專利名稱：一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法及其專用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法及其專用裝置。具體地講，本發(fā)明涉及的是一種利用閃蒸紡絲技術(shù)方法，通過專用的敞開式螺旋管道加熱裝置，使從噴絲板擠出的有機(jī)液態(tài)細(xì)流中的有機(jī)溶劑突然快速閃蒸，形成原纖化超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的固態(tài)原絲，再經(jīng)過一步或多步熱拉伸過程，形成高強(qiáng)度的聚乙烯纖維的方法。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)聚乙烯纖維具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、不吸水、極好的耐磨性、突出的抗沖擊性、良好的耐低溫蠕變性、卓越的耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)良性能，是目前國際上三大高性能纖維材料之一。 它在低溫和常溫領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用前景，在國防和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有強(qiáng)大的市場(chǎng)開發(fā)潛力。目前，國際上高強(qiáng)聚乙烯纖維的兩大品牌為SpeCtra (原美國聯(lián)合信號(hào)公司，已被收購更名為霍尼威爾公司)和Dyneema (荷蘭DSM公司和日本東洋紡公司)，并相應(yīng)代表了兩條不同的生產(chǎn)工藝技術(shù)路線一條是以Spectra 為代表的低揮發(fā)性溶劑(礦物油、白油等)濕法凝膠紡絲工藝路線，簡(jiǎn)稱濕法路線；另一條是以Dyneema 為代表的高揮發(fā)性溶劑 (十氫萘)干法凝膠紡絲工藝路線，簡(jiǎn)稱干法路線。濕法路線系采用低揮發(fā)性溶劑(礦物油、白油等)制備聚乙烯紡絲原液，紡絲原液自噴絲孔擠出后進(jìn)入水浴(或水與乙二醇等的混合浴)凝固得到含低揮發(fā)性溶劑的濕態(tài)凝膠原絲；將該原絲用高揮發(fā)性和優(yōu)良萃取性能的萃取劑經(jīng)連續(xù)多級(jí)萃取，使低揮發(fā)性溶劑被置換出凝膠原絲，置換入凝膠原絲中的萃取劑經(jīng)連續(xù)多級(jí)干燥裝置充分氣化逸出，得干態(tài)凝膠原絲，最后經(jīng)高倍拉伸得高強(qiáng)聚乙烯纖維。由于濕法工藝路線中需耗用大量的萃取劑，并經(jīng)歷多道萃取、干燥、混合溶劑的精餾分離回收過程，易造成環(huán)境污染；并且，在最終纖維產(chǎn)品中仍殘留較多有害溶劑，使之抗蠕變性能變差，從而降低了纖維的質(zhì)量。干法路線系采用高揮發(fā)性十氫萘溶劑制備聚乙烯紡絲原液，紡絲原液自噴絲孔擠出后使十氫萘氣化逸出，得到干態(tài)凝膠原絲，經(jīng)高倍拉伸得高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。干法紡絲技術(shù)路線由于溶劑直接回收，紡絲與溶劑回收系統(tǒng)密閉一體化，具有流程短、生產(chǎn)過程易于控制、生產(chǎn)速度高、生產(chǎn)成本低、從而生產(chǎn)效率較高；又由于產(chǎn)品中殘留溶劑少，使其抗蠕變性能提高，質(zhì)量均勻穩(wěn)定性能好。干法紡絲技術(shù)路線生產(chǎn)高強(qiáng)聚乙烯纖維在產(chǎn)品性能、價(jià)格、環(huán)境保護(hù)等方面較濕法路線均具有一定的優(yōu)勢(shì)。日本專利特開平7-238416公開了一種在干法紡絲過程中積極揮發(fā)溶劑以制備高性能聚乙烯纖維的方法，具體工藝為5 50%的聚乙烯和95 50%的揮發(fā)性溶劑混合溶解，加熱擠出后，經(jīng)過一個(gè)紡絲筒，采用在該紡絲筒內(nèi)通入熱氣流的方式去除40%以上的揮發(fā)性溶劑，剩余的揮發(fā)性溶劑在高倍熱拉伸過程中去除，從而得到高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。該專利通過在紡絲過程中積極去除部分溶劑形成部分干燥狀態(tài)的原絲，但由于揮發(fā)性溶劑在后續(xù)高倍熱拉伸過程中仍然需要去除，因此在后續(xù)熱拉伸裝置上要進(jìn)行防火防爆處理，以及需要龐大的溶劑回收裝置，這就增加了設(shè)備投資和溶劑回收的難度，不利于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)；更重要的是，由于熱拉伸過程中有機(jī)溶劑的存在，纖維性能容易多變，從而影響最終纖維性能的均勻一致性。