СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЯДИЛЬНОГО РАСТВОРА ДЛЯ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНОВОГО ВОЛОКНА
METHOD OF OBTAINING SPINNING SOLUTION FOR ULTRA-HIGH MOLECULAR WEIGHT POLYETHYLENE FIBRE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка имеет приоритет в соответствии с китайской патентной заявкой № 201010262244.9, озаглавленной «Method for Preparing Spinning Solution of Ultra-high Molecular Weight Polyethylene Fiber» и поданной 24 августа 2010 года, которая во всей своей полноте посредством ссылки включается в настоящий документ.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу получения сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна и, в частности, к способу получения прядильного раствора для сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
6
Сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно ((СВМПЭ) (UHMWPE)), также известное под наименованием высокопрочного и высокомодульного полиэтиленового волокна, относится к высокотехнологичному волокну, полученному из полиэтилена, имеющего относительную молекулярную массу, составляющую 1×10 и более, при использовании ступенчатых способов прядения, экстрагирования, высушивания и сверхвысокой вытяжки. Армированные волокном композиты, полученные при использовании сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, своими преимуществами имеют низкую массу, хорошую ударную вязкость, высокое диэлектрическое свойство и тому подобное и широко используются в областях авиационной и космической отраслей промышленности, обороны в морских районах, на оружейных предприятиях и в обычных отраслях промышленности.
6
На предшествующем уровне техники при получении сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна в общем случае использовали технологию прядения (формования) гелевого волокна - технологию, впервые изобретенную в компании DSM Corp., Голландия. В данной технологии в качестве материала исходного сырья обычно используют полиэтилен, имеющий относительную молекулярную массу, составляющую 1×10 и более, в качестве прядильного раствора используют суспензию, полученную в результате смешивания и набухания материала в подходящем для использования растворителе, после этого прядильный раствор подвергают сдвиговому воздействию, гомогенизации и распутыванию переплетений при использовании червячного экструдера, а после этого экструдированию через фильерный комплект для получения свежеформованной гелевой нити, после последующих экстрагирования, высушивания и сверхвысокой вытяжки свежеформованной гелевой нити получают сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно.
Для того чтобы свежеформованная гелевая нить волокна обладала способностью к вытяжке, для достижения превосходного механического поведения необходимо присутствие определенного числа точек переплетения в гелевой нити, то есть необходимо увеличение плотности точек переплетения цепей в свежеформованной гелевой нити. Вследствие тесной корреляции между плотностью макромолекулярных переплетений у сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна с концентрацией прядильного раствора (уровнем содержания твердого вещества) и молекулярной массой материала исходного сырья плотность переплетений цепей в гелевой нити можно увеличить в результате увеличения во время получения прядильного раствора молекулярной массы материала исходного сырья или плотности прядильного раствора. Однако на практике одно только увеличение молекулярной массы или уровня содержания твердого вещества в прядильном растворе будет приводить к негативным последствиям. Например, в случае чрезмерно высокой молекулярной массы полимерные частицы будет трудно полностью растворить во время процесса растворения, и может возникать явление загущения, приводящее к появлению негомогенного прядильного раствора и, в свою очередь, оказывающее воздействие на эксплуатационные характеристики нити. Кроме того, негомогенность прядильного раствора также будет оказывать воздействие и на увеличение плотности прядильного раствора.
На предшествующем уровне техники для получения гомогенного прядильного раствора в некоторых случаях прибегали к постадийному набуханию сверхвысокомолекулярного полиэтилена, то есть к проведению предварительного набухания и последовательному набуханию в результате постадийного смешивания сверхвысокомолекулярного полиэтилена в нескольких котлах для набухания и, в заключение, помещению его в котел для растворения при температуре, близкой к температуре растворения сверхвысокомолекулярного полиэтилена, в целях растворения сверхвысокомолекулярного полиэтилена и получения прядильного раствора. Однако при растворении сверхвысокомолекулярного полиэтилена вязкость прядильного раствора имеет тенденцию к кардинальному увеличению, и тенденцию к возникновению имеет эффект Вайссенберга (известный также под наименованием «эффекта подъема вдоль стержня»), что, таким образом, оказывает воздействие на плавное прохождение последующего прядения (формования).
