[发明专利]冷却液槽、凝胶纺丝方法、纤维及高强度聚乙烯纤维

说明书

本发明提供一种冷却液槽、凝胶纺丝方法、纤维及高强度聚乙烯纤维，属于高强度纤维技术领域，其可至少部分解决现有的高强度聚乙烯纤维产品的性能仍不够高的问题。本发明的冷却液槽包括：用于容纳冷却液的槽体，冷却液用于在凝胶纺丝中将喷丝头喷出的纺丝液冷却形成丝束；设于所述槽体中冷却液液面以下位置的圆柱状的导丝件，其用于使丝束从其圆柱的侧表面经过并改变方向，且所述导丝件的直径在0.2～20cm。

技术领域

本发明属于高强度纤维及其凝胶纺丝制备技术领域，具体涉及一种冷却液槽、凝胶纺丝方法、纤维及高强度聚乙烯纤维。

背景技术

高强度聚乙烯纤维是迄今强度最高的化学纤维，拉伸强度可达碳纤维和芳纶纤维的1.5倍以上，可用于军警防护(防弹UD布、防弹板、防弹头盔、防割手套)、高强度绳缆、耐磨手套、冰凉丝、渔线等。高强度聚乙烯纤维以重均分子量300万以上的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE,ultra-high molecular weight polyethlene)通过凝胶纺丝(冻胶纺丝)法生产，具体是将超高分子量聚乙烯溶解在溶剂中制成纺丝液，再将纺丝液经喷丝头的喷丝孔喷出(挤出)并固化成凝胶丝条(丝束)，之后除去凝胶丝条中的溶剂并进行高倍率的拉伸(超倍拉伸)得到高强度聚乙烯纤维。凝胶纺丝分干法和湿法：干法用高挥发性的十氢萘等为溶剂在气体环境中进行；湿法则用液体石蜡(白油)为溶剂，并将纺丝液喷入冷却水中固化成丝束，之后再经萃取、干燥等除去溶剂，其中，冷却水中喷丝头下方设有圆柱状的导丝辊(或导丝棒)，丝束经导丝辊改变方向至斜向上运动，被拉出水面并进行后续步骤。

超高分子量聚乙烯分子中存在大量缠结点，而缠结点的解除对可行的超倍拉伸倍率、纤维拉伸强度、纤维线密度等有重要影响。根据纺程解缠理论，可通过均匀纺丝液、稳定挤出、使纺丝液产生高速剪切、对纺丝液细流进行极速拉伸等在凝胶纺丝过程中解除、降低缠结点。而喷头拉伸是实现纺程解缠的途径之一，即在纺丝液从喷丝孔挤出的瞬间对其拉伸，使纺丝液细流在纵向产生极速流体形变，对超高分子量聚乙烯分子链进行拉伸并使其有序排列，减少缠结点。

在湿法凝胶纺丝中，随着喷头拉伸倍率(对丝束的牵拉速度与纺丝液喷出速度的比)的提高，导丝辊转速必然相应提高，这会导致冷却水剧烈波动，严重扰动未固化的纺丝液，引起断丝，故喷头拉伸倍率无法超过6倍。而且，现有技术发现，当喷头拉伸倍率从3倍左右继续升高时，纤维拉伸强度反而逐渐降低，导致部分研究人员认为继续提高喷头拉伸倍率没有意义。由此，现有技术制备的高强度聚乙烯纤维束丝拉伸强度无法达到38cN/dtex(厘牛/分特)，单丝线密度无法达到1.2dtex(分特)，严重限制了其使用范围。

发明内容

本发明至少部分解决现有的高强度聚乙烯纤维产品的性能仍不够高的问题，提供一种可进一步提高纤维强度的冷却液槽、凝胶纺丝方法、纤维及高强度聚乙烯纤维。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种冷却液槽，其包括：

用于容纳冷却液的槽体，冷却液用于在凝胶纺丝中将喷丝头喷出的纺丝液冷却形成丝束；

设于所述槽体中冷却液液面以下位置的圆柱状的导丝件，其用于使丝束从其圆柱的侧表面经过并改变方向，且所述导丝件的直径在0.2～20cm。

优选的是，所述导丝件的圆柱的直径在0.5～10cm。

优选的是，所述导丝件的圆柱的直径在1～5cm。

优选的是，所述导丝件为能沿所述圆柱的轴线转动的导丝辊；

或

所述导丝件为固定设置的导丝棒。

优选的，所述槽体还包括用于供冷却液进出的液体口，所述液体口包括进液口、出液口、溢流口中的至少一种；

所述导丝件及其上方区域与任意一个液体口之间，均被阻尼网板隔开，所述阻尼网板由具有网孔的网片叠置而成。