的特点在于工艺比较简洁，生产过程中只需要一种溶剂——十氢萘即可，但该方法也存在显著的缺陷，其一在于由于十氢萘挥发性比较大，因此所制成的纺丝溶液浓度受到一定限制，当浓度过高时，往往需要比较高的溶解温度才能完成溶解，而提高温度又会加剧十氢萘的挥发，因此实际使用中溶液浓度一般限制在8%以下，其次，由于十氢萘挥发性较大，因此气化的十氢萘回收比较困难，生产中往往对环境压力较大，而且成本也比较高。

（2）采用热挥发性较低的石蜡烃作为溶剂，将超高分子质量的聚乙烯溶解在石蜡烃中，溶液经过挤压通过喷丝孔后形成冻胶初生纤维，然后采用比较容易挥发的萃取剂将初生丝中的溶剂置换出来，再经过气流干燥后将萃取剂挥发后进行20以上的超倍拉伸，使纤维中的大分子充分伸展排列，取得具有2.0GPa以上强度的纤维（如中国专利：02160744.3）。该方法避免了十氢萘的缺陷，纺丝液浓度可达10%，但由于使用了两种溶剂，需要进行萃取，同时为了使初生纤维结构更加稳定，一般采用较长时间的常温平衡，使初生丝结构稳定，纺丝溶剂借助于相分离而有一定量的析出，从而减少萃取剂的用量，因此初生丝的积压比较严重，不利于提高生产效率。

例如，将100克相对分子质量为400万的直链超高分子量聚乙烯粉末与1000克工业白油放置于混合釜中，在常温下高速搅拌25分钟，搅拌速度为2000转/分钟，将混合液导入直径为35毫米，长径比64的同向双螺杆中溶解，脱泡，并于10MPa压力下挤出喷丝板，进入20℃的凝固浴，冷却形成初生冻胶纤维，该纤维于20℃下，常压静置平衡92小时，静置后冻胶丝中固含量为18%，静置后的纤维用1500克甲苯萃取并干燥，然后分4道逐级拉伸共38倍，取得的成品纤维强度为2.21MPa。

发明内容

为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种高强度聚乙烯连续纤维的制备方法及所得产品。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种高强度聚乙烯连续纤维的制备方法，包括以下步骤：

a．将线性聚乙烯粉末放入石蜡烃溶剂中，混合后的均匀悬浮液进行加热溶解，溶解后的溶液进行高温脱泡后从喷丝板中挤出，并冷却形成初生冻胶丝；

b．将初生冻胶丝在温度为40℃～120℃的真空环境中静置，静置时间为3小时～84小时，优选为12小时～72小时；

c．静置后的冻胶丝浸入萃取剂，对冻胶丝进行多道萃取，将冻胶丝中的石蜡烃溶剂置换；

d．萃取后的纤维再进行干燥；

e．干燥后的纤维进入多道拉伸工序。

优选地，在步骤a中，在步骤a中，线性聚乙烯的相对分子质量为100万～800万。

进一步地，在步骤a中，悬浮液中聚乙烯的含量为2%（重量）～20%（重量）。

更进一步地，在步骤a中，石蜡烃溶剂为C数为8～100的直链烷烃、支链烷烃、环烷烃或他们的衍生物。

优选地，在步骤a中，初生冻胶丝中聚乙烯的含量为1.5%（重量）～18%（重量）。

更优地，在步骤b中，真空环境的余压为0Pa～9000Pa，优选为50 Pa～8500Pa。

更优地，在步骤b中，环境温度优选为45℃～80℃。