一种超高分子量聚乙烯PE冻胶丝的制备方法及应用.pdf

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯(PE)冻胶丝的制备方法及应用。其制备方法包括：冻胶丝在装有碳氢化合物萃取剂的预处理；连续再萃取，由浴槽和超声波萃取槽中产生的溶剂/萃取剂混合物由输送泵定量输送至分馏回收装置，分馏回收的萃取剂可直接用泵分别送至萃取浴槽和超声波萃取槽中，而溶剂经过滤、脱杂后送至前道溶解工序。高强高模PE纤维广泛用于防弹防刺衣、绳索、降落伞、体育器材、钓鱼线。

1.  一种超高分子量聚乙烯(PE)冻胶丝的制备方法，包括如下步骤：
(1)冻胶丝在装有碳氢化合物萃取剂的静止、喷淋或带鼓泡的浴槽装置内进行预处理，丝束进丝速度0.5～3m/min，冻胶丝预张力大于0.02g/d，室温至50℃；
(2)经预处理的冻胶丝在装有碳氢化合物萃取剂的多道萃取槽内进行连续再萃取，萃取槽内配有超声装置，进丝速度0.8～8m/min，温度50～70℃。经多道萃取后，萃取的冻胶丝束含溶剂量已降至5％以下，溶剂和萃取剂经简单过滤后直接和后道干燥、拉伸装置产生的微量溶剂、萃取剂一起送至回收装置。经萃取的纤维丝束直接送至下道干燥、拉伸工序；
(3)由浴槽和超声波萃取槽中产生的溶剂/萃取剂混合物由输送泵定量输送至分馏回收装置，分馏回收的萃取剂可直接用泵分别送至萃取浴槽和超声波萃取槽中，而溶剂经过滤、脱杂后送至前道溶解工序。

2.  根据权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯(PE)冻胶丝的制备方法：其特征在于：所述的萃取剂闪点在300℃以下，沸点在7℃以上的碳氢化合物。

3.  根据权利要求1或2所述一种超高分子量聚乙烯(PE)冻胶丝的制备方法：其特征在于：所述的碳氢化合物是EXXSOL D-40。

4.  根据权利要求1所述一种超高分子量聚乙烯(PE)冻胶丝的制备方法：其特征在于：所述的超声波强度5-50w/m²，进丝速度0.8～10m/分，温度15～100℃，总拉伸倍数10-100倍，
一道拉伸温度：105～135℃；倍率1～5倍
二道拉伸温度：115～155℃；倍率2～5倍
三道拉伸温度：125～155℃；倍率1.5～4倍
四道热定型温度：125～155℃。

