[发明专利]一种高强高模超高分子量聚乙烯异型中空纤维的制备方法

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。

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。 现在世界上高强高模超高分子量聚乙烯纤维的主要方法是凝胶纺丝法，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。

凝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 优先从凝胶纤维中扩散出来。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。

本发明的超高相对分子质量聚乙烯异型中空纤维壁簿且比表面积大。大 大缩短了纤维内溶剂扩散出凝胶纤维的路径。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。同时由于具 有大的比表面积在复合材料加工过程中易于结合，性能更为优良。

实施方法步骤：包括将超高相对分子质量的聚乙烯粉未，配制成均匀溶 液，采用凝胶纺丝法，在一定温度下经双螺杆、箱体、计量泵，到具有中空的 啧丝头挤出，凝胶丝经萃取、干燥、超倍拉伸得高强高模异型中空聚乙烯纤维。 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％～60％的超 高相对分子质量的聚乙烯及96％～40％的溶剂，原液纺丝的温度控制在140～260 ℃。原液必须通过一具有中空的喷丝孔，喷丝孔的型状包括△、+、☆等。喷 丝孔的异型度40-90，中空度10％～70％，得到的冻胶纤维在80～130℃进行萃取， 干燥，再超倍拉伸，拉伸倍数在10～100倍。最后得到高强高模聚乙烯中空扁 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 从具有中空度50％的喷丝孔喷出。然后入水浴经处理后萃取、干燥、超倍拉伸， 拉伸总倍数为40，得到的高强高模聚乙烯中空扁纤维，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 具有中空度70％的喷丝孔喷出，然后入水浴经处理后萃取、干燥、超倍拉伸， 拉伸总倍数为55，得到的高强高模聚乙烯△型中孔纤维，强度达到35cN/dtex，模 量在1200cN/dtex以上。