專利名稱：一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚乙烯纖維的制備領(lǐng)域領(lǐng)域，特別涉及一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的制備方法。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維，是繼碳纖維和芳綸之后出現(xiàn)的世界第三代特種纖維，它以分子量在100萬以上的聚乙烯為原料，經(jīng)凍膠紡絲-超倍拉伸的方法制備而成。UHMWPE纖維是目前已工業(yè)化纖維材料中比強度和比模量最高的纖維，在同等重量的情況下，其強度相當于優(yōu)質(zhì)鋼絲的15倍。UHMWPE纖維還具有優(yōu)異的耐化學性和耐侯性、高能量吸收性、低導電性、可透過χ-射線及一定的防水性等特性。出色的性能，使其在軍事、航天航海工程和高性能、輕質(zhì)復合材料及運動器械等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。如用作防護材料的防彈衣、防彈頭盔、雷達防護罩、導彈罩、防彈裝甲、防刺服及防切割手套等；用作高強繩索的大型船舶纜繩、降落傘繩、布雷繩、登山繩等；制作復合材料應(yīng)用于坦克內(nèi)附壁緩沖材料、雷達天線罩、大型儲藏罐等；用作運動器械的弓弦、帆布、雪橇等，作為光纜補強材料、釣魚線及漁網(wǎng)等。隨著水產(chǎn)科學技術(shù)的發(fā)展，對漁用纖維、繩索材料的性能，尤其是力學強度有了更高的要求。高強度的纖維、繩索材料對減少網(wǎng)具材料用量、節(jié)約原材料、降低拖網(wǎng)的作業(yè)阻力以及網(wǎng)箱、圍攔網(wǎng)的水動阻力，提高網(wǎng)具的濾水性能，提高漁業(yè)生產(chǎn)效率、漁獲質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本具有極其重要的作用。UHMWPE纖維具有輕質(zhì)高強、使用周期長、耐磨、耐濕、斷裂伸長大等特性，而普遍用于負力繩索、重載繩索、救撈繩、拖拽繩、帆船索和釣魚線等。特別指出的是，UHMWPE纖維具有比水還輕的比重以及優(yōu)異的耐化學性、耐侯性、防水性等特性， 使UHMWPE纖維繩索相對其他繩索而言具有明顯的優(yōu)勢。自上世紀80年代后期荷蘭DSM公司開發(fā)成功UHMWPE纖維以來，為高性能漁用纖維材料的發(fā)展提供了堅實的材料基礎(chǔ)。與芳綸纖維制成的繩索相比，其直徑減少12%，重量減輕52%，而強度提高10%。UHMWPE纖維繩索在自重下的斷裂長度比芳綸繩索大，比鋼索要大得多。該繩索用于超級油輪、海洋操作平臺、燈塔等的固定錨繩，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強度降低和斷裂，需經(jīng)常進行更換的問題。在航空航天領(lǐng)域，該繩索已用于航天飛機著陸的減速降落傘飛機上懸吊重物的繩索，高空氣球的基材和吊索等。在漁業(yè)工程領(lǐng)域，用UHMWPE纖維加工成漁網(wǎng)重量比普通聚乙烯纖維漁網(wǎng)輕50%以上，或同樣重量的纖維可制造更大尺寸的網(wǎng)具，進行捕撈作業(yè)時，可增加捕撈量且減輕網(wǎng)重，可減少拖網(wǎng)的水阻，由此能提高拖速和降低漁船的能耗。國際漁業(yè)上已將UHMWPE纖維編織成不同纖度的繩索，逐步取代傳統(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩索，其發(fā)展速度異常迅速；歐美、日本等許多國家已用它裝配漁船和海水養(yǎng)殖工程， 并取得較好的回報。此外，UHMWPE纖維在制作高檔釣魚線和球拍弦方面也具有明顯的優(yōu)勢。 隨著大型遠洋中層拖網(wǎng)、金槍魚延繩釣、金槍魚圍網(wǎng)及深水抗風浪網(wǎng)箱等現(xiàn)代漁業(yè)的發(fā)展， UHMWPE纖維在我國漁業(yè)中也將會逐步得到推廣應(yīng)用。