中國專利01123737. 6公開了一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法，包括在制備高強(qiáng)超高分子量聚乙烯纖維的紡絲工藝過程中，在噴絲板下方設(shè)置了一半封閉式溫度控制區(qū)， 并使原料分子量、紡絲原液濃度或紡絲熔體、噴絲孔的孔徑、長徑比和擠出速率相匹配，其特征在于通過調(diào)節(jié)紡絲原液或紡絲熔體擠出后的縱向拉伸流變，以使部分大分子纏結(jié)點(diǎn)解除，得到具有適宜超分子結(jié)構(gòu)的原絲，經(jīng)后道拉伸得到高強(qiáng)聚乙烯纖維。所述半封閉式溫度控制區(qū)的外形為與噴絲頭外形相適應(yīng)的“下端開口煙囪”或“上、下端開口煙囪”形狀。該發(fā)明專利引入了“紡程解除部分大分子纏結(jié)點(diǎn)”的這一概念。本研究人員研究發(fā)現(xiàn)，液態(tài)細(xì)流從噴絲板中擠出后，由于有機(jī)溶劑具有良好的揮發(fā)性，加之周圍的積極加熱促進(jìn)有機(jī)液體揮發(fā)，使液態(tài)細(xì)流部分凝固形成具有一定強(qiáng)度的半干態(tài)絲條。根據(jù)木桶短板原理，這時(shí)的拉伸變形只能在沒有揮發(fā)的液態(tài)細(xì)流部分進(jìn)行，而不是在接下來的部分揮發(fā)和凝固的絲條部分進(jìn)行。當(dāng)然由于噴絲板下方設(shè)置的半封閉式“煙囪狀”溫度控制區(qū)，使加熱揮發(fā)的溶劑不易散發(fā)開來，在液體細(xì)流周圍形成一個(gè)濃厚的揮發(fā)性溶劑包圍層，從而使得這部分“液體細(xì)流一半干態(tài)絲條”也容易形成拉伸流變。但是由于溶劑在液態(tài)細(xì)流表面揮發(fā)不可能均勻一致，以及高分子黏度受濃度、溫度等因素的影響，使得形成的半干態(tài)絲條可拉伸性能存在很大的不均勻性和差異，最終導(dǎo)致經(jīng)多道拉伸形成的高強(qiáng)聚乙烯纖維極其容易出現(xiàn)毛絲，從而使性能指標(biāo)低下。更特別的是由于采用了“煙囪狀”的溫度控制裝置，使加熱揮發(fā)的溶劑不易散發(fā)開來，只能從煙囪的上下端散發(fā)，在“煙囪”的內(nèi)部周圍積聚著濃厚的揮發(fā)性溶劑， 在液體細(xì)流周圍形成一個(gè)包圍層，使之不易快速干燥，從而降低了紡絲速度，影響了生產(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)成本。中國專利0 3156 300. 7也公開了一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制備方法，它是在上述 01123737. 6專利申請(qǐng)公開的縱向拉伸形變技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加了第二溫控區(qū)使縱向拉伸流變后的溶液細(xì)流在溶劑揮發(fā)和冷卻的共同作用下完成固化過程，形成具有適度大分子纏結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的干態(tài)原絲，再經(jīng)熱拉伸得到高強(qiáng)聚乙烯纖維。該發(fā)明專利的目的是在強(qiáng)調(diào)干法紡絲過程中，溶液經(jīng)噴絲板擠出后首先需要限制溶劑的揮發(fā)形成濕態(tài)原絲，然后采取冷卻固化措施，最后進(jìn)行多倍牽伸形成高強(qiáng)聚乙烯纖維。具體來說，首先要經(jīng)過第一溫控區(qū)的縱向拉伸形變——目的是利用紡程中纖維軸向固化前的拉伸流動(dòng)變形解除部分大分子纏結(jié)點(diǎn)， 得到具有“適度大分子纏結(jié)點(diǎn)”；接著要進(jìn)行第二溫控區(qū)的固化——目的是使在第一溫控區(qū)形成的“適度大分子纏結(jié)點(diǎn)”結(jié)構(gòu)固定下來，其固化采用的措施是溶劑揮發(fā)和冷卻同時(shí)進(jìn)行的方法。這樣，通過采用第二溫控區(qū)來完成紡絲固化過程，以減少干法紡絲過程之后的溶劑揮發(fā)工藝過程，縮短工藝流程，易于工業(yè)化生產(chǎn)。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于溶液細(xì)流在經(jīng)過第一溫控區(qū)的縱向拉伸流變后才進(jìn)入第二溫控區(qū)的固化，形成滿足高倍牽伸的干態(tài)原絲，這樣就使得干燥速度過慢，因而很難提高這部分的紡絲速度；再則，同專利01123737. 6 一樣，從噴絲板擠出的液態(tài)細(xì)流周圍包裹著濃厚的揮發(fā)性溶劑層，使纖維絲條中的有機(jī)溶劑不易揮發(fā)干凈，也影響著纖維的最終性能指標(biāo)，容易出現(xiàn)牽伸毛絲，而降低纖維質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單易行、更加高效節(jié)能環(huán)保的高強(qiáng)度的聚乙烯纖維
