凍膠紡超高分子質量聚丙烯纖維的製備及應用的製作方法

2023-06-18 10:40:31 1

專利名稱：：凍膠紡超高分子質量聚丙烯纖維的製備及應用的製作方法
技術領域：
：本發明屬化學纖維製備和應用領域，特別是涉及一種凍膠紡超高分子量聚丙烯(PP)纖維的製備及應用。技術背景凍膠紡絲製備柔性鏈高分子質量聚乙烯纖維技術首先是由PaulSmith,etal首先發明的，並於1980年在德國專利局公開，專利號de3004699，當時的技術是將高分子質量的聚乙烯以較低的濃度溶解在揮發性溶劑中，並使用驟冷凝固形成凍膠纖維，然後對凍膠纖維進行高倍拉伸形成高強高模聚乙烯纖維，然而由於所使用的揮發性溶劑具有較大的毒性以及纖維的蠕變較大，使用溫度較低及尺寸穩定性較差大大制約了高強聚乙烯纖維製品的應用。作為聚烯烴高分子的另一大類，聚丙烯的熱學性能、流變性能、抗蠕變性能以及加工性都遠優於聚乙烯，但是其結晶速率較聚乙烯慢，結晶度也低於聚乙烯。因此美國專利(US5574174)提出用山梨醇衍生物作為成核劑與澄清劑製備聚烯烴混和物，詳見美國公開(Sorbitolderivativesasnucleatorsandclarifiersforpolyolefins,andpolyolefincompositionsobtainedtherewith)。中國專利申請號200710037871.0所申請的凍膠紡製備高強聚丙烯纖維的方法，雖然此技術能有效提高塑料和纖維製品的結晶性能與透明度，因為結晶成核劑的加入不可避免地會增加生產成本,還會引起由於成核劑分散布均勻而導致的纖維結構不均一，以及成核劑的加入破壞了大分子結構的規整性而使纖維性能受到損害。
發明內容本發明的目的是提供一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維的製備方法，該方法工藝簡單，無需結晶成核劑便可製備超高分子質量聚丙烯纖維。製備的纖維具有高的機械性能，熱學性能及低的蠕變率，而且具有高強高模、耐化學腐蝕、對水的穩定性好、使用溫度較高，可廣泛地應用於工業中。本發明技術方案的實現過程可由下面的簡單工藝來闡述溶劑以及聚丙烯粉末、顆粒或切片——雙螺杆溶脹溶解擠出——計量_紡絲_凝固_平衡脫油_預拉伸_萃取_熱風乾燥_^第一道熱拉伸__萃取_熱風乾燥_^第二道熱拉伸_^第三道熱拉伸_熱定型_^分絲巻繞。本發明的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維製備方法，包括下列步驟(1)混合超高分子質量等規聚丙烯和溶劑，90190'C溶脹溶解，配製成聚丙烯溶液；(2)聚丙烯溶液經計量、紡絲組件，在凝固浴中驟冷，形成聚丙烯凍膠絲；(3)凍膠纖維經平衡脫油、萃取、2080。C熱風乾燥、多級拉伸，160200。C熱定型後形成聚丙烯纖維成品。所述的超高分子質量等規聚丙烯原料的相對分子質量為400,OOOg/mol-2，000，O00g/mol，等規度為90-100%的聚丙烯粉末、顆粒或切片；所述的溶劑為石蠟油、煤油或十氫化萘；所述的聚丙烯溶液包括超高分子質量聚丙烯、溶劑和抗氧劑，聚丙烯的質量百分比濃度為5~50%;所述的凝固浴是指-2050'C，以水為凝固劑；所述的萃取劑為二甲苯、己烷、汽油或其他碳氫化合物；所述的多級拉伸是指一級拉伸比為1~8倍，拉伸溫度100~150'C，二級拉伸比為2~6倍，拉伸溫度為120~170°C，三級拉伸比為1.2~5倍，拉伸溫度為145~180°C;所述的纖維成品熔點大於160°C，蠕變率小於8%，纖度大於l.ldtex，斷裂強度為0.4-2.0GPa，模量為1038GPa。本發明的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維的在於應用於繩索、電纜、船帆、漁網、土工布、過濾布、體育及衛生用布、防彈、防剌布，防割手套、熱塑性或熱固性樹脂、耐壓容器、傳動帶。本發明的有益效果(1)採取凍膠紡絲法可以製備高強高模聚丙烯纖維，與高強高模聚乙烯相比，可以起到提高纖維(相對高強高模聚乙烯纖維)的使用溫度；(2)本法製備聚丙烯纖維其抗蠕變性能遠高於超高分子質量聚乙烯，特別適用於需要增強尺寸穩定性與提高使用溫度的領域；(3)無需結晶成核劑，降低成本，還能避免由於成核劑加入引起纖維結構不均勻問題以及避免成核劑破壞大分子結構的規整性。具體實施方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。實施例1原料超高分子質量等規聚丙烯粉末，分子質量800，000g/mo1，等規度99%溶劑為石蠟油，聚丙烯含量20%(質量百分比)，溶脹溶解時間共IO分鐘，溶解溫度130~175。C雙螺杆擠出機溫度第一段區13(TC，第二段區170。C，第三段區180。C計量泵溫度18(TC、壓力2MPa。