[发明专利]一种凝胶法制备超高分子量聚乙烯粗旦纤维单丝的方法

说明书

本发明公开了一种凝胶法制备超高分子量聚乙烯粗旦纤维单丝的方法，包括如下步骤：(1)超高分子量聚乙烯粉末与白油混合，制备纺丝原液预溶胀料，并保持搅拌状态及升温；(2)将预溶胀料进入双螺杆挤出机，然后进入纺丝组件经喷丝板成丝，冷却水槽冷却，得到超高分子量凝胶原丝；静置平衡；成丝后原丝落桶时为单丝交叉层叠圆环式的排列方式；(3)对平衡处理后的凝胶原丝进行萃取、干燥、热牵伸；最后卷绕得到超高分子量聚乙烯粗旦纤维单丝。本发明所公开的制备方法在强度不降低的情况下实现单丝纤度提升10倍，达到20～40旦，其直径0.038～0.070毫米，以粗旦单丝替代原有多根细旦单丝组合成丝方式，有效消除了细旦单丝之间缝隙，并保持优良强度和模量。

技术领域

本发明涉及功能纤维的制备方法，特别涉及一种凝胶法制备超高分子量聚乙烯粗旦纤维单丝的方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维(英文全称：Ultra High Molecular WeightPolyethylene Fiber，简称UHMWPE)，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维。

在通常超高分子量聚乙烯纤维生产过程中，单丝纤度一般为2～4旦，其直径0.017～0.024毫米；再由多根单丝组成一根粗的纤维原丝。单丝之间存在缝隙，在不允许单丝缝隙使用条件下，消除缝隙需要额外添加树脂填充，限制其在对应领域的应用，如在精细化工、水处理、滤材、网材等方面使用存在表面附着物多、清理困难、影响使用寿命。

现有的凝胶法生产超高分子量聚乙烯纤维制约其单丝直径的主要瓶颈为,单丝超过3.3旦之后,在后续相分离过程,即萃取过程,原丝内白油不易析出,导致成品丝含油率大于1％,此为影响产品强度的主要原因,同时单丝直径变粗后,后续牵伸过程中,易出现单丝因受热不均匀,导致毛丝断丝的产生。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种凝胶法制备超高分子量聚乙烯粗旦纤维单丝的方法，以达到在强度保持的情况下提升单丝纤度的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种凝胶法制备超高分子量聚乙烯粗旦纤维单丝的方法，包括如下步骤：

(1)超高分子量聚乙烯粉末与白油混合，制备纺丝原液预溶胀料，并保持搅拌状态及升温；

(2)将预溶胀料进入双螺杆挤出机，然后进入纺丝组件经喷丝板成丝，冷却水槽冷却，得到超高分子量凝胶原丝；静置平衡；成丝后原丝落桶时为单丝交叉层叠圆环式的排列方式；

(3)对平衡处理后的凝胶原丝进行萃取、干燥、热牵伸；最后卷绕得到超高分子量聚乙烯粗旦纤维单丝；预牵伸倍数为6.5-8倍，预牵伸温度为80-120℃。

上述方案中，步骤(1)中纺丝原液预溶胀料中超高分子量聚乙烯含量为7.5％～15％wt。

上述方案中，所述超高分子量聚乙烯粉末的分子量300～600万。

上述方案中，步骤(2)中，双螺杆挤出机的转速150～200rpm。

上述方案中，步骤(2)中，喷丝板孔径为1.5～2mm。

上述方案中，步骤(2)中，喷丝板温度为200～300℃。

上述方案中，步骤(2)中，冷却水槽温度为0～40℃。

上述方案中，步骤(3)中，热牵伸温度为130～155℃。

上述方案中，步骤(3)中，热牵伸倍数为30～60倍。

通过上述技术方案，本发明提供的一种凝胶法制备超高分子量聚乙烯粗旦纤维单丝的方法具有如下有益效果：