5的工業(yè)化生產(chǎn)方法。該方法與上述相關(guān)專利的最大不同就是通過專用的敞開式螺旋環(huán)形加熱裝置，使液態(tài)細(xì)流中的有機(jī)溶劑能夠?qū)崿F(xiàn)突然快速閃蒸，并能迅速離開纖維表面，從螺旋管道間距之間抽走，進(jìn)入回收循環(huán)系統(tǒng)，這樣得以縮短工藝流程，易于工業(yè)化生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量；同時(shí)，本發(fā)明還提供一種實(shí)施上述高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法的專用裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法，將成纖聚合物聚乙烯與有機(jī)溶劑和紡絲助劑混合、 溶解形成有機(jī)溶液，然后將有機(jī)溶液從噴絲板擠出，其特征在于擠出的液態(tài)細(xì)流進(jìn)入噴絲板下方的閃蒸加熱區(qū)，使液態(tài)細(xì)流中的有機(jī)溶劑快速閃蒸，并從設(shè)置于閃蒸加熱區(qū)中的專用裝置的螺旋管道間隙之間抽走，形成原纖化超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的固態(tài)原絲；再經(jīng)一步或多步熱拉伸，制得具有原纖化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度的聚乙烯纖維。更詳細(xì)的描述為形成高強(qiáng)度聚乙烯纖維的機(jī)理為成纖聚合物聚乙烯在良性溶劑的作用下，特別是在同向雙螺桿的高速剪切溶解擠出作用下，超大分子結(jié)構(gòu)充分伸展，然后通過大長徑比的噴絲板，在噴絲板孔內(nèi)的剪切流動(dòng)使得分子鏈有序拉長形成液體細(xì)流。接著，有機(jī)溶劑的突然快速閃蒸，能快速產(chǎn)生相分離，相熱轉(zhuǎn)換的同時(shí)，流體依靠速度梯度產(chǎn)生高速拉伸，使得低濃度(小于20%的聚乙烯稀溶液)的液體細(xì)流形成網(wǎng)狀空洞(絲瓜瓤型) 并快速取向結(jié)晶，這些網(wǎng)狀空洞的支架線就是原纖化的聚乙烯分子鏈，即形成原纖化的超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)，正是這些原纖化的結(jié)構(gòu)使得聚乙烯分子鏈高速高倍拉伸，形成高度取向結(jié)晶結(jié)構(gòu)。最后通過進(jìn)一步的熱拉伸，原纖化的超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)密集排列，使之結(jié)晶高度取向得到高強(qiáng)度聚乙烯纖維。進(jìn)一步地，上述成纖聚合物聚乙烯的重均分子量為50 650萬，優(yōu)選的是200 500萬；所述有機(jī)溶劑為碳原子個(gè)數(shù)為6 20的碳?xì)浠衔?，?yōu)選的是十氫萘化合物；所述成纖聚合物聚乙烯與有機(jī)溶劑混合形成混合物的重量百分比濃度為3 20%，優(yōu)選的是5 10% ；所述紡絲助劑為硬脂酸類化合物，優(yōu)選的是硬脂酸鈣；上述紡絲助劑占成纖聚合物聚乙烯的重量百分比為0. 2 1%，優(yōu)選的是0. 3 0. 5%。進(jìn)一步地，上述成纖聚合物聚乙烯與有機(jī)溶劑和紡絲助劑混合，采用的是釜式攪拌容器，釜式攪拌容器內(nèi)溫度為60 120°C，攪拌速度為80 250轉(zhuǎn)/分鐘；或者先采用釜式攪拌容器常溫下粗混，然后采用螺桿混合攪拌器再混，螺桿內(nèi)溫度為60 120°C，釜式攪拌容器以及螺桿攪拌速度為80 250轉(zhuǎn)/分鐘。