5
6
6
В дополнение к вышеупомянутому способу постадийного набухания в патентах № US 4422993 и US 4430383 авторы Pole Smith, Pieta Yang Lemstra и др. для получения прядильного раствора используют два типа полиэтилена, имеющие молекулярную массу, соответственно, 1,5×10 и 4×10, в случае чего содержание твердого вещества может достигать только 5%. Несмотря на разрешение проблемы с негомогенностью, возникает проблема с низкой эффективностью прядения. В патенте № CN 101525778 A авторы Xin Zhirong и др. исходят из полиэтилена, имеющего молекулярную массу 2~5×10, и используют червяк для осуществления одностадийного набухания и растворения, и содержание твердого вещества может достигать 10~15%. Данный способ демонстрирует определенный эффект при разрешении проблемы с негомогенностью, но имеют место повышенные требования к способу и оборудованию, и рабочая методика усложнена.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача, решаемая в настоящем изобретении, заключается в создании способа получения прядильного раствора для сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна. Прядильный раствор для сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, полученного в соответствии с настоящим изобретением, характеризуется высоким уровнем содержания твердого вещества; и сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно, полученное из данного прядильного раствора, демонстрирует стабильные эксплуатационные характеристики и обладает высокой прочностью.
Для решения вышеупомянутой технической задачи изобретение предлагает способ получения прядильного раствора для сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, включающий
смешивание раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена с набухшим раствором сверхвысокомолекулярного полиэтилена при массовом соотношении 0,42~2,85 с получением прядильного раствора, в котором содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет 10~15% масс., причем
содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в набухшем растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет 10~50% масс.; и
массовое соотношение между сверхвысокомолекулярным полиэтиленом в набухшем растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сверхвысокомолекулярным полиэтиленом в растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет 2,5~70.
Предпочтительно массовое соотношение между раствором сверхвысокомолекулярного полиэтилена и набухшим раствором сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет 1,0~2,5.
Предпочтительно содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в набухшем растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет 20~30% масс.
Предпочтительно массовое соотношение между сверхвысокомолекулярным полиэтиленом в набухшем растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сверхвысокомолекулярным полиэтиленом в растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет 10~30.
Предпочтительно содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в прядильном растворе для сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна составляет 11~14% масс.
Предпочтительно содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в прядильном растворе для сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна составляет 12~13% масс.
6
6
Предпочтительно среднемассовая молекулярная масса сверхвысокомолекулярного полиэтилена в прядильном растворе для сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна составляет 3×10~5×10.
Предпочтительно растворителем в прядильном растворе для сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна является смешанный растворитель, полученный в результате смешивания циклана и алкана с пропорцией 85~90:10~15, где циклан содержит 25~50 атомов углерода, и алкан содержит 25~50 атомов углерода.
Предпочтительно набухший раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена получают следующим далее образом:
к первой порции растворителя при перемешивании добавляют порошкообразный сверхвысокомолекулярный полиэтилен;
к первой порции растворителя добавляют вторую порцию растворителя и первый эмульгированный растворитель для получения первой смеси;
температуру первой смеси увеличивают до 90~130°C и проводят выдерживание при данной температуре набухания для получения набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
первый эмульгированный растворитель получают из третьей порции растворителя, антиоксиданта и поверхностно-активного вещества в результате эмульгирования; где
массовое соотношение первая порция растворителя:вторая порция растворителя:третья порция растворителя:антиоксидант:поверхностно-активное вещество составляет 45~55:45~55:1~20:0,5~5:0,05~0,1.
Предпочтительно раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена получают при использовании стадий:
второй эмульгированный растворитель, третий эмульгированный растворитель, четвертый эмульгированный растворитель и пятую порцию растворителя при перемешивании добавляют к четвертой порции растворителя для получения второй смеси, которую при перемешивании нагревают до температуры 100~190°C для получения раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
второй эмульгированный растворитель получают из шестой порции растворителя и сверхвысокомолекулярного полиэтилена с пропорцией 1~5:0,4~0,6 в результате эмульгирования;
четвертый эмульгированный растворитель получают из седьмой порции растворителя и антиоксиданта в результате эмульгирования; где
массовое соотношение четвертая порция растворителя:пятая порция растворителя:шестая порция растворителя:седьмая порция растворителя составляет 67~75:15~25:2~10:2~4.
