[发明专利]一种UHMWPE纤维溶解和混炼工艺

说明书

本发明提供一种UHMWPE纤维溶解和混炼工艺，该工艺包括如下步骤：步骤1)以釜式配料或失重秤配料方案，将纺丝原料送入单螺杆进行熔融‑溶解，该单螺杆挤出机中单螺杆直径为20‑200mm，其长径比10‑42，其转速90‑150转/分，该单螺杆机分多段加热，喂料段温度160‑220℃，塑化段温度200‑260℃，匀化段温度220‑280℃，混合液经单螺杆挤出机得到挤出液；步骤2)挤出液由单螺杆挤出，经增压泵或直接通过单螺杆送至静态混合器，静态混合器的温度220‑280℃，熔体在静态混合器中的压力为2‑8MPa。

技术领域

本发明属于UHMWPE纤维生产领域，具体涉及一种UHMWPE纤维生产的溶解和混炼工艺。

背景技术

目前，UHMWPE纤维生产中，几乎完全采用一根双螺杆实现喂料-溶解-混炼等所有过程，同向双螺杆在工艺转速下实现：(1)进料段进料量符合生产进料的要求，(2)溶解段实现UHMWPE的快速溶解，(3)混炼阶段对UHMWPE大分子在强剪切条件下实现大分子之间的解缠结，沿剪切方向取向，并达到凝胶纺丝的要求。以上方法存在以下缺陷：(1)UHMWPE强剪切条件下降解严重，降解程度可达50％以上，如分子量470万的UHMWPE粉料，冻胶分子量只有180-220万，低于230万；(2)物料在双螺杆中的停留时间短，平均停留时间8-13min，UHMWPE粉料的溶解速度慢，且粒径越大、分子量越高完全溶解所需要的时间越长，短的停留时间使得双螺杆对UHMWPE粉料的粒径及其分布极为敏感，例如相同特定溶解条件下，为达到纺丝要求，平均粒径120微米所需停留时间为11.5min，160微米需要14.8分钟。

针对目前采用单一的双螺杆挤出方法，造成成品纤维的大分子降解严重，并导致UHMWPE纤维性能降低的现象；CN102277632B一种制造超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝的方法，包括步骤A将质量分数在6％～12％之间、粘均分子量为150万-1000万的超高分子量聚乙烯粉料与溶剂输送到配料乳化釜中进行充分混合得到混合物，该混合物经齿轮输送泵进入喂料釜，喂料釜将混合物送入双螺杆挤出机进行熔融-溶解，得到挤出液；即现有的CN102277632B依然无法避免实用双螺杆进行预溶解，这样双螺杆的强剪切作用会造成UHMWPE在溶解纺丝过程的大量降解降解，同时单纯采用单螺杆进行UHMWPE纤维的溶解和纺丝，因单螺杆的混炼能力弱、停留时间短，导致用这种方法进行UHMWPE纤维生产的产量极低，没有工业化应用的前景和意义。

发明内容

本发明提供一种UHMWPE纤维溶解和混炼工艺，该工艺包括如下步骤：步骤1)以釜式配料和失重秤配料方案，将纺丝原料送入单螺杆进行熔融-溶解，该单螺杆挤出机中单螺杆直径为20-200mm，其长径比10-42，其转速90-150转/分，该单螺杆机分多段加热，喂料段温度160-220℃，塑化段温度200-260℃，匀化段温度220-280℃，混合液经单螺杆挤出机得到挤出液；步骤2)挤出液由单螺杆挤出，经增压泵或直接通过单螺杆送至静态混合器，静态混合器的温度220-280℃，熔体在静态混合器中的压力为2-8MPa。

作为优选，所述静态混合器由一组或几组静态混合组成，可为盘管式或列管式，构成静态混合器的熔体管道串联布置，直径3-12mm，熔体管道总长5-56m。

作为优选，所述纺丝原料由以下制备方法得到：步骤a).将质量分数6-15％，粘均分子量100-1200万的超高分子量聚乙烯粉料与溶剂输送到配料釜中进行充分混合，并于130-140℃搅拌溶胀30min以上，制成溶胀料；

步骤b).将质量份数0.5-1.5％，粘均分子量100-1200万的超高分子量聚乙烯粉料与经过充氮脱氧的溶剂输送到配料釜中进行充分混合，并于160-200℃下搅拌溶解，制成溶解料；