研究發(fā)現(xiàn)由于上述混合作業(yè)是在強(qiáng)制攪拌和加熱狀態(tài)下進(jìn)行，從而使成纖聚合物聚乙烯表面形成溶脹層，相應(yīng)比重與有機(jī)溶劑相當(dāng)，更加容易形成均勻穩(wěn)定的懸浮液，同時(shí)也有利于下一步成纖聚合物聚乙烯的快速溶解，滿足成品纖維纖度強(qiáng)度等性能指標(biāo)的均勻穩(wěn)定。聚乙烯與有機(jī)溶劑混合前的比重為0. 93 0. 95，經(jīng)與有機(jī)溶劑混合表面形成溶脹層后，濕態(tài)溶脹聚乙烯的比重為0. 90 0. 91，接近有機(jī)溶劑的比重0. 88。采用釜式加熱攪拌適合于間歇操作，而采用螺桿式加熱攪拌適合于連續(xù)生產(chǎn)。進(jìn)一步地，上述混合后的成纖聚合物聚乙烯、有機(jī)溶劑和紡絲助劑的溶解，采用的是同向雙螺桿溶解機(jī)，雙螺桿內(nèi)溫度為低于有機(jī)溶劑沸點(diǎn)10 30°C，雙螺桿轉(zhuǎn)速為80 250轉(zhuǎn)/分鐘，雙螺桿長徑比在40 1 70 1，優(yōu)選的是50 1 68 1。進(jìn)一步地，上述從噴絲板擠出的液態(tài)細(xì)流進(jìn)入設(shè)置于噴絲板下方的閃蒸加熱區(qū)的專用裝置，閃蒸加熱區(qū)的溫度為高于有機(jī)溶劑沸點(diǎn) 低于有機(jī)溶劑自燃溫度10°c。
進(jìn)一步地，上述液態(tài)細(xì)流中快速閃蒸出的有機(jī)溶劑，在側(cè)吹或環(huán)吹、以及用于氣封的惰性介質(zhì)中進(jìn)行回收；惰性介質(zhì)優(yōu)選的是氮?dú)?；?cè)吹或環(huán)吹以及用于氣封的惰性介質(zhì)的溫度為常溫 150°C。進(jìn)一步地，上述一步或多步熱拉伸的熱拉伸總倍數(shù)為5 60倍，優(yōu)選的是20 50 倍；該熱拉伸為在接近聚乙烯纖維熔點(diǎn)附近的塑性拉伸，拉伸溫度為130 160°C，優(yōu)選的是 140 150°C。更進(jìn)一步地，上述制得的具有原纖化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度聚乙烯纖維，其單絲纖度為 0. 5 5dtex，強(qiáng)度為 10 45cN/dtex，模量為 450 1500 cN/dtex。一種實(shí)施上述高強(qiáng)聚乙烯纖維制備方法的專用裝置，包括內(nèi)設(shè)循環(huán)加熱油的螺旋管道；該螺旋管道設(shè)置于噴絲板下方的紡絲甬道內(nèi)；螺旋管道的上端與噴絲板底面的距離為5 20毫米；螺旋管道總高度為0. 4 2米，螺旋管道的螺旋間距為0. 5 2厘米。進(jìn)一步地，在上述紡絲甬道上設(shè)有側(cè)吹或環(huán)吹惰性介質(zhì)吹入口和吹出口，側(cè)吹或環(huán)吹惰性介質(zhì)吹入口和吹出口的位置高低與螺旋管道的高度一致或超出10 20厘米；紡絲甬道的下端口為用于氣封的惰性介質(zhì)輸入口。本發(fā)明的有益效果在于一是由于采用閃蒸工藝技術(shù)及專用裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中強(qiáng)調(diào)成纖聚合物聚乙烯與有機(jī)溶劑和紡絲助劑形成混合物溶液并從噴絲板擠出后，液體細(xì)流緩慢或者逐漸揮發(fā)干燥形成半干態(tài)絲條，(日本專利特開平7-238416)，需要很長的變形空間和時(shí)間，簡(jiǎn)化了工藝路線，縮短了生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)提高了安全可靠性，降低了防火防爆處理的投入，節(jié)約了生產(chǎn)成本。二是由于采用閃蒸工藝技術(shù)及專用裝置，使液態(tài)細(xì)流中的有機(jī)溶劑突然快速閃蒸，閃蒸出的有機(jī)溶劑能迅速從螺旋管道的縫隙中抽走，不會(huì)在液體細(xì)流周圍形成濃厚的揮發(fā)性溶劑包圍層，這樣在噴絲板的出口，液態(tài)細(xì)流快速產(chǎn)生相分離并依靠速度梯度產(chǎn)生高速變形，形成分子鏈整體的拉伸和拉直，分子鏈規(guī)正排列并快速取向結(jié)晶，同時(shí)由于該噴絲板紡絲擠出的液體細(xì)流的濃度在20%以下，在高溫下有機(jī)溶劑的快速揮發(fā)，使液體細(xì)流周身形成原纖化的超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)(絲瓜瓤型)，正是這一原纖化的超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的規(guī)正排列和進(jìn)一步的多步熱拉伸過程，形成了具有原纖化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度的聚乙烯纖維，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中(中國專利ZL 01123737. 