[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维的生产方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种超高分子量聚乙烯的优良溶剂及其纤维的生产方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维是采用分子量在100万以上的超高分子量聚乙烯生产制造的具有高强度和高模量的合成纤维。目前国际上将超高分子量聚乙烯、碳纤维和芳纶纤维并称为三大高性能纤维材料，其中超高分子量聚乙烯纤维具有强度高、模量高、质量轻、耐光强、耐磨度高等特点，在国防、军工、航空航天方面发挥着及其重要的作用，在民用领域也得到了越来越广泛的应用。

1979年，荷兰DSM公司首先申请了超高分子量聚乙烯纤维制造的专利（NL7900990、NL7904990），在随后的几十年里，形成了以2种主要的溶液纺丝方法：干法纺丝和湿法纺丝，二者的区别部分在于纺丝溶剂在纺丝温度下呈挥发性（干法纺丝）或非挥发性（湿法纺丝）。荷兰DSM和日本的Toyobo公司是干法纺丝的代表，美国Honeywell公司则是湿法纺丝的代表。两种纺丝方法都申请了大量的关于超高分子量聚乙烯纤维生产工艺的专利，干法纺丝的相关专利有US200580048947.9、CN 1439752A和CN 101821435 A等，湿法纺丝的相关专利有CN 101821435 A、USP4413110和USP4663101等。

自上世纪80年代，我国于开始超高分子量聚乙烯纤维的研发，中国纺织科学研究院和中国纺织大学等多家研究单位分别展开了十氢萘、煤油、白油、石蜡油等溶剂体系的超高分子量聚乙烯纤维的研究与产业化开发工作，获得了相关的专利（CN 1400342A 、CN1590608A、CN1056544A、CN 101122051A等），并已由仪征化纤和湖南中泰、宁波大成等公司实现了规模化生产。

虽然国内外关于超高分子量聚乙烯纤维的专利多达数百篇，但都侧重于超高分子量聚乙烯纤维的生产方法及相应设备方面，至今仍未发现关于超高分子量聚乙烯溶剂及配套的纤维生产方法方面的专利。如专利US200580048947.9公开了一种带有相应溶剂回收和循环的、由在纺丝温度下具有挥发性的溶剂中的溶液纺高分子量聚α-烯烃，优选超高分子量聚乙烯的方法。该专利所用挥发性溶剂为十氢萘或1，2-二氯苯，优选十氢萘，但该专利主要阐述的是溶剂回收工艺路线；专利CN1590608A公开了一种高强聚乙烯纤维的制造方法，包括超高分子量聚乙烯溶液干法纺丝过程和热拉伸过程。主要阐述了采用纵向拉伸流变和固化相结合技术制造高性能聚乙烯纤维，在保证纤维优异力学性能的同时，缩短了工艺流程，提高了生产效率，降低了设备投资和生产成本，并实现稳定、安全的工业化生产。

由于超高分子量聚乙烯的熔融粘度极高（达10⁹Pa.s），流动性能极差，所以，超高分子量聚乙烯纤维一般采用“冻胶纺丝-超倍拉伸”的生产工艺。该法是先用溶剂溶解超高分子量聚乙烯制成纺丝溶液，使柔性大分子链在溶剂的作用下，解除过度的缠结，溶液经喷丝孔挤出后固化，再经脱除溶剂和超倍拉伸得到具有伸直链结构的高强、高模聚乙烯纤维。

超高分子量聚乙烯纤维在生产过程中，超高分子量聚乙烯在溶剂中的溶解解缠形成均匀的冻胶溶液直接影响超高分子量聚乙烯纤维的性能。由于其溶解、解缠过程是在高温、高剪切的条件下进行，其大分子链在溶解过程中易发生断裂，造成超高分子量聚乙烯分子的降解，导致超高分子量聚乙烯纤维的性能降低；并且，超高分子量聚乙烯在溶剂中的溶解过程极为缓慢：超高分子量聚乙烯大分子链很长，不易移动，大分子间的作用力大，且分子间的缠结点多，大分子与溶剂小分子接触后仅有其中的某个结构单元被溶剂化后，但它仍是大分子链的一部分，牵制整条大分子的运动，只有当整条大分子所有单元全部被溶剂化后，才有可能作为一个整体从固相的表面脱落下来而进入溶剂形成均匀溶液。所以，溶剂在超高分子量聚乙烯纤维生产中发挥着重要的作用，并影响超高分子量聚乙烯纤维生产方法及其纤维制品的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高分子量聚乙烯的优良溶剂，使超高分子量聚乙烯在低于其分解温度以下溶解于溶剂中，形成均匀溶液，降低超高分子量聚乙烯在溶解解缠过程中大分子降解程度；同时提高所形成冻胶溶液的均匀性，保证超高分子量聚乙烯纤维生产过程中初生原丝的均一性和可纺性。

本发明同时提供了一种利用超高分子量聚乙烯的优良溶剂生产超高分子量聚乙烯纤维的生产方法，提高超高分子量聚乙烯纤维的力学性能，同时提高溶剂回收利用率。

本发明超高分子量聚乙烯的优良溶剂，其特征在于所述优良溶剂为反式十氢萘。