專利名稱：多孔中空高強高模超高分子量聚乙烯纖維的制備方法
多孔中空高強高模超高分子量聚乙烯纖維的制備方法
胃貫議不
超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維具有其它高性能纖維所無法比擬的力學(xué)性 能。較低的密度、較高的斷裂伸長率、比強度和比模量最大，超過了金屬材料， 更重要的是還有良好的能量吸收特性，最宜吸收低速的破片沖擊能量，防彈性 能最好，是一種理想的防彈材料，也廣泛應(yīng)用在保安和軍事方面，是目前最好 的纜繩材料和高技術(shù)軍備材料。
1979年荷蘭DSM公司的smith和Lemstra和發(fā)明了凝膠紡絲法生產(chǎn)高性 能聚乙烯纖維，并取得英國專利GB2042414和GB2051667。 1982年美國的 AlliedSignal公司(1999年和Honeywell公司合并)也提出了自己的生產(chǎn)超高子量 聚乙烯纖維的工藝專利DS4413110。 DSM公司于1990年實現(xiàn)了凝膠紡絲法制 超高分子量纖維工業(yè)化生產(chǎn)?，F(xiàn)在世界上凝膠紡絲法制造超高分子量聚乙烯纖 維的主要步驟是將超高分子量聚乙烯溶于第一溶劑配制成聚乙烯溶液，該溶 液由嫘桿擠出機擠出，經(jīng)紡絲箱體噴絲板噴出后，冷卻凝畫成凝膠纖維，用揮 發(fā)性的第二溶劑萃取出第一溶劑，干燥超倍拉伸，最終獲得成品纖維。
上述方法制得是園形實心聚乙烯的凍膠纖維，目前，已經(jīng)提出的生產(chǎn)高 密度聚乙烯中空纖維膜的專利有USP4115492、 USP5294338， USP6436319、 ZL200510049263均采用烙融紡絲方法、專利USP5695702及ZL95193838是熱 塑性中空纖維膜組件及制造方法，涉及的都是過濾用中空膜，不屬高強高膜纖 維。
凍膠纖維中含有大量第一溶劑必須用第二溶劑萃取除去纖維中的溶劑后 再進行超倍拉伸，才能得到高強高模纖維，萃取過程的速度除與使用的第二溶
劑和萃取工藝有關(guān)外，還與溶劑擴散的路徑有關(guān)。萃取過程中纖維外層的溶劑 優(yōu)先從凍膠纖維中擴散出來。路徑愈長擴散速度的差異愈大。從纖維截面看壁 愈厚。差異愈大，形成皮芯結(jié)構(gòu)愈歷害，這種不均勻的結(jié)構(gòu)影響纖維的超倍拉 伸，進而影響成品纖維的力學(xué)性能。
本發(fā)明的多孔中空超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維內(nèi)外壁厚均勻。大大縮 短了纖維內(nèi)溶劑擴散出凍膠纖維的路徑。提高了萃取效率，節(jié)省萃取用第二溶 劑，消除了結(jié)構(gòu)不均勻性，進一步提高成品纖維的力學(xué)性能。
實施方法步驟包括將超高相對分子質(zhì)量100萬 600萬的聚乙烯粉未， 配制成濃度為4% 25%的均勻溶液，采用凍膠紡絲法，在一定溫度下經(jīng)雙螺桿、 箱體、計量泵，到具有細小狹縫的多孔中孔嘖絲板擠出、萃取、千燥、超倍拉 伸得高強高模多孔中空聚乙烯纖維。其中聚乙烯的重均相對分子質(zhì)量在100-600 萬。溶液原液中包括4% 25%的超高相對分子質(zhì)量的聚乙烯及96% 75%的溶 劑，原液紡絲的溫度控制在140 260°C。原液必須通過一具有細小狹縫的中孔 多孔噴絲板，多孔數(shù)在3-9,得到的凍膠纖維在80 13(TC經(jīng)行萃取，后干燥， 再超倍拉伸，拉伸倍數(shù)在30 60倍。最后得到髙強高模多孔中空聚乙烯成品纖 維。 實例l
超高分子量聚乙烯(相對平均分子質(zhì)量450萬)，溶劑白油，配制成濃度 為10%的均勻溶液定量喂入雙蠊桿擠出機。擠出機直徑25miiaJC^45，溫度控 制在250"C。螺桿擠出機轉(zhuǎn)速30rpm。擠出物經(jīng)過濾器箱體到計量泵被計量后 從具有細小狹縫的3C組合中孔噴絲孔噴出。然后入水浴經(jīng)處理后萃取干燥超倍 拉伸,拉伸總倍數(shù)為40，得到的3中空高強高模聚乙烯纖維，強度達到30cN/dtex， 模量在1000cN/dtex以上。
實例2
超高分子量聚乙烯(相對平均分子質(zhì)量500萬)，溶劑白油,配制成濃度為 8%的均勻溶液定量喂入雙螺桿擠出機。擠出機直徑25mm， L/D=64，溫度控制 在240QC ，螺桿擠出機轉(zhuǎn)速40rpm。擠出物經(jīng)過濾器箱體到計量泵被計量后從 具有細小狹縫的7C組合中孔噴絲孔噴出，然后入水浴經(jīng)處理后萃取干燥超倍拉 伸，拉伸總倍數(shù)為40，得到的7中孔高強高模聚乙烯纖維,強度達到30cN/dtex， 模量在1000cN/dtex以上。
權(quán)利要求
1. 多孔中空高強高模超高分子量聚乙烯纖維的制備方法其特征是將超高相對分子質(zhì)量的聚乙烯粉未，溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲信渲瞥蓾舛葹?％～25％的溶液。溶液在140～260℃的溫度下經(jīng)雙螺桿、箱體、計量泵，到具有細小狹縫的多孔中空噴絲板擠出得到多孔中空凍膠纖維，得到的凍膠纖維進行萃取，后干燥，再超倍拉伸，拉伸溫度80～130℃，拉伸倍數(shù)在30～60倍。最后得到高強高模多孔中空聚乙烯成品纖維。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述超高分子量聚乙烯的重均相對分子質(zhì)量為100 萬 600萬。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述原液中包括4% 25%的超高相對分子質(zhì)量的聚 乙烯及96% 75%的溶劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述溶液紡絲溫度為140 260°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述纖維拉伸溫度在80 13(TC。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述溶液經(jīng)過一具有細小狹縫的多孔中孔噴絲板， 多孔數(shù)在3 9。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述干燥后纖維拉伸倍數(shù)為30 60倍。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述多孔中孔噴絲板孔形可以是帶有細小狹縫的C 字形孔組合及其它帶有細小狹縫的孔的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多孔中空高相對分子量聚乙烯纖維的制備方法，屬纖維制備領(lǐng)域。步驟包括高相對分子質(zhì)量聚乙烯(重均分子在100以上)配制成濃度為4％～25％的溶液經(jīng)雙螺桿從具有細小狹縫的多孔中孔嘖絲板擠出成型后，萃取干燥超倍拉伸，拉伸溫度80～130℃，拉伸倍數(shù)在30～60倍。最后得到高強高模多孔中空聚乙烯成品纖維。
文檔編號D01D5/00GK101205633SQ20061014742
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者劉兆峰, 胡盼盼 申請人:胡盼盼;劉兆峰