6和中國專利 ZL 03156300. 7)揮發(fā)出的溶劑在液態(tài)細(xì)流外形成包覆而使需要過長的紡絲甬道，才能使液體細(xì)流充分干燥，形成滿足高倍牽伸的干態(tài)原絲的問題；從另一方面講，在同樣長度的紡絲甬道下提高了紡絲速度，在噴絲板下方10米處，該部分的紡絲速度為30 lOOm/min ；同時(shí)也解決了現(xiàn)有技術(shù)中濃厚的揮發(fā)性溶劑層導(dǎo)致絲條內(nèi)的溶劑不易揮發(fā)干凈，在后續(xù)拉伸時(shí)出現(xiàn)大量毛絲，最終高強(qiáng)聚乙烯纖維性能指標(biāo)降低的問題。從而不僅提高了生產(chǎn)效率，而且保證了高強(qiáng)聚乙烯纖維的產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明的制備方法，同樣可以應(yīng)用于其他溶液紡絲加工的纖維，如聚乙烯醇、聚丙烯腈，甲殼素、海藻等。


圖1為本發(fā)明所述的專用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為螺旋管道、2為紡絲甬道、3為噴絲板、4為液態(tài)細(xì)流、5為側(cè)吹或環(huán)吹惰性介質(zhì)吹入口、6為側(cè)吹或環(huán)吹惰性介質(zhì)吹出口、7為氣封惰性介質(zhì)輸入口。A為螺旋管道的上端與噴絲板底面的距離，B為螺旋管道的總高度，C為螺旋管道的螺旋間距。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 將47.5千克市購十氫萘溶劑(工業(yè)級(jí))加入不銹鋼反應(yīng)釜中，開啟攪拌裝置，攪拌速度為150轉(zhuǎn)/分鐘，加熱反應(yīng)釜溫度至90°C，將分子量為500萬成纖聚合物聚乙烯2. 5千克以及紡絲助劑硬脂酸鈣12. 5克徐徐加入，攪拌混合2. 5小時(shí)；然后經(jīng)雙螺桿溶解機(jī)溶解擠出，雙螺桿內(nèi)溫度為170°C，雙螺桿轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘。經(jīng)過濾器過濾后，用計(jì)量泵泵入噴絲板3，形成的液態(tài)細(xì)流4 (即纖維絲束)進(jìn)入閃蒸加熱區(qū)。設(shè)置于噴絲板3 下方的閃蒸加熱區(qū)中的專用裝置，包括內(nèi)設(shè)循環(huán)加熱油的螺旋管道1 ；該螺旋管道1設(shè)置于噴絲板3下方的紡絲甬道2內(nèi)；螺旋管道1的上端與噴絲板3底面的距離A為10毫米；螺旋管道1的總高度B為1米；螺旋管道1的螺旋間距C為1厘米；并且在上述紡絲甬道2上設(shè)有側(cè)吹或環(huán)吹惰性介質(zhì)吹入口 5和吹出口 6，側(cè)吹或環(huán)吹惰性介質(zhì)吹入口 5和吹出口 6的位置高低與螺旋管道1的高度相一致(或超出10 20厘米)，且在紡絲甬道2的下端口設(shè)置用于氣封的惰性介質(zhì)輸入口 7，惰性介質(zhì)為氮?dú)?，?cè)吹或環(huán)吹以及用于氣封的惰性介質(zhì)的溫度為常溫 150°C，從而使閃蒸出的有機(jī)溶劑在惰性介質(zhì)中回收利用。閃蒸加熱區(qū)的溫度為 200°C。液態(tài)細(xì)流4中的有機(jī)溶劑快速閃蒸，形成具有原纖化的超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的固態(tài)原絲，在噴絲板3下方10米處，該部分的最大紡絲速度為60m/min。接著進(jìn)行四級(jí)熱拉伸，四級(jí)拉伸在熱風(fēng)干燥箱中進(jìn)行，熱風(fēng)干燥箱的溫度依次為120°C、140°C、145°C和150°C，拉伸總倍數(shù)為48倍，得到具有原纖化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)聚乙烯纖維，其單絲纖度為0. 5dtex，強(qiáng)度達(dá)到45.2cN/dteX，模量為1500 cN/dtex。閃蒸出的有機(jī)溶劑與側(cè)吹或環(huán)吹以及紡絲甬道 2的下端輸入的惰性氣體一并進(jìn)入另設(shè)的氣體回收循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)壓縮冷凝回收循環(huán)利用，有機(jī)溶劑回收利用率為95%。