5.  一种超高分子量聚乙烯冻胶丝的应用，其特征在于：高强高模PE纤维制作的防弹防刺衣、绳索、降落伞、体育器材、渔网、钓鱼、手术缝纫线。

一种超高分子量聚乙烯(PE)冻胶丝的制备方法及应用
技术领域
本发明属于高性能纤维技术领域，特别涉及一种超高分子量聚乙烯(PE)冻胶丝的制备方法及应用。
背景技术
现有采用超高分子量聚乙烯冻胶纺丝制备高性能纤维的工艺中，纤维成形过程以及冻胶丝中溶剂的回收是采用萃取方法，即用可挥发的第二助剂将非挥发性第一溶剂置换出来，既而在后一道干燥热处理和拉伸过程中排除挥发性第二助剂的方法来实施的。溶剂一般采用高沸点矿物油(白油)或石蜡油、煤油等时，第二助剂萃取剂则采用低沸点物，如二甲苯、汽油、三氯甲烷、四氯乙烯、丙酮、三氯三氟乙烷等。其缺陷除了萃取成本高，回收成本大，设备投资大，易燃易爆外或因环保或因安全问题，对投资资金和环保带来苛刻的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高分子量聚乙烯(PE)冻胶丝的制备方法及应用，包括萃取剂、萃取方法和回收方法，以克服现有技术的缺陷，提高产量，稳定纤维质量及安全生产。
本发明的一种超高分子量聚乙烯冻胶丝的制备方法，包括下述步骤：
(1)冻胶丝在装有碳氢化合物萃取剂的静止、喷淋或带鼓泡的浴槽装置内进行预处理，丝束进丝速度0.5～3m/min，冻胶丝预张力大于0.02g/d，室温至50℃，萃取剂闪点在300℃以下，沸点在7℃以上的碳氢化合物；
(2)经预处理的冻胶丝在装有碳氢化合物萃取剂的多道萃取槽内进行连续再萃取，萃取槽内配有超声装置，进丝速度0.8～8m/min，温度50～70℃。经多道萃取后，萃取的冻胶丝束含溶剂量已降至5％以下，溶剂和萃取剂经简单过滤后直接和后道干燥、拉伸装置产生的微量溶剂、萃取剂一起送至回收装置。经萃取的纤维丝束直接送至下道干燥、拉伸工序；
(3)由浴槽和超声波萃取槽中产生的溶剂/萃取剂混合物由输送泵定量输送至分馏回收装置，分馏回收的萃取剂可直接用泵分别送至萃取浴槽和超声波萃取槽中，而溶剂经过滤、脱杂后送至前道溶解工序。
本发明的工艺流程是：PE冻胶丝→集束张力架→分丝架→压油辊→碳氢液预处理浴槽(静止、喷淋或鼓泡等方式)→七辊牵引辊→超声波碳氢萃取槽→热风干燥→多级拉伸→卷绕等后处理工序。
超声波强度5-50w/m²，进丝速度0.8～10m/分，温度15～100℃，总拉伸倍数10-100倍。
一道拉伸温度：105～135℃；倍率1～5倍
二道拉伸温度：115～155℃；倍率2～5倍
三道拉伸温度：125～155℃；倍率1.5～4倍
四道热定型温度：125～155℃。
本发明的一种超高分子量聚乙烯冻胶丝(PE纤维)的应用：
用于防弹防刺衣料、绳索、降落伞、钓鱼线，体育运动器材骨架材料等。
有益效果：
1、经预处理浴槽及超声波振荡萃取处理，保证了冻胶丝的溶剂被充分有效置换，及下道工序能源的节省，且碳氢化合物无毒无味，保证了操作人员的安全性。
2、采用连机的在线式分馏回收系统，不断地将萃取冻胶丝中的溶剂油及萃取剂碳氢化合物分离回收，随即将回收后的萃取剂碳氢化合物经过滤后输送至预处理浴槽及超声波振荡连续萃取中循环使用，而溶剂经过滤后直接送至前道溶解工序，从而有利于降低生产成本。
3、采用本发明萃取剂及方法制取的高强高模PE纤维，质量稳定，成本低，可广泛应用于防弹防刺衣料、绳索、降落伞、钓鱼线，体育运动器材骨架材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
                          实施例1
原料：由纺丝工段制得的超高分子量聚乙烯冻胶丝，240f，含油量约85％，集束分股数为18股；压油辊张力：0.5kg/cm²，萃取剂采用碳氢化合物EXXSOL D-40，预处理浴槽汽压0kg/cm²，预处理浴槽温度30℃，经干燥处理(干燥温度)后进入拉伸工序。一道拉伸速度3.5m/min，拉伸倍率：3.5倍，超声波萃取浴温度105℃，时间5分钟，超声波强度20w/m²，二道拉伸速度13m/min，拉伸倍率3.7倍，拉伸温度125℃。三道拉伸速度29m/min，拉伸倍率：2.23倍，拉伸温度135℃。总拉伸倍数29倍。四道热定型温度145℃。测得超高分子量高强高模聚乙烯纤维强力28cN/dtex；断裂伸长5.2％，模量980cN/dtex，溶剂含量1.8％。
                                实施例2
原料：由纺丝工段制得的超高分子量聚乙烯冻胶丝，240f，含油量约85％，集束分股数：18股；压油辊张力0.5kg/cm²；萃取剂采用碳氢化合物EXXSOL D-40，预处理浴槽气压0.5kg/cm²；预处理浴槽温度30℃，经干燥处理(干燥温度)后进入拉伸工序。一道拉伸速度：3.5m/min，拉伸倍率：3.5倍；超声波萃取浴温度105℃，时间5分钟，超声波强度：25w/m²；二道拉伸速度13m/min，拉伸倍率3.7；拉伸温度125℃。三道拉伸速度29m/min，拉伸倍率2.23倍，拉伸温度135℃。总拉伸倍数29倍。四道热定型温度145℃。测得超高分子量高强高模聚乙烯纤维强力29.7cN/dtex；断裂伸长4.9％，模量1020cN/dtex，溶剂含量1.4％。
                                实施例3
原料：由纺丝工段制得的超高分子量聚乙烯冻胶丝，240f/股，含油量约85％，集束分股数18股；压油辊张力0.5kg/cm²；萃取剂采用碳氢化合物EXXSOL D-40，预处理浴槽气压：1.0kg/cm²，预处理浴槽温度30℃；经干燥处理(干燥温度)后进入拉伸工序。一道拉伸速度3.5m/min；拉伸倍率3.5倍；超声波萃取浴温度105℃，时间5分钟，超声波强度30w/m²，二道拉伸速度13m/min，拉伸倍率3.7倍；拉伸温度125℃。三道拉伸速度29m/min，拉伸倍率2.23倍，拉伸温度135℃，总拉伸倍数29倍。四道热定型温度145℃。测得超高分子量高强高模聚乙烯纤维强力31.2cN/dtex；断裂伸长4.2％，模量1220cN/dtex，溶剂含量1.2％。
对比例1
原料：由纺丝工段制得的超高分子量聚乙烯冻胶丝，240f/股，含油量约85％，集束分股数为18股。除了将碳氢化合物萃取剂改为120汽油外，萃取和拉伸工艺与实施例3相同。测得超高分子量高强高模聚乙烯纤维强力28cN/dtex；断裂伸长5.8％，模量970cN/dtex，溶剂含量4.2％。
对比例2
原料：由纺丝工段制得的超高分子量聚乙烯冻胶丝，240f/股，含油量约85％，集束分股数为18股。除了将氢化合物萃取剂改为二甲苯外，萃取和拉伸工艺与实施例3相同。测得超高分子量高强高模聚乙烯纤维强力28.5cN/dtex；断裂伸长5.5％，模量1020cN/dtex，溶剂含量3.8％。