[发明专利]一种高性能聚乙烯纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能聚乙烯纤维的制备方法，a)将由单活性中心催化剂聚合得到的、重均分子量为30万～100万的聚乙烯原料与溶剂油、抗氧剂分别加入混料釜进行短时间加热共混，形成固含量为20％～60％的淤浆；b)将共混物在氮气加压的条件下，通过螺杆将浆液稳定输送至双螺杆挤出机中进行挤出；c)经过挤出、冷却、萃取、多倍拉伸等步骤，制备得到聚乙烯纤维。本发明的生产工艺较传统溶液纺丝，纺丝液浓度大幅提升，聚乙烯原料溶胀时间大幅降低，生产效率大幅提升，且生产成本大幅降低；同时溶剂处理量大幅下降，使聚乙烯纤维生产过程更环保；且所制得的聚乙烯纤维力学性能优异。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其是涉及一种高性能聚乙烯纤维的制备方法。

背景技术

目前对于聚乙烯纺丝的方法可以主要分为两大类：熔体纺丝与溶液纺丝。

熔体纺丝主要针对分子量较低，有一定流动性，加工性能相对较好的聚乙烯原料或者聚乙烯改性料。美国专利号USP4228118、中国专利号CN03807737等使用重均分子量为30万以下的聚乙烯进行熔融挤出纺丝，该方法不用添加流动改性母粒或低分子量聚乙烯，但是由于分子量较低，使其制得的纤维的力学性能也非常有限，强度都在15cN/dtex左右；同时纺丝速度较慢速率较溶液纺丝低。中国专利号第CN201010533593、中国专利号第CN201410416669、中国专利号第CN101230501A等公开的，将低分子量聚乙烯或聚乙烯改性母粒与超高分子量聚乙烯进行共混后熔融挤出纤维原丝，并进行多级拉伸得到聚乙烯纤维。该方法为了保证超高分子量聚乙烯的流动性，低分子量的聚乙烯及改性母粒添加量较大，重量比一般在5％～10％甚至更高，这些改性母粒也导致了成品力学性能上的缺陷，因此得到的纤维强度也并不高，通常为15～25cN/dtex，同时工艺流程也较复杂。

溶液纺丝主要是针对超高分子量聚乙烯进行的，通过溶剂的溶胀及溶解过程使超高分子量聚乙烯分子链充分解缠，从而将加工性能比较差的超高分子量聚乙烯大幅提升。通过后处理工艺将溶剂去除后可得到较高强度的超高分子量聚乙烯纤维。中国专利号第CN200980146604、中国专利号第CN201410264678、国际申请公开号第W02005/066401A1、美国专利号第US430577等公开的以溶剂首先对高分子量聚乙烯进行溶胀溶解后，挤出成聚乙烯原丝。对原丝进行溶剂萃取干燥等步骤除去溶剂，最后进行多级拉伸，得到高强高模聚乙烯纤维。这类方法由于使用的原料分子量高于150万，因此所得到的聚乙烯纤维的强度较高，拉伸强度一般可超过30cN/dtex。但是该方法所能溶解的聚乙烯固含量大都低于10％，溶剂处理量大，且操作要求高，溶胀过程时间久。

中国专利号CN200810034215、中国专利号CN200810039213、中国专利号CN200810096903、中国专利号CN201010262244等对溶液纺丝的工艺及设备进行了改进，从而略微提升了超高分子量聚乙烯的纺丝液浓度，降低了溶液回收处理量，但大幅提升了设备及操作的复杂度，且操作要求依旧较大。

中国专利CN106117756B公开了一种注塑级超高分子量聚乙烯的制备方法，在分散介质中加入一定量溶剂油，聚合得到含有溶剂油的超高分子量聚乙烯树脂；将流动改性剂、用偶联剂处理过的功能添加剂、抗氧剂与含有溶剂油的超高分子量聚乙烯树脂高速混合后经螺杆挤出机挤出得到注塑级超高分子量聚乙烯。但是该申请的产品为注塑件，与超高聚乙烯纤维产品存在显著的不同。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高性能聚乙烯纤维的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高性能聚乙烯纤维的制备方法，采用以下步骤：

a)将由单活性中心催化剂聚合得到的、重均分子量为30万～100万的聚乙烯原料与溶剂油、抗氧剂分别加入混料釜进行短时间加热共混，形成固含量为20％～60％的淤浆，其中抗氧剂与聚乙烯的质量比为1％-5％；