UHMWPE纖維通常是采用凍膠紡絲-超拉伸工藝制備而成的。周成程在 CN101575742A中公布了一種超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，制成UHMWPE纖維束中單纖維的纖度均為0. 5 15旦，纖維直徑為0. 008 0. 05mm。如孫玉山等在CN1400342A中公布了一種高強聚乙烯纖維的制造方法及纖維，制得的UHMWPE纖維中單纖維纖度為0. 5 4. 2旦。任意等在CN101230499A中公布了一種有顏色的高強聚乙烯纖維及其制造方法，制備的纖維適用于繩索、漁網(wǎng)及復合材料等領(lǐng)域，但制得纖維中單纖維纖度為4 15旦。由上得知，現(xiàn)有UHMWPE纖維紗中單纖維纖度較低，只有0. 5 15旦左右，即使專用于繩索的UHMWPE纖維，其單纖維的纖度也僅為4 15旦，單纖維斷裂強力僅為1 4. 5牛頓左右，在繩索使用過程中的摩擦或刮擦極易導致繩索內(nèi)單纖維斷裂，出現(xiàn)繩索磨毛現(xiàn)象，在水下作業(yè)時水下微生物較易附著在繩索毛絲部位，會進一步降低繩索壽命。另外， 高強纖維繩索的強度除了與纖維本身的強度有關(guān)系外，還與纖維紗中單纖維的纖度大小有關(guān)。一般來說，纖度大有利于強度利用率的發(fā)揮。因此，為制得高強度的纖維繩索，需制備單纖維纖度盡可能大的纖維紗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的制備方法，該方法操作簡單，對設(shè)備的要求低；制備的粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的單纖維直徑為0. 1 0. 3mm，該纖維紗的強度大，適用于制作高強繩索。本發(fā)明的一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的制備方法，包括將聚乙烯溶液經(jīng)由一組噴絲板噴出后進入-10°C 15°C的凝固浴中驟冷成凍膠纖維，然后將所述的凍膠纖維經(jīng)萃取干燥及后續(xù)熱拉伸，即得超高分子量聚乙烯纖維紗；其中所述的噴絲板包含20 50組噴絲孔，每組噴絲孔由15 35個直徑為0. 7-1. Omm的噴絲孔組成。所述的聚乙烯溶液的濃度為8 16wt%，其中聚乙烯的重均分子量為300 500 萬。所述的噴絲板中每組噴絲孔共用一個導孔，每組內(nèi)噴絲孔間邊緣間距為0. 1 0. 15_，噴絲孔長徑比為5/1 10/1，各組噴絲孔外緣間距為2. 8 5_。所述的噴出速度為1 5米/分，其中所采用的噴頭拉伸為1 5倍。所述的凝固浴為含有25 35wt%乙二醇或二甘醇的水溶液。所述的熱拉伸為在100 150°C的溫度下進行2 4級的熱拉伸，總拉伸倍數(shù)為 30 50倍。所得的聚乙烯纖維紗由20 50根直徑約為0. 1 0. 3mm的纖維組成，纖維紗強度為 15 30cN/dtex。有益效果(1)本發(fā)明的方法操作簡單，對設(shè)備的要求低。(2)本發(fā)明所制備的粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的單纖維直徑為0. 1 0. 3mm, 該纖維紗的強度大，為15-30cN/dteX，適用于制作高強繩索。


圖1為本發(fā)明的噴絲板相鄰各組排布示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例1將重均分子量為450萬的聚乙烯粉末，制成聚乙烯重量百分數(shù)為9%的紡絲溶液， 計量后經(jīng)噴絲孔直徑為0. 7mm的50組35孔的噴絲板以5米/分的速度噴出，噴頭拉伸倍數(shù)為2. 2倍，進入溫度為-5 _1°C的含35%乙二醇的水溶液中驟冷成凍膠纖維，然后經(jīng)萃取干燥后，在100 105°C下進行總倍數(shù)為50倍的熱拉伸，制得的聚乙烯纖維紗由50根直徑為0. 12mm的纖維組成，纖維紗強度為28. 2cN/dteX。實施例2將重均分子量為380萬的聚乙烯粉末，制成聚乙烯重量百分數(shù)為12%的紡絲溶液，計量后經(jīng)噴絲孔直徑為0. 9mm的40組19孔的噴絲板以2米/分的速度噴出，噴頭拉伸倍數(shù)為3. 5倍，進入溫度為-1 5°C的含35%乙二醇的水溶液中驟冷成凍膠纖維，然后經(jīng)萃取干燥后，在120 125°C下進行總倍數(shù)為40倍的熱拉伸，制得的聚乙烯纖維紗由40根直徑為0. 