[发明专利]高强、高模聚乙烯纤维的制备方法

说明书

本发明是关于高强、高模聚乙烯纤维的制备方法，以及提高冻胶纤维的可拉伸性和拉伸稳定性的方法，改善所得纤维的力学性能，解决以往超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）冻胶纺中溶解UHMW-PE的溶剂与对冻胶纤维进行萃取所用的萃取剂为两种不同性质的溶剂，从而避免了由此产生的混合溶剂的回收、处理问题。

UHMW-PE冻胶纺是将UHMW-PE溶于适当的第一溶剂之中，制成半稀溶液经纺丝、骤冷成冻胶纤维。然而用第二溶剂（萃取剂）对包含在冻胶纤维中的第一溶剂进行萃取，干燥和超倍热拉伸，即可获得高强、高模聚乙烯纤维。

UHMW-PE冻胶纺的关键之一是对冻胶纤维在极高张力下进行热拉伸，才能使PE大分子在沿拉伸方向充分伸展，提高其结晶度和取向度的同时，使呈折迭链的片晶向伸直链转化，从而获得高强、高模PE纤维。然而，同时满足超高倍的拉伸和保持高张力的拉伸是困难的。未经萃取的冻胶纤维，由于其包含着大量第一溶剂，该纤维虽有极大的拉伸倍率，但其冻胶纤维所能忍受的张力是极低的，所得纤维力学性能甚差。其原因在于第一溶剂的存在，增塑作用大大降低了有效拉伸的实施。

迄今的UHMW-PE冻胶纺都增加了萃取工艺过程，其工艺过程是：将UHMW-PE溶于第一溶剂（十氢萘、煤油、石蜡油或石蜡），经纺丝、骤冷制得冻胶纤维，其后用第二溶剂（烷烃类的碳氢化合物;醇类化合物;卤代碳氢化合物;芳香族化合物）对包含在冻胶纤维中的第一溶剂进行萃取，并控制第一溶剂含量在1或5%以下（U.S.P4，413，110、WO87-05341），其最佳萃取剂为三氯甲烷和三氯三氟乙烷的低沸点，易挥发的纯净物。由于第一溶剂与第二溶剂为二种不相同的溶剂，萃取要求使冻胶纤维中所包含的第一溶剂在极低的水准，这势必得消耗较多的第二溶剂，工业化生产必须对上述混合溶剂进行分离、回收和套用，因此不仅需要有一套高效的分离、回收装置，而且要有相应的工艺措施。1987年国际蒙特尔会议决定对三氯三氟乙烷的限制使用，更换第二溶剂显得尤为迫切。

JP87-184112采用了煤油为第一溶剂，三氯三氟乙烷为第二溶剂的UHMW-PE冻胶纺工艺。由于煤油较十氢萘具有价廉、易得的优点，而较石蜡油来讲具有溶解性能好、易挥发的优点，故具有较大的工业化价值。尽管如此，第一溶剂与第二溶剂的混合分离、回收、处理和套用仍是工业生产的严峻课题。

JP86-231211，86-231212采用了第二溶剂为三氯三氟乙烷对PE冻胶纤维进行萃取和干燥，在此过程中纤维发生实质性的收缩，其收缩率至少在10%以上为宜。这种冻胶纤维的收缩是第二溶剂置换第一溶剂和第二溶剂的低沸点，易挥发所致。如限制大分子链的急剧收缩，势必损伤部分冻胶纤维中的网络结构，导致连续拉伸稳定性的下降，而允许其部分收缩是缓和由于急剧的收缩可能产生大分子网络结构的破坏，但仍未从根本上解决这种不均匀产生的存在。

本发明的目的解决以烷烃类混合物为第一溶剂的UHMW-PE冻胶纺萃取剂的更换以及相应的萃取、干燥工艺过程，改善冻胶纤维的可拉伸性以及提高所得纤维的力学性能。

冻胶丝萃取实质在于去除包含在冻胶纤维中的第一溶剂含量，以此可减少第一溶剂存在所产生冻胶纤维在拉伸过程中的增塑作用;萃取、干燥过程中出现的收缩，使大分子链趋于致密，大分子间次价键力的增大，从而达到冻胶纤维的可拉伸性改善。因此，选择第二溶剂-萃取剂的原则为有效地去除包含在冻胶纤维中的溶剂，而不破坏已被解除缠结状态的大分子链三维网络结构状态。

本发明是关于以溶剂汽油为第二溶剂，对包含在冻胶纤维中的第一溶剂（烷烃类化合物，如：煤油、石蜡油或石蜡）进行萃取和干燥的工艺过程。由于上述两种溶剂为同一系列、不同馏份的烷烃类混合物，显而易见不存在混合溶剂的分离、回收、处理和套用问题，溶剂汽油的廉价和丰富来源更显示其工业化的应用前景，因此它将有利于产品成本下降，简化溶剂处理和减少三废的产生。