[发明专利]高均匀性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，该方法包括将超高分子量聚乙烯树脂粉、溶剂及助剂充分混合，经溶胀后进入螺杆溶解，得到超高分子量聚乙烯溶液；将得到的超高分子量聚乙烯溶液通过预设时间的均质化处理，之后进入纺丝箱体；挤出成型，制得的冻胶丝条，再经脱溶剂、热拉伸，得到超高分子量聚乙烯纤维。与现有技术相比，本发明通过对形成的溶液作均质化处理，既提高了溶液中大分子的取向，提升了成品性能，同时又降低了凝胶粒子的尺寸，或减少了凝胶粒子的数量，提高了溶液的均匀性，最终得到的纤维力学性能好，变异率低，并且热稳定性好。

技术领域

本发明涉及超高分子量聚乙烯纤维制备技术领域，尤其是涉及一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。

背景技术

随着世界高新技术纤维合成与纺丝工艺的发展，超高分子量聚乙烯纤维得到了不断创新，目前已进入一个高速发展阶段。不管是民用还是军用，用户都对纤维性能提出了进一步的要求。为此，很多厂家采用提高原料分子量的方法，来获取高性能纤维，但同时也增加了纺丝的难度，溶液的均一性也很难保证。

发明专利CN109306061A提供了一种纺丝溶液的制备方法，先将超高分子量聚乙烯料采用物理方法辅助预溶胀，再将溶胀液与溶剂混合进行热溶解处理，从而得到均匀的纺丝溶液。该法通过提高溶胀效率来改善纺丝溶液的均匀性，但实施过程复杂，难于控制。

发明专利CN111118615A也是提供了一种超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液的处理方法，该方法是通过在氮气保护下加压处理纺丝溶液，通过高温高压和单螺杆匀质作用后，使纺丝原液进入双螺杆挤出机，从而提高成品纤维的均匀性。此法设备投入大，而且高温高压给生产带来安全隐患。

发明专利CN106801260A提及一种制备超高分子量聚乙烯纤维的喷丝组件，通过组件的安装方式、形式、内部结构特征等，来提高溶液的均匀性和成分的单一性。

综上所述，不管是对纺丝原液处理还是设备改良，都是为了提高溶液的均匀性，从而取得性能稳定的纤维产品。但常见的控制方法都是在形成溶液之前，完成溶解后很少有作技术处理的，一般都是直接纺丝成型。这种做法凸显出溶液稳定性对原液的依懒度，而且，成品加工性能不好，制品尺寸或重量不稳定。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，以此既提高了溶液中大分子的取向，提升了成品性能，同时又降低了凝胶粒子的尺寸，或减少了凝胶粒子的数量，提高了溶液的均匀性，最终得到的纤维力学性能好，变异率低，并且热稳定性好。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明第一方面提供一种高均匀性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：

S1：将超高分子量聚乙烯树脂粉、溶剂及助剂充分混合，超高分子量聚乙烯树脂粉与溶剂的质量比为1:20～1:10，超高分子量聚乙烯树脂粉与助剂的质量比为1000:1～1000:50，经溶胀后进入螺杆溶解，得到超高分子量聚乙烯溶液；

S2：将S1中得到的超高分子量聚乙烯溶液通过预设时间的均质化处理，之后进入纺丝箱体；

S3：将S2中得到的溶液通过纺丝箱体挤出成型，制得的冻胶丝条，再经脱溶剂、热拉伸，得到超高分子量聚乙烯纤维。

进一步地，S1中，所述螺杆为同向双螺杆，螺杆出口处的输送段螺纹至少进行两次的体积压缩，使得超高分子量聚乙烯溶液的输出压力≥5MPa。

更优选输出压力≥6MPa。因为本方法制备的超高分子量聚乙烯的溶胀液粘度不大，输送推进力弱，只有在溶解后，粘度才会明显增加。所以越靠近螺杆出口，溶液粘度越大，体积压缩越有效，才能确保输出压力。如若输出压力太小，经过长时间的均质化处理之后，压降较大，会导致纺丝压力不足，冻胶原丝品质不高。