紡絲組件:壓力為4MPa'，溫度180°C噴絲板孔徑為0.6mm;凝固浴為冰水混合物，溫度0'C預拉伸倍率為2倍，拉伸溫度為常溫，拉伸浴介質為萃取液萃取液為120#汽油，萃取保留時間5分鐘，浴比1:20一級拉伸比為5倍，拉伸溫度為135°C二次萃取液為120#汽油，萃取時間3分鐘，浴比l:20二級拉伸比2.5倍，拉伸溫度150。C;三級拉伸比2倍，拉伸溫度162。C熱風乾燥溫度5(TC，乾燥時間5分鐘，熱定型溫度17(TC力學性能測試通用材料測試機DXLL-2000熱學性能測試差式掃描量熱儀DSC-822蠕變測試IO(TC,0.2GPa，60min聚丙烯纖維性能如表1所示。實施例2除了溶劑選用十氫萘作溶劑外，其他同實施例l，聚丙烯纖維性能如表1所示。實施例3除了超高分子質量等規聚丙烯分子量為400，000g/mol外，其他同實施例l，聚丙烯纖維性能如表1所示。實施例4除了等規度為92%外，其他同實施例l，聚丙烯纖維性能如表1所示。比較例l除了加入成核劑(商品代號Hyperform)夕卜，其他同實施例1，聚丙烯纖維性能如表1所示。表1聚丙烯纖維性能tableseeoriginaldocumentpage6權利要求1.一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維製備方法，包括下列步驟(1)混合超高分子質量等規聚丙烯和溶劑，90～190℃溶脹溶解，配製成聚丙烯溶液；(2)聚丙烯溶液經計量、紡絲組件，在凝固浴中驟冷，形成聚丙烯凍膠絲；(3)凍膠纖維經平衡脫油、萃取、20～80℃熱風乾燥、多級拉伸，160～200℃熱定型後形成聚丙烯纖維成品。2.根據權利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維製備方法，其特徵在於所述的超高分子質量等規聚丙烯原料的相對分子質量為400，000g/mol-2,000，O00g/mol，等規度為90-100%的聚丙烯粉末、顆粒或切片。3.根據權利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維製備方法，其特徵在於所述的溶劑為石蠟油、煤油或十氫化萘。4.根據權利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維製備方法，其特徵在於所述的聚丙烯溶液包括超高分子質量聚丙烯、溶劑和抗氧劑，聚丙烯的質量百分比濃度為5~50%。5.根據權利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維製備方法，其特徵在於所述的凝固浴是指-205(TC，以水為凝固劑。6.根據權利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維製備方法，其特徵在於所述的萃取劑為二甲苯、己垸、汽油或其他碳氫化合物。7.根據權利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維製備方法，其特徵在於所述的多級拉伸是指一級拉伸比為18倍，拉伸溫度10(K15(rC，二級拉伸比為26倍，拉伸溫度為120~170°C，三級拉伸比為1.2~5倍，拉伸溫度為145~180°C。8.根據權利要求1所述的一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維製備方法，其特徵在於所述的纖維成品熔點大於16(TC，蠕變率小於8。/。，纖度大於l.ldtex，斷裂強度為0.4-2.0GPa，模量為1038GPa。9.一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維的應用於繩索、電纜、船帆、漁網、土工布、過濾布、體育及衛生用布、防彈、防刺布，防割手套、熱塑性或熱固性樹脂、耐壓容器、、傳動帶。全文摘要本發明涉及一種凍膠紡超高分子量聚丙烯纖維的製備及其應用，製備包括(1)混合超高分子質量等規聚丙烯和溶劑，90～190℃溶脹、溶解，配製成聚丙烯溶液；(2)聚丙烯溶液經計量、紡絲組件，在凝固浴中驟冷，形成聚丙烯凍膠絲；(3)凍膠纖維經平衡脫油、萃取、20～80℃熱風乾燥、多級拉伸，160～200℃熱定型後形成聚丙烯纖維成品。該方法工藝簡單，無需結晶成核劑，製備的纖維具有高的機械性能，熱學性能及低的蠕變率，而且具有高強高模、耐化學腐蝕、使用溫度較高等特點。本發明製品可廣泛應用於繩索、電纜、船帆、漁網、土工布、過濾布、體育及衛生用布、防彈、防刺布，防割手套、傳動帶、熱塑性或熱固性樹脂、耐壓容器增強體。文檔編號D01F6/04GK101255610SQ20071004403公開日2008年9月3日申請日期2007年7月19日優先權日2007年7月19日發明者彼·傑·萊姆斯特,王依民,陳建軍申請人:東華大學