В настоящем изобретении получают характеризующийся высоким уровнем содержания твердого вещества прядильный раствор, содержащий 10~15% масс. сверхвысокомолекулярного полиэтилена, в результате добавления раствора к набухшему раствору и смешивания при перемешивании. Поскольку раствор может исполнять функцию пластификатора для набухшего раствора, вязкость системы прядильного раствора может быть уменьшена, что обеспечивает получение для прядильного раствора лучших текучести и непрерывности прядения, позволяя избежать появления порванной нити и разрыва нити при последующих технологических процессах прядения. Кроме того, добавление раствора к набухшему раствору может обеспечить присутствие в гелевой нити из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, полученного во время процесса прядения гелевого волокна, надлежащего количества точек переплетения цепей, что обеспечивает способность нитей плавно передавать по нитям растягивающее усилие во время последующего процесса вытяжки, реализуя достижение цели в виде сверхвысокой вытяжки, что, тем самым, предотвращает возникновение разрыва нити и обеспечивает наличие согласованных эксплуатационных характеристик у сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для лучшего понимания изобретения нужно обратиться к следующему далее подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления изобретения, но необходимо понимать то, что данное описание сделано только для дополнительного разъяснения признаков и преимуществ изобретения и не предполагает ограничения объема изобретения каким-либо образом.
Данное изобретение предлагает способ получения прядильного раствора для сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, включающий
смешивание раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена с набухшим раствором сверхвысокомолекулярного полиэтилена при массовом соотношении 0,42~2,85 для получения прядильного раствора, в котором содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет 10~15%, причем
содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в набухшем растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет 10~50% масс;
массовое соотношение между сверхвысокомолекулярным полиэтиленом в набухшем растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сверхвысокомолекулярным полиэтиленом в растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет 2,5~70.
В соответствии с настоящим изобретением набухший раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена означает, как это хорошо известно для специалистов в соответствующей области техники, суспензию, полученную после набухания макромолекул сверхвысокомолекулярного полиэтилена под действием небольших молекул растворителя, проникающих и диффундирующих между макромолекулами сверхвысокомолекулярного полиэтилена после смешивания сверхвысокомолекулярного полиэтилена с растворителем; раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена означает, как это хорошо известно для специалистов в соответствующей области техники, раствор, полученный в результате растворения сверхвысокомолекулярного полиэтилена в растворителе.
В соответствии с настоящим изобретением содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в прядильном растворе для сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна составляет предпочтительно 11~14% масс., более предпочтительно 12~13% масс. Содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в набухшем растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет предпочтительно 11~49% масс., более предпочтительно 15~40% масс., а наиболее предпочтительно 20~30% масс. Содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет предпочтительно 0,2~2% масс., более предпочтительно 0,3~1,5% масс., а еще более предпочтительно 0,8~1,2% масс.
В соответствии с настоящим изобретением при получении прядильного раствора в результате смешивания при перемешивании набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена в растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена массовое соотношение между раствором сверхвысокомолекулярного полиэтилена и набухшим раствором сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет предпочтительно 0,42~2,85, более предпочтительно 1,0~2,5, еще более предпочтительно 1,4~1,8. Массовое соотношение между сверхвысокомолекулярным полиэтиленом в набухшем растворе и сверхвысокомолекулярным полиэтиленом в растворе составляет предпочтительно 2,5~70, более предпочтительно 5~50, еще более предпочтительно 10~30. Период перемешивания составляет предпочтительно 20~120 мин, более предпочтительно 45~100 мин, наиболее предпочтительно 60~80 мин.
При получении прядильного раствора в результате смешивания при перемешивании набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена с раствором сверхвысокомолекулярного полиэтилена предпочитается использование следующих далее стадий:
сначала набухший раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена перемешивают в котле для смешивания при обычной температуре и обычном давлении, после этого набухший раствор нагревают до температуры большей, чем температура, при которой происходит фазовое разделение набухшего раствора, предпочтительно на 8~15°С большей, чем температура фазового разделения, более предпочтительно на 10°С большей, чем температура фазового разделения. Температура фазового разделения сверхвысокомолекулярного полиэтилена в общем случае признается специалистами в соответствующей области техники и приблизительно находится в диапазоне от 70°С до 90°С в зависимости от молекулярной массы. В настоящем изобретении после нагревания набухшего раствора до 65~85°С к набухшему раствору добавляют раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена, проводят смешивание и перемешивание для получения прядильного раствора.
В ходе вышеупомянутого процесса получения смешанных набухшего раствора и раствора назначение нагревания набухшего раствора до температуры большей, чем температура фазового разделения, заключается в уменьшении вязкости и увеличении текучести набухшего раствора. После этого в ходе вышеупомянутого процесса перемешивания раствор исполняет функцию пластификатора для набухшего раствора, таким образом, значительно ослабляя значение проблемы с высокой вязкостью системы прядильного раствора и обеспечивая получение для прядильного раствора хороших текучести и непрерывности прядения, что позволяет избежать появления порванной нити и разрыва нