專利名稱：一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬聚乙烯纖維制備領(lǐng)域，特別是涉及一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方 法。
背景技術(shù)：
聚乙烯纖維、繩索材料以其良好的抗拉強(qiáng)度、抗沖擊性、柔韌性，以及比重小、濾水 性強(qiáng)、表面光滑等良好的漁用性能，廣泛應(yīng)用于海洋和內(nèi)陸水域拖網(wǎng)捕撈、網(wǎng)箱、圍攔網(wǎng)養(yǎng) 殖及釣魚線制作生產(chǎn)。傳統(tǒng)的聚乙烯單絲是以高密度聚乙烯(HDPE)為原料，經(jīng)塑料擠出機(jī)熔融擠出 并經(jīng)噴絲板噴出、冷卻得到初生絲，然后將初生絲在一定溫度下進(jìn)行熱拉伸而成。如 CN1008750B公開了一種高強(qiáng)度聚乙烯漁網(wǎng)絲的生產(chǎn)方法，其特點(diǎn)是以高密度聚乙烯基料 加入熱塑性彈性體苯乙烯_ 丁二烯_苯乙烯共聚物、成核助劑苯甲酸及低密度聚乙烯進(jìn)行 物理復(fù)合改性，經(jīng)混料、擠出抽絲、冷卻、牽引、熱水槽加熱、牽伸、熱烘箱加熱、牽伸、熱烘箱 定型、收線等工序制成高強(qiáng)度聚乙烯漁網(wǎng)絲，制得的聚乙烯單絲直徑為0. 25-0. 4mm,斷裂 強(qiáng)力為3. 2-6. 3kg。CN101302653A中公開了一種自增強(qiáng)高密度聚乙烯單絲的制備方法，其 特征是采用高密度聚乙烯為原料，使用長(zhǎng)徑比為26 1的單螺桿擠出機(jī)熔融，及長(zhǎng)徑比為 8 1的噴絲板紡制而成初生絲，再經(jīng)過12.4-16.1倍拉伸并用氣流法快速冷卻、收卷成自 增強(qiáng)高密度聚乙烯單絲。CN1282772C中公開了一種聚乙烯單絲高溫高倍牽伸工藝方法，其 技術(shù)方案是采用高密度聚乙烯原料，使用長(zhǎng)徑比為25 1的單螺桿擠出機(jī)熔融，配用長(zhǎng)徑 比8 1的噴絲板制成初生絲，初生絲以二甲醇為牽伸加熱介質(zhì)，將加熱介質(zhì)溫度控制在 112-124 的范圍內(nèi)牽伸12. 6-15. 7倍，采用氣流法快速冷卻、收卷制得聚乙烯單絲，用于 漁用聚乙烯單絲生產(chǎn)。隨著水產(chǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)漁用纖維、繩索材料的性能，尤其是力學(xué)強(qiáng)度有了更 高的要求。高強(qiáng)度的纖維、繩索材料對(duì)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(dòng)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。自上世紀(jì)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(jiān)實(shí)的材料基礎(chǔ)。由于具有超高的強(qiáng)度、比水 還輕的比重以及優(yōu)異的耐化學(xué)性、耐侯性、防水性等特性，使UHMWPE纖維繩索相對(duì)其他繩 索而言具有明顯的優(yōu)勢(shì)。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(qiáng)度提高10%。UHMWPE纖維繩索在自重下的斷裂長(zhǎng)度比芳綸繩索大，比鋼索要大得多，尤 其適用于海洋工程用繩，如超級(jí)油輪、近海采油平臺(tái)、燈塔的固定錨繩等。在航空航天領(lǐng)域， 已用于航天飛機(jī)著陸的減速降落傘飛機(jī)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(jìn)行捕撈作業(yè)時(shí)，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。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(shì)。隨著大型遠(yuǎn)洋中層拖網(wǎng)、金槍魚延繩釣、金槍魚圍網(wǎng)及深水抗風(fēng)浪網(wǎng)箱等現(xiàn)代漁業(yè)的發(fā)展，UHMWPE纖維在我國(guó)漁業(yè)中也將會(huì)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，如陳成泗在 CN99111581中報(bào)道了一種高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝，首先將超高分子量聚合體溶解 在相應(yīng)的溶劑之中，得到較低大分子纏結(jié)的溶液，經(jīng)紡絲驟冷成凍膠纖維，然后經(jīng)萃取、干 燥及多級(jí)熱拉伸等工藝過程，制得高強(qiáng)高模的聚乙烯纖維。其他已經(jīng)提出的制備UHMWPE 纖維的工藝方法大都大同小異，只是有的專利如CN90102855、CN97101010、如USP5342567、 USP5443904、CN02115024等對(duì)整個(gè)凍膠紡絲-超拉伸的所有工藝過程進(jìn)行了描述及權(quán) 利要求，有的則對(duì)其中某一階段的工藝過程進(jìn)行了描述及權(quán)利限制，如CN01123600公 開了紡絲用超高分子量聚乙烯高濃度溶液的制備方法；CN02160744、CN200410096619、 CN 200510073249則公開了超高分子量聚乙烯纖維制備中的萃取、干燥工藝方法； USP5578374、USP5741451、USP5958582則是對(duì)凍膠紡絲所得纖維的拉伸工藝進(jìn)行了詳細(xì)描 述及權(quán)利限定。然而，現(xiàn)有的UHMWPE纖維生產(chǎn)工藝中涉及的都是UHMWPE束絲，采用的噴絲孔孔徑 較小，制得單纖維的纖度也比較小。如CN101230499公開了一種有顏色的高強(qiáng)聚乙烯纖維 及其制造方法，采用噴絲板的孔徑為0. 5-1. 6mm，制得的高強(qiáng)聚乙烯單絲纖度為4_15d。然 而，上述UHMWPE纖維應(yīng)用于漁具材料時(shí)需要將束絲經(jīng)過進(jìn)一步并股、加捻、浸膠等工序才 能制成能承受一定強(qiáng)力的線繩，較為繁瑣，并且在線繩制造過程中很難保持束絲中各單纖 維及各股束絲間的張力平衡，從而在制繩過程中強(qiáng)力有較大損失，結(jié)節(jié)穩(wěn)定性和結(jié)節(jié)強(qiáng)度 也較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，本方 法工藝簡(jiǎn)單，省去束絲并股、加捻、浸膠等工序，制得的聚乙烯單絲直徑為0. 1 0. 5mm，單 絲斷裂強(qiáng)力為2. 5 40kg，適合用于各類高檔釣魚線、網(wǎng)線及其它特殊領(lǐng)域。本發(fā)明的一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于將重均分子量為 100 700萬(wàn)的聚乙烯粉末，溶解于白油中制成10 25襯％的紡絲溶液，在250 330°C的 紡絲溫度下經(jīng)孔徑為5. 5 8mm的圓形噴絲孔噴出，進(jìn)入零下10°C 零下1°C的凝固浴中 驟冷成凍膠纖維，在凝固浴中停留1 2分鐘后出凝固浴，然后經(jīng)萃取、干燥、熱拉伸制得聚 乙烯單絲。所述的聚乙烯粉末重均分子量為300 500萬(wàn)，紡絲溶液濃度為12 20wt%。所述的圓形噴絲孔的長(zhǎng)徑比為5/1 20/1，溶液噴出速度為1 10米/分。所述的凝固浴組成為濃度為20 40wt%的氯化鈣水溶液。所述的熱拉伸為在100 150°C的溫度下進(jìn)行2 4級(jí)的熱拉伸，總拉伸倍數(shù)為 30 50倍。所述的聚乙烯單絲直徑為0. 1 0. 5mm，單絲斷裂強(qiáng)力為2. 5 40kg。有益效果(1)本方法工藝簡(jiǎn)單，省去束絲并股、加捻、浸膠等工序；(2)制得的聚乙烯單絲強(qiáng)度高，適合用于各類高檔釣魚線、網(wǎng)線及其它特殊領(lǐng)域。


圖1為聚乙烯單絲表面掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)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(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。實(shí)施例1將重均分子量為300萬(wàn)的聚乙烯粉末，溶解于白油中制成12襯％的聚乙烯紡絲溶 液，計(jì)量后經(jīng)噴絲孔直徑為5. 5mm的噴絲孔以5米/分的速度噴出，進(jìn)入溫度為零下5°C 零下1°C的濃度為25wt%的氯化鈣水溶液中驟冷成凍膠纖維，停留1分鐘后拉出，然后 經(jīng)萃取、干燥后，在100-140°C下進(jìn)行總倍數(shù)為45倍的熱拉伸，制得的聚乙烯單絲直徑為 0. 12mm，斷裂強(qiáng)力為3. 2kg。實(shí)施例2將重均分子量為500萬(wàn)的聚乙烯粉末，溶解于白油中制成14襯％的聚乙烯紡絲溶 液，計(jì)量后經(jīng)噴絲孔直徑為6mm的噴絲孔以8米/分的速度噴出，進(jìn)入溫度為零下5°C 零 下1°C的濃度為25wt%的氯化鈣水溶液中驟冷成凍膠纖維，停留1. 5分鐘后拉出，然后經(jīng)萃 取、干燥后，在100-140°C下進(jìn)行總倍數(shù)為40倍的熱拉伸，制得的聚乙烯單絲直徑為0. 3mm, 斷裂強(qiáng)力為18. 2kg。實(shí)施例3將重均分子量為600萬(wàn)的聚乙烯粉末，溶解于白油中制成16襯％的聚乙烯紡絲溶 液，計(jì)量后經(jīng)噴絲孔直徑為6mm的噴絲孔以5米/分的速度噴出，進(jìn)入溫度為零下10°C 零下5°C的濃度為40wt%的氯化鈣水溶液中驟冷成凍膠纖維，停留1分鐘后拉出，然后經(jīng)萃 取、干燥后，在100-140°C下進(jìn)行總倍數(shù)為35倍的熱拉伸，制得的聚乙烯單絲直徑為0. 4mm, 斷裂強(qiáng)力為31kg。實(shí)施例4將重均分子量為500萬(wàn)的聚乙烯粉末，溶解于白油中制成18襯％的聚乙烯紡絲溶 液，計(jì)量后經(jīng)噴絲孔直徑為8mm的噴絲孔以8米/分的速度噴出，進(jìn)入溫度為零下10°C 零下5°C的濃度為40wt%的氯化鈣水溶液中驟冷成凍膠纖維，停留2分鐘后拉出，然后經(jīng)萃 取、干燥后，在100-140°C下進(jìn)行總倍數(shù)為35倍的熱拉伸，制得的單絲直徑為0. 5mm，斷裂強(qiáng) 力為38. 5kg的高強(qiáng)聚乙烯單絲。
權(quán)利要求
一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于，將重均分子量為100～700萬(wàn)的聚乙烯粉末溶解于白油中，配制成10～25wt％的紡絲溶液，在250～330℃的紡絲溫度下經(jīng)孔徑為5.5～8mm的圓形噴絲孔噴出，進(jìn)入零下10℃～零下1℃的凝固浴中驟冷成凍膠纖維，在凝固浴中停留1～2分鐘后出凝固浴，然后經(jīng)萃取、干燥、熱拉伸制得聚乙烯單絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于所述 的聚乙烯粉末重均分子量為300 500萬(wàn)，紡絲溶液濃度為12 20wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于所述 的圓形噴絲孔的長(zhǎng)徑比為5/1 20/1，溶液噴出速度為1 10米/分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于所述 的凝固浴組成為濃度為20 40wt%的氯化鈣水溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于所述 的熱拉伸為在100 150°C的溫度下進(jìn)行2 4級(jí)的熱拉伸，總拉伸倍數(shù)為30 50倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于制得 的聚乙烯單絲直徑為0. 1 0. 5mm，單絲斷裂強(qiáng)力為2. 5 40kg。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯單絲的制備方法，其特征在于，將重均分子量為100～700萬(wàn)的聚乙烯粉末溶解于白油中，配制成10～25wt％的紡絲溶液，在250～330℃的紡絲溫度下經(jīng)孔徑為5.5～8mm的圓形噴絲孔噴出，進(jìn)入零下10℃～零下1℃的凝固浴中驟冷成凍膠纖維，在凝固浴中停留1～2分鐘后出凝固浴，然后經(jīng)萃取、干燥、熱拉伸制得聚乙烯單絲。本方法工藝簡(jiǎn)單，省去束絲并股、加捻、浸膠等工序，制得的聚乙烯單絲直徑為0.1～0.5mm，單絲斷裂強(qiáng)力為2.5～40kg，適合用于各類高檔釣魚線、網(wǎng)線及其它特殊領(lǐng)域。
文檔編號(hào)D01F6/04GK101886298SQ20101020762
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者于俊榮, 胡祖明, 諸靜, 陳蕾 申請(qǐng)人:東華大學(xué)