實(shí)施例2 將66. 4千克市購十氫萘溶劑(工業(yè)級(jí))加入不銹鋼反應(yīng)釜中，開啟攪拌裝置，攪拌速度為250轉(zhuǎn)/分鐘，將分子量為350萬成纖聚合物聚乙烯5千克以及紡絲助劑硬脂酸鈣25克徐徐加入，攪拌混合0. 5小時(shí)后，加入螺桿混合機(jī)，螺桿內(nèi)溫度為100°C，螺桿轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘，混合后形成均勻懸浮液于一容器中，然后經(jīng)雙螺桿溶解機(jī)溶解擠出， 雙螺桿內(nèi)溫度為160°C，雙螺桿轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分鐘。經(jīng)過濾器過濾后，用計(jì)量泵泵入噴絲板3，形成的液態(tài)細(xì)流4進(jìn)入閃蒸加熱區(qū)；設(shè)置于噴絲板3下方的閃蒸加熱區(qū)中的專用裝置 (結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1)，但螺旋管道1的上端與噴絲板3底面的距離A為15毫米；螺旋管道1高度B為1. 5米，螺旋管道1的螺旋間距C為1. 5厘米。閃蒸加熱區(qū)的溫度為190°C。液態(tài)細(xì)流4中的有機(jī)溶劑快速閃蒸，形成具有原纖化的超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的固態(tài)原絲，在噴絲板3 下方10米處，該部分的最大紡絲速度為70m/min。接著進(jìn)行三級(jí)熱拉伸，三級(jí)拉伸在熱風(fēng)干燥箱中進(jìn)行，熱風(fēng)干燥箱的溫度依次為100°C、145°C和150°C，拉伸總倍數(shù)為36倍，得到具有原纖化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)聚乙烯纖維，其單絲纖度為2dtex，強(qiáng)度達(dá)到35cN/dteX，模量為 1500 cN/dtex。閃蒸出的有機(jī)溶劑與側(cè)吹或環(huán)吹以及紡絲甬道2的下端輸入的惰性氣體一并進(jìn)入另設(shè)的氣體回收循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)壓縮冷凝回收循環(huán)利用，有機(jī)溶劑回收利用率為97%。實(shí)施例3 將117. 5千克市購十氫萘溶劑(工業(yè)級(jí))加入不銹鋼反應(yīng)釜中，開啟攪拌裝置，攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘，將分子量為400萬成纖聚合物聚乙烯7. 5千克以及紡絲助
8劑硬脂酸鈣37. 5克徐徐加入，攪拌混合0. 5小時(shí)后，加入螺桿混合機(jī)，螺桿內(nèi)溫度為110°C， 螺桿轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分鐘，混合后形成均勻懸浮液于一容器中，然后經(jīng)雙螺桿溶解機(jī)溶解擠出，雙螺桿內(nèi)溫度為165°C，雙螺桿轉(zhuǎn)速為180轉(zhuǎn)/分鐘。經(jīng)過濾器過濾后，用計(jì)量泵泵入噴絲板，形成的液態(tài)細(xì)流4進(jìn)入閃蒸加熱區(qū)；設(shè)置于噴絲板下方的閃蒸加熱區(qū)中的專用裝置 (結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1)，但螺旋管道1的上端與噴絲板3底面的距離A為5毫米；螺旋管道1總高度B為1. 2米，螺旋管道1的螺旋間距C為0. 8厘米。閃蒸加熱區(qū)的溫度為170°C。液態(tài)細(xì)流4中的有機(jī)溶劑快速閃蒸，形成具有原纖化的超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的固態(tài)原絲，在噴絲板3下方10米處，該部分的最大紡絲速度為60m/min。接著進(jìn)行四級(jí)熱拉伸，四級(jí)拉伸在熱風(fēng)干燥箱中進(jìn)行，熱風(fēng)干燥箱的溫度依次為110°C、135°C、145°C和152°C，拉伸總倍數(shù)為42 倍，得到具有原纖化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)聚乙烯纖維，其單絲纖度為1.5dtex，強(qiáng)度達(dá)到觀』/ dtex，模量為1400 cN/dtex。