[发明专利]一种共混超高分子量聚乙烯的纺丝方法

说明书

本发明一种共混超高分子量聚乙烯的熔融纺丝方法，包括如下步骤：将UHMWPE与HDPE充分均匀混合，然后进行熔融纺丝，熔融纺丝后进行后牵伸，得到聚乙烯纤维。本发明的共混超高分子量聚乙烯的熔融纺丝方法将一定比例的超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯充分混合，加入高密度聚乙烯后可以提高超高分子量聚乙烯熔体流动性，降低超高分子量聚乙烯熔体的粘度，在聚乙烯纺丝过程中不需要加入稀释剂。采用熔融纺丝法进行纺丝，可以大大降低生产成本，可用于生产中等强度的超高分子量聚乙烯纤维。在一定的工艺下进行纺丝和牵伸，即可得到强度为14‑28cN/dtex的聚乙烯纤维。

技术领域

本发明属于纤维的纺丝技术领域，具体涉及一种共混超高分子量聚乙烯的纺丝方法。

现有技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维又称高强高模聚乙烯纤维，是由分子量100-500万的UHMWPE纺制而成，其特殊性能主要表现在：高比强度、高比模量、低纤维密度、低断裂伸长率、优良的抗冲击性和抗切割性、高耐磨性、耐化学腐蚀性，尤其是其强度相当于优质钢材的15倍左右，被广泛用于防弹衣、防刺服、头盔、防切割等安全防护领域，以及绳缆和渔网等水上结构材料、航天航空结构件、雷达罩等，是重要的战略物资和高技术材料。

由于UHMWPE分子量大，熔融粘度很高，导致其纤维的生产技术难度较大，生产成本较高。因此，UHMWPE纤维的制备技术及相关研究受到了国内外的普遍关注。数十年来，围绕高强高模聚乙烯纤维纺丝，出现了众多纺丝方法的研究，主要为：固态挤出法、增塑熔融纺丝法、表面结晶生长法、超倍拉伸或局部拉伸法和凝胶纺丝法。但目前只有凝胶纺丝法技术最为成熟，实现了工业化生产。

凝胶纺丝法是以十氢萘、石蜡油等碳氢化合物作为溶剂，将超高分子量聚乙烯在加热条件下配制成浓度范围为0.5-10wt％的溶液，利用挤出机通过喷丝孔将溶液挤出后骤冷形成凝胶原丝，然后对凝胶原丝相分离、溶剂萃取、干燥，随后将处理后的原丝在温度90℃-130℃、流速稳定的空气条件下，运用前后辊的速度差进行超倍拉伸。凝胶纺丝法国内外产业化程度高、技术成熟，适合生产高强高模纤维，其生产出的UHMWPE纤维强度均在30cN/dtex以上，多应用于高端产业，年消耗量较少。而市场需求巨大的民用领域，一般仅要求UHMWPE纤维具有10-30cN/dtex的中等强度即可。

熔融纺丝法要求聚合物有较好的流动性和加工性能，一般只有低分子量的聚合物才有这类性能。将超高分子量聚乙烯与适量的改性剂或者稀释剂混合制成纤维的方法统称为增塑熔融纺丝法。该方法中超高分子量聚乙烯的含量一般在60-80wt％之间，所使用的稀释剂即可以用超高分子量聚乙烯的溶剂，也可以用固态的蜡质物质。混合物需经过熔融再挤出成型，之后在加热介质为萃取剂中进行多级高倍拉伸，还可以让初生丝先经过萃取剂除去里面的稀释剂后再进行多级高倍拉伸，最终就能够获得强度大于20cN/dtex的超高分子量聚乙烯纤维。

以上两种生产工艺存在以下三个问题：一：凝胶纺丝法生产工艺路线长、设备复杂、能耗大，需要消耗大量的溶剂、污染环境；二：凝胶纺丝法生产负荷大(UHMWPE的含量在10wt％以下)，纺丝速度慢，故其产量低；三：增塑熔融纺丝法在生产过程中也需要加入改性剂或者稀释剂，并且在后牵伸过程中需要在萃取剂中进行，不利于降低生产成本，降低能耗，且污染环境。

中国专利CN106149084A公开了一种石墨烯、UHMWPE复合纤维及其制备方法和应用，先将石墨烯与UHMWPE粉球磨预混，再以石墨烯/UHMWPE复合粉体制备成预纺液，纺丝、萃取、牵伸，即得石墨烯/UHMWPE复合纤维。此专利在生产过程中需要萃取等技术，生产工艺复杂、污染环境、能耗大。