[发明专利]高强高模聚乙烯纤维的生产工艺

说明书

本发明涉及一种高强度、高模量聚乙烯纤维的生产工艺。

碳纤维、芳纶和高强高模聚乙烯纤维是当今世界上所称的三大特种纤维。其中，高强高模聚乙烯纤维采用超高分子量聚乙烯经柔性链聚合，通过冻胶纺而制成，其力学性能和强度为所有纤维之最。目前世界上只有荷兰、美国和日本三国生产，年产量仅4000吨，技术也处于发展和研制之中，而我国目前尚处空白，长期依赖进口，价格相当昂贵，每吨6万多美元。由于该项目主要用于军事国防、航天航海工业，因而被少数国家技术封锁和产品垄断。

公知技术中，ZL87103211“制备高强度和高模量聚乙烯醇纤维的方法”，公开的是由聚(乙烯醇)在水和水相混溶的有机溶剂所组成的混合溶剂中的溶液制备高强度、高模量纤维。该方法与本发明的工艺方法截然不同，因此该技术产品在断裂强度、模量、延伸率、含油率等各项技术指标上远远达不到工业要求。

另，ZL90102855.X“高强高模聚乙烯纤维的制备方法”，公开的是将超高分子量聚乙烯溶于煤油溶剂中制成半稀溶液，经纺丝骤冷成冻胶纤维，经萃取干燥工艺所制成。该技术的关键问题虽然对超高分子量聚合体进行了溶解，但是，没有拆散超高分子量的大分子缠结，而且使大分子链的这种解缠状态自始至终得以保持。这样，不能提高纤维的聚向度和结晶度。

本发明的目的，在于开发一种高强、高模聚乙烯纤维的生产工艺，形成技术突破与创新，填补国内空白，为国争光，同时为国家节约大量外汇。

本发明采用如下技术方案：

将超高分子量聚合体溶解在相应的溶剂之中，以拆散超高分子量的大分子缠结，以高分子聚合体溶液经特制的双螺杆挤压到喷丝孔中挤出，然后骤冷凝固，使大分子链的这种解缠状态得以保持，然后，经热拉伸，使大分子链得到充分伸展和密集排列，在此，纤维的聚向度、结晶度大大提高，由此获得的纤维具有优异的力学性能，强度可超过30g/d。

结合实施例对本发明作进一步说明：

1、超高分子量聚乙烯纺丝溶液的连续制备：将超高分子量聚

   合体混合在一定配比的溶剂中进行溶胀，以次来拆散超高

   分子量的大分子缠结，保持均匀的超高分子量聚合体溶液

   连续供给特制的双螺杆挤出机。

2、双螺杆挤压纺丝：是高强高模聚乙烯纤维实现工业化

   生产的关键设备。原先国内的普通双螺杆挤出机不能

   挤压出溶液体，为此做了专门改造，从而可以使用双

   螺杆溶液纺丝技术。

3、高效连续萃取：是高强高模聚乙烯纤维工业化生产及

   提高产品质量的关键，自行设计制造了一套封闭式逆

   向走动萃取装置，它将萃取剂放在萃取箱中，再将冻

   胶丝在萃取箱中逆向走动，连续萃取，以达到优良的

   萃取结果。

4、超倍拉伸：传统的拉伸设备远远不能满足超倍拉伸的

   需要，本工艺需超高倍(30倍以上)拉伸，并保证了

   工艺要求和纤维的质量，解决了高强高模聚乙烯纤维

   实现工业化生产的关键，是化纤拉伸的一大突破。

5、超高分子量聚乙烯作备溶液体的溶剂选择：自行研制

   了以乳化混合油作溶剂，彻底解决了纤维的并丝现象，

   提高了纤维的结晶度。

其优点在于：由于采取了高分子量聚合体为原则，通过超高倍拉伸，使大分子链达到高聚向度和高结晶度，使纤维达到高强特性，强度是所有纤维之最；由于聚乙烯为原料，它的比重轻(为0.98)，使之成为比重轻、强度最高的产业化纤维；由于聚乙烯为柔性链结构，它具有较大的能量吸收值，使之成为抗冲击、抗切割、韧性的优良材料；由于聚乙烯为亚甲基基团组成，决定了它具有良好的耐低温、耐腐蚀、耐紫外线的性能。