閃蒸出的有機(jī)溶劑與側(cè)吹或環(huán)吹以及紡絲甬道2的下端輸入的惰性氣體一并進(jìn)入另設(shè)的氣體回收循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)壓縮冷凝回收循環(huán)利用，有機(jī)溶劑回收利用率為98%。實(shí)施例4:將115千克市購十氫萘溶劑(工業(yè)級(jí))加入不銹鋼反應(yīng)釜中，開啟攪拌裝置，攪拌速度為150轉(zhuǎn)/分鐘，加熱反應(yīng)釜溫度至100°C，將分子量為300萬成纖聚合物聚乙烯10千克以及紡絲助劑硬脂酸鈣12. 5克徐徐加入，攪拌混合3小時(shí)后，然后經(jīng)雙螺桿溶解機(jī)溶解擠出，雙螺桿內(nèi)溫度為175°C，雙螺桿轉(zhuǎn)速為180轉(zhuǎn)/分鐘。經(jīng)過濾器過濾后，用計(jì)量泵泵入噴絲板，形成的液態(tài)細(xì)流4進(jìn)入閃蒸加熱區(qū)；設(shè)置于噴絲板3下方的閃蒸加熱區(qū)中的專用裝置(結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1)，但螺旋管道1的上端與噴絲板3底面的距離A為20毫米； 螺旋管道2總高度B為0. 3米，螺旋管道1的螺旋間距C為0. 5厘米。閃蒸加熱區(qū)的溫度為200°C。液態(tài)細(xì)流4中的有機(jī)溶劑快速閃蒸，形成具有原纖化的超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的固態(tài)原絲，在噴絲板3下方10米處，該部分的最大紡絲速度為40m/min。接著進(jìn)行四級(jí)熱拉伸， 四級(jí)拉伸在熱風(fēng)干燥箱中進(jìn)行，熱風(fēng)干燥箱的溫度依次為120°C、140°C、145°C和150°C，拉伸總倍數(shù)為38倍，得到具有原纖化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)聚乙烯纖維，其單絲纖度為3dtex，強(qiáng)度達(dá)到35.2cN/dteX，模量為1200 cN/dtex。閃蒸出的有機(jī)溶劑與側(cè)吹或環(huán)吹以及紡絲甬道 2的下端輸入的惰性氣體一并進(jìn)入另設(shè)的氣體回收循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)壓縮冷凝回收循環(huán)利用，有機(jī)溶劑回收利用率為95%。實(shí)施例5 9
9
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法，將成纖聚合物聚乙烯與有機(jī)溶劑和紡絲助劑混合、溶解形成有機(jī)溶液，然后將有機(jī)溶液從噴絲板擠出，其特征在于擠出的液態(tài)細(xì)流進(jìn)入噴絲板下方的閃蒸加熱區(qū)，使液態(tài)細(xì)流中的有機(jī)溶劑快速閃蒸，閃蒸出的有機(jī)溶劑迅速離開液態(tài)細(xì)流表面，并從設(shè)置于閃蒸加熱區(qū)中的專用裝置的螺旋管道間距之間抽走，形成原纖化超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的固態(tài)原絲；再經(jīng)一步或多步熱拉伸，制得具有原纖化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度的聚乙烯纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于上述閃蒸加熱區(qū)的溫度為高于有機(jī)溶劑沸點(diǎn) 低于有機(jī)溶劑自燃溫度10°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于上述液態(tài)細(xì)流中快速閃蒸出的有機(jī)溶劑，在側(cè)吹或環(huán)吹、以及用于氣封的惰性介質(zhì)中進(jìn)行回收；惰性介質(zhì)優(yōu)選的是氮?dú)?