13mm的纖維組成，纖維紗強度為25. 3cN/dteX。實施例3將重均分子量為450萬的聚乙烯粉末，制成聚乙烯重量百分數(shù)為14%的紡絲溶液，計量后經(jīng)噴絲孔直徑為0. 9mm的48組23孔的噴絲板以1. 5米/分的速度噴出，噴頭拉伸倍數(shù)為5. 0倍，進入溫度為5 15°C的含25%二甘醇的水溶液中驟冷成凍膠纖維，然后經(jīng)萃取干燥后，在130 140°C下進行總倍數(shù)為35倍的熱拉伸，制得的聚乙烯纖維紗由48 根直徑為0. 2mm的纖維組成，纖維紗強度為22. 5cN/dteX。實施例4將重均分子量為300萬的聚乙烯粉末，制成聚乙烯重量百分數(shù)為16%的紡絲溶液，計量后經(jīng)噴絲孔直徑為1. Omm的20組15孔的噴絲板以1. 2米/分的速度噴出，噴頭拉伸倍數(shù)為1. 2倍，進入溫度為-10 _5°C的含35%乙二醇的水溶液中驟冷成凍膠纖維，然后經(jīng)萃取干燥后，在145 150°C下進行總倍數(shù)為30倍的熱拉伸，制得的聚乙烯纖維紗由 50根直徑為0. 28mm的纖維組成，纖維紗強度為19. 5cN/dteX。
權(quán)利要求
1.一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的制備方法，包括將聚乙烯溶液經(jīng)由一組噴絲板噴出后進入-10°c 15°C的凝固浴中驟冷成凍膠纖維， 然后將所述的凍膠纖維經(jīng)萃取干燥及后續(xù)熱拉伸，即得超高分子量聚乙烯纖維紗；其中所述的噴絲板包含20 50組噴絲孔，每組噴絲孔由15 35個直徑為0. 7-1. Omm的噴絲孔組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的制備方法，其特征在于所述的聚乙烯溶液的濃度為8 16wt%，其中聚乙烯的重均分子量為300 500萬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的制備方法，其特征在于所述的噴絲板中每組噴絲孔共用一個導孔，每組內(nèi)噴絲孔間邊緣間距為0. 1 0. 15mm, 噴絲孔長徑比為5/1 10/1，各組噴絲孔外緣間距為2. 8 5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的制備方法，其特征在于所述的噴出速度為1 5米/分，其中所采用的噴頭拉伸為1 5倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的制備方法，其特征在于所述的凝固浴為含有25 35wt%乙二醇或二甘醇的水溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的制備方法，其特征在于所述的熱拉伸為在100 150°C的溫度下進行2 4級的熱拉伸，總拉伸倍數(shù)為30 50倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的制備方法，其特征在于所得的聚乙烯纖維紗由20 50根直徑為0. 1 0. 3mm的纖維組成，纖維紗強度為15 30cN/dtexo
全文摘要
本發(fā)明涉及一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的制備方法，包括將聚乙烯溶液經(jīng)由噴絲板噴出后進入-10℃～15℃的凝固浴中驟冷成凍膠纖維，其中所述的噴絲板包含20～50組噴絲孔，每組噴絲孔由15～35個直徑為0.7～1.0mm的噴絲孔組成；然后將所述的凍膠纖維經(jīng)萃取干燥及后續(xù)熱拉伸，即得。本發(fā)明的操作簡單，對設(shè)備的要求低；制備的粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗的單纖維直徑為0.1～0.3mm，該纖維紗的強度大，適用于制作高強繩索。
文檔編號D01D5/088GK102154749SQ20111010031
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者于俊榮, 潘婉蓮, 胡祖明, 諸靜, 陳蕾 申請人:東華大學