一种减少超高分子量聚乙烯纤维粘连的方法

本发明属于高性能纤维制备领域，具体涉及一种减少超高分子量聚乙烯纤维粘连的方法。

背景技术：

1、超高分子量聚乙烯纤维，又称高强高模聚乙烯纤维，其大分子链具有简单亚甲基组成的线性伸直链结构，纤维取向度高达95％以上，结晶度高达90％以上，具有低密度、高强度、耐腐蚀、耐冲击等优良特性，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维。超高分子量聚乙烯纤维具有其他纤维无法比拟的优越性能，是制作软质防弹衣、防刺服、防弹头盔、雷达罩、防弹装甲、舰艇及远洋船舶缆绳、航空航天结构件、鱼线、手术缝合线等的理想材料。

2、目前，超高分子量聚乙烯纤维主要采用冻胶纺丝-超倍拉伸技术制得，超高分子量聚乙烯在溶剂中溶解后，其大分子处于低缠结状态，纺丝后得到的冻胶纤维经过萃取、干燥、高倍拉伸使折叠链的柔性大分子伸直，沿纤维轴向高度取向和结晶，得到高强高模的超高分子量聚乙烯纤维。通过现有技术发现，超高分子量聚乙烯冻胶纤维经过萃取、干燥后，纤维出现不同程度的粘连。纤维之间的粘连会一定程度上影响下游市场的使用，在制作复合材料的过程中影响纤维的铺展，制作软质防弹衣、鱼线、手术缝合线等编织制品时，会使纤维的柔韧性变差，影响纤维的编织，导致制品质量下降。

3、目前，申请号为202111611626.2的中国发明专利公开了一种用于降低超高分子量聚乙烯纤维在制造过程中的并丝率的方法，在超高分子量聚乙烯冻胶纺丝过程中，通过选择合适的原料组分以及增加多次冷牵伸，降低了超高分子量聚乙烯纤维的并丝率；但是其选择的纺丝液浓度偏高，在现有的超高分子量聚乙烯纤维生产工艺中，超高强度超高分子量聚乙烯纤维和细旦超高分子量聚乙烯纤维的纺丝液浓度大多≤8％，故其难以在现有的超高分子量聚乙烯纤维生产过程中广泛应用，与此同时，多次增加冷牵伸也使得生产工序更加复杂，影响生产效率。

4、因此，从根本上解决超高分子量聚乙烯纤维冻胶纺丝过程中出现纤维粘连的问题，是本领域内亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种减少超高分子量聚乙烯纤维粘连的方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种减少超高分子量聚乙烯纤维粘连的方法，包括，

5、将初生冻胶丝经过萃取槽萃取后，得到内部及表面含有大量萃取剂的纤维束丝；

6、将萃取后得到的纤维丝束经过高压热风吹扫后，迅速通入带有超声功能的水浴恒温槽，高压热风温度40～100℃，超声功率≥4000w，水浴温度50～99℃，纤维丝束在水浴中的有效距离≥4米，纤维丝束在水浴槽中牵伸比为1.2～5.0；

7、纤维丝束通过水浴恒温槽快速脱除萃取剂并进行热牵伸后，经过压缩空气吹扫，除去表面的水分，再通过热箱进行超倍热牵伸，得到超高分子量聚乙烯纤维。

8、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述初生冻胶丝，其制备方法包括，

9、将超高分子量聚乙烯粉末、纺丝溶剂与抗氧剂加入高速混料机混合均匀后，加入喂料釜中，然后对喂料釜进行3次抽真空、通氮气，置换出喂料釜与溶液中的空气，得到纺丝液；

10、将得到的纺丝液，加入双螺杆喂料口，通过双螺杆溶解、计量泵定量挤出后，经过喷丝板、气息段的喷头牵伸、凝固浴，收丝得到初生冻胶丝。

11、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述凝固浴为水与非离子表面活性剂的混合液，所述非离子表面活性剂为np-9、np-10、tx-10中的一种或几种混合物，所述非离子表面活性剂占凝固浴总质量的0.01～0.15wt％，所述凝固浴的温度为0～15℃。

12、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述超高分子量聚乙烯粉末的分子量为5000000～9000000g/mol，分子量分布1.5～2.5；超高分子量聚乙烯粉末的堆密度为0.30～0.50g/cm3。

13、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述超高分子量聚乙烯粉末的平均粒径为d≤80um且粒径分布为d±5um；所述超高分子量聚乙烯粉末占混合纺丝溶液总质量5～12wt％。

14、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述纺丝溶剂为碳氢化合物的一种或几种，包括十氢化萘、四氢化萘、煤油、液体石蜡中的一种或几种。

15、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述抗氧剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂其中的一种或几种的混合物，包括三[2，4－二叔丁基苯基]亚磷酸酯、四[β-(3，5－二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5－二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、2，6－二叔丁基-4-甲基酚、二硬脂季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或几种的混合物；所述抗氧剂加入量占超高分子量聚乙烯粉末质量的0.1～1.0wt％。

16、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述制备初生冻胶丝，其中，

17、螺杆直径36～150mm，长径比45～65；

18、螺杆转速：400～1200rpm；

19、螺杆加料段温度90～160℃，螺杆压缩段温度160～180℃，螺杆均化段温度170～180℃；

20、喷丝板的孔数为2～2000，喷丝板到凝固浴液面的气息段高度为1～15cm。

21、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述萃取剂为二甲苯、二氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、正己烷、汽油、碳氢清洗剂中的一种或多种组合，萃取温度为20～50℃。

22、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述通过热箱进行超倍热牵伸，其中，采用4级热箱牵伸，每级热箱有效加热长度4米，热箱内部温度为100～150℃，热箱牵伸总倍数为15～40倍。

23、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述超高分子量聚乙烯纤维的粘连率≤3％，纤维断裂强度≥42cn/dtex，初始模量≥1800cn/dtex，超高分子量聚乙烯纤维的分子量≥3500000g/mol，分子量分布2.0～3.5。

24、本发明有益效果：

25、(1)本发明提出一种减少超高分子量聚乙烯纤维粘连的方法，通过在初生冻胶丝萃取后设置具有大功率超声功能的恒温水浴槽，把萃取后的纤维经过高压热风吹扫后，迅速通入恒温水浴箱中，并对纤维施加一定比例的牵伸，使萃取完成后纤维表面的萃取剂快速挥发，相邻纤维中小分子的超高分子量聚乙烯分子链未能迁移至纤维表面产生缠结，大幅降低了纤维的粘连。

26、(2)本发明通过恒温水浴槽替代现有工艺中的干燥箱，干燥效率大幅提升，降低了生产能耗，简化了生产装备。

27、(3)本发明在恒温水浴槽中进行热牵伸，牵伸过程中纤维完全浸没在热水中，使得纤维在牵伸过程中受热更均匀，牵伸后得到的纤维均一性更佳。

28、(4)本发明通过减少纤维之间的粘连，降低纤维丝束中的应力集中点，使得纤维的断裂强度与初始模量得到相应的提高。