[发明专利]一种超高分子量聚乙烯单丝的制备方法

说明书

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯单丝的制备方法，制备步骤如下：采用经熔捏处理的超高分子量聚乙烯复合料，经特殊螺杆挤出设备对复合料进行充分熔炼、混合，并挤出输送；再进一步经增压泵以提高熔融体系的压力，同时将熔体定量压入纺丝模头或纺丝箱体挤出喷丝，经水浴或油浴或空气浴冷却后得到初生单丝，所得初生单丝落卷，再经多倍热拉伸，也可直接连续将初生单丝经水浴牵伸、多级热辊牵伸和热空气拉伸后经热处理、上油得到高强高模聚乙烯单丝。本发明很好地解决了分子间嵌合重排困难、大分子缠结严重导致的融体流动性、均匀性差的难题，所得单丝强度高、均匀性好，生产工艺简单、效率高、环境友好。

技术领域

本发明涉及高分子纤维材料技术领域，具体地说，涉及一种超高分子量聚乙烯单丝的制备方法。

背景技术

自上世纪80年代后期荷兰DSM公司开发成功超高分子量聚乙烯纤维以来，其以高强度、高模量以及优良的抗冲击性能、耐磨性能和耐候性能，成为继碳纤维、芳纶(Kevlar)纤维之后的第三代高性能纤维。近年来，超高分子量聚乙烯纤维的应用前景倍受人们关注，其广泛应用在农业机械、个人防护、远洋渔业、军事、航空航天等领域。

我国的UHMW～PE纤维的研究始于20世纪80年代，先后由东华大学(中国纺织大学)、中国纺织科学研究院、北京合成纤维研究所等一些科研单位开始进行相关的探索和研究，并取得了一系列重大理论突破，1999年突破关键性生产技术。UHMW～PE纤维的通常是采用冻胶纺丝～超拉伸工艺制备而成，如专利CN101886298采用重均分子量为100～700万的聚乙烯粉末经白油溶解配制成10～25wt％的纺丝溶液，在250～330℃经孔径为5.5～8mm的圆形喷丝孔喷出，再经～10℃至～1℃凝固浴冷却，然后经萃取、干燥，在100～150℃的温度下进行2～4级的热拉伸，总拉伸倍数30～50倍，制得UHMWPE单丝。专利CN99111581中描述了一种高强高模聚乙烯纤维的生产工艺，首先将超高分子量聚合体溶解在相应的溶剂中，得到较低大分子缠结的溶液，经纺丝骤冷形成冻胶纤维，再经萃取、干燥及多级拉伸等工艺，制得高强高模的聚乙烯纤维。以上提到的冻胶纺丝工艺，为了要用柔性链高分子制得高强高模纤维，必须要采用超高分子量稀溶液和超倍拉伸。以期减少大分子末端数，减少缺陷，减少大分子缠结和使大分子充分沿拉伸方向形成取向的伸直链结晶。即使采用良溶剂如十氢萘，溶液浓度仍不够高，造成生产成本极高，而且要用大量的能量或低沸点第二溶剂(萃取剂)来除去第一溶剂。无论从生产效率、生产成本还是环境保护来说都是有问题的。

由于UHMWPE的粘度极高(为10⁹Pa.S)，流动性能极差一直是UHMWPE进行熔融纺丝的一大障碍，为了提高UHMWPE的流动性，闰镇达等人提出了一种由有机硅、液晶高分子(为改性剂)与UHMW～PE共混料(专利：CN01130158.9，专利：CN01130161.9)，来提高UHMW～PE的流变性能的方法，UHMW～PE含量为88～94％，有机硅3～7％，液晶高分子2～5％，硬酯酸盐0.2～2％，抗氧剂0.1～1％。刘廷华等人提出了用中等分子量聚乙烯来提高UHMW～PE流动性，将分子量30万～40万的聚乙烯加入到分子量子150万的UHMW～PE中，同时加入适量成核剂及内润滑剂，物料比例为70：30：0.3，所得物料可用于注塑挤出(中国塑料，15，4，2001，39～43)。作为熔融纺丝的聚合物改性料，不仅要有较好的流动性能便于加工，还要求体系有均匀、有序的结构，尤其要求原料粒高分子间及其与复合改性体系间达到分子水平的接触，同时有利于大分子链扩散，达到有效降低大分子缠结度。要充分消除处理后的聚合物体系内原料粒的形态结构记忆(Polymer.44，2003，1613～1618)，这要求改性体与UHMW～PE有良好的相容性，在物料处理、熔融剂出及后拉伸过程中无明显的分层和滑移现象的发生，从而在最大程度上减少对成品纤维力学性能的不良影响。

因此，如何解决现有技术中的技术缺陷成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容