[发明专利]多孔中空高强高模超高分子量聚乙烯纤维的制备方法

说明书

背景技术：

超高相对分子质量聚乙烯纤维具有其它高性能纤维所无法比拟的力学性能。较低的密度、较高的断裂伸长率、比强度和比模量最大，超过了金属材料，更重要的是还有良好的能量吸收特性，最宜吸收低速的破片冲击能量，防弹性能最好，是一种理想的防弹材料，也广泛应用在保安和军事方面，是目前最好的缆绳材料和高技术军备材料。

1979年荷兰DSM公司的smith和Lemstra和发明了凝胶纺丝法生产高性能聚乙烯纤维，并取得英国专利GB2042414和GB2051667。1982年美国的AlliedSignal公司(1999年和Honeywell公司合并)也提出了自己的生产超高子量聚乙烯纤维的工艺专利DS4413110。DSM公司于1990年实现了凝胶纺丝法制超高分子量纤维工业化生产。现在世界上凝胶纺丝法制造超高分子量聚乙烯纤维的主要步骤是：将超高分子量聚乙烯溶于第一溶剂配制成聚乙烯溶液，该溶液由螺杆挤出机挤出，经纺丝箱体喷丝板喷出后，冷却凝固成凝胶纤维，用挥发性的第二溶剂萃取出第一溶剂，干燥超倍拉伸，最终获得成品纤维。

上述方法制得是园形实心聚乙烯的冻胶纤维，目前，已经提出的生产高密度聚乙烯中空纤维膜的专利有USP4115492、USP5294338，USP6436319、ZL200510049263均采用熔融纺丝方法、专利USP5695702及ZL95193838是热塑性中空纤维膜组件及制造方法，涉及的都是过滤用中空膜，不属高强高膜纤维。

冻胶纤维中含有大量第一溶剂必须用第二溶剂萃取除去纤维中的溶剂后再进行超倍拉伸，才能得到高强高模纤维，萃取过程的速度除与使用的第二溶剂和萃取工艺有关外，还与溶剂扩散的路径有关。萃取过程中纤维外层的溶剂优先从冻胶纤维中扩散出来。路径愈长扩散速度的差异愈大。从纤维截面看壁愈厚。差异愈大，形成皮芯结构愈历害，这种不均匀的结构影响纤维的超倍拉伸，进而影响成品纤维的力学性能。

本发明的多孔中空超高相对分子质量聚乙烯纤维内外壁厚均匀。大大缩短了纤维内溶剂扩散出冻胶纤维的路径。提高了萃取效率，节省萃取用第二溶剂，消除了结构不均匀性，进一步提高成品纤维的力学性能。

实施方法步骤：包括将超高相对分子质量100万～600万的聚乙烯粉未，配制成浓度为4％～25％的均匀溶液，采用冻胶纺丝法，在一定温度下经双螺杆、箱体、计量泵，到具有细小狭缝的多孔中孔啧丝板挤出、萃取、干燥、超倍拉伸得高强高模多孔中空聚乙烯纤维。其中聚乙烯的重均相对分子质量在100-600万。溶液原液中包括4％～25％的超高相对分子质量的聚乙烯及96％～75％的溶剂，原液纺丝的温度控制在140～260℃。原液必须通过一具有细小狭缝的中孔多孔喷丝板，多孔数在3-9，得到的冻胶纤维在80～130℃经行萃取，后干燥，再超倍拉伸，拉伸倍数在30～60倍。最后得到高强高模多孔中空聚乙烯成品纤维。

实例1

超高分子量聚乙烯(相对平均分子质量450万)，溶剂白油，配制成浓度为10％的均匀溶液定量喂入双螺杆挤出机。挤出机直径25mm，L/D＝45，温度控制在250℃。螺杆挤出机转速30rpm。挤出物经过滤器箱体到计量泵被计量后从具有细小狭缝的3C组合中孔喷丝孔喷出。然后入水浴经处理后萃取干燥超倍拉伸，拉伸总倍数为40，得到的3中空高强高模聚乙烯纤维，强度达到30cN/dtex，模量在1000cN/dtex以上。

实例2

超高分子量聚乙烯(相对平均分子质量500万)，溶剂白油，配制成浓度为8％的均匀溶液定量喂入双螺杆挤出机。挤出机直径25mm，L/D＝64，温度控制在240℃，螺杆挤出机转速40rpm。挤出物经过滤器箱体到计量泵被计量后从具有细小狭缝的7C组合中孔喷丝孔喷出，然后入水浴经处理后萃取干燥超倍拉伸，拉伸总倍数为40，得到的7中孔高强高模聚乙烯纤维，强度达到30cN/dtex，模量在1000cN/dtex以上。