；?cè)吹或環(huán)吹以及用于氣封的惰性介質(zhì)的溫度為常溫 150°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于上述成纖聚合物聚乙烯與有機(jī)溶劑和紡絲助劑混合，采用的是釜式攪拌容器，釜式攪拌容器內(nèi)溫度為 60 120°C，攪拌速度為80 250轉(zhuǎn)/分鐘；或者先采用釜式攪拌容器常溫下粗混，然后采用螺桿混合攪拌器進(jìn)行再混，螺桿內(nèi)溫度為60 120°C，釜式攪拌容器以及螺桿攪拌速度為80 250轉(zhuǎn)/分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于上述混合后的成纖聚合物聚乙烯、有機(jī)溶劑和紡絲助劑的溶解，采用的是同向雙螺桿溶解機(jī)，雙螺桿內(nèi)溫度為低于有機(jī)溶劑沸點(diǎn)10 30°C，雙螺桿轉(zhuǎn)速為80 250轉(zhuǎn)/分鐘，雙螺桿長徑比為 40 1 70 :1，優(yōu)選的是50 1 68 :1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于上述成纖聚合物聚乙烯的重均分子量為50 650萬，優(yōu)選的是200 500萬；所述有機(jī)溶劑為碳原子個(gè)數(shù)為6 20的碳?xì)浠衔铮瑑?yōu)選的是十氫萘化合物；所述成纖聚合物聚乙烯與有機(jī)溶劑混合形成混合物的重量百分比濃度為3 20%，優(yōu)選的是5 10% ；所述紡絲助劑為硬脂酸類化合物，優(yōu)選的是硬脂酸鈣；上述紡絲助劑占成纖聚合物聚乙烯的重量百分比為0. 2 1%,優(yōu)選的是0. 3 0. 5%ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于上述一步或多步熱拉伸的熱拉伸總倍數(shù)為5 60倍，優(yōu)選的是20 50倍；該熱拉伸為在接近聚乙烯纖維熔點(diǎn)附近的塑性拉伸，拉伸溫度為130 160°C，優(yōu)選的是140 150°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法，其特征在于上述制得的具有原纖化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度聚乙烯纖維，其單絲纖度為0. 5 5dtex，強(qiáng)度為10 45cN/ dtex，模量為 450 1500 cN/dtex。
9.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)聚乙烯纖維的制備方法的專用裝置，其特征在于 包括內(nèi)設(shè)循環(huán)加熱油的螺旋管道；該螺旋管道設(shè)置于噴絲板下方的紡絲甬道內(nèi)；螺旋管道的上端與噴絲板底面的距離為5 20毫米；螺旋管道高度為0. 4 2米，螺旋管道的螺旋間距為0. 5 2厘米。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制備方法的專用裝置，其特征在于 在上述紡絲甬道上設(shè)有側(cè)吹或環(huán)吹惰性介質(zhì)的吹入口和吹出口，側(cè)吹或環(huán)吹惰性介質(zhì)的吹入口和吹出口的高低位置與螺旋管道的高度一致或超出10 20厘米，且紡絲甬道的下端口為用于氣封的惰性介質(zhì)輸入口。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高強(qiáng)聚乙烯纖維的制造方法及其專用裝置。它是將成纖聚合物聚乙烯與有機(jī)溶劑和紡絲助劑混合、溶解形成有機(jī)溶液，然后將有機(jī)溶液從噴絲板擠出，液態(tài)細(xì)流進(jìn)入噴絲板下方的閃蒸加熱區(qū)，使液態(tài)細(xì)流中的有機(jī)溶劑快速閃蒸，并從設(shè)置于閃蒸加熱區(qū)中的專用裝置的螺旋管道間隙之間抽走，形成原纖化超細(xì)網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的固態(tài)原絲；再經(jīng)熱拉伸，制得具有原纖化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度的聚乙烯纖維。本發(fā)明由于采用閃蒸工藝技術(shù)及專用裝置，有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中濃厚的揮發(fā)性溶劑層導(dǎo)致絲條內(nèi)的溶劑不易揮發(fā)的問題，不僅縮短工藝流程，易于工業(yè)化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，而且保證了高強(qiáng)聚乙烯纖維的產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號(hào)D01D10/02GK102226300SQ20111015080
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者張竹標(biāo), 張臘梅, 王華平, 王新鵬, 羅曉娟, 郭子賢, 項(xiàng)朝陽 申請(qǐng)人:張臘梅, 江蘇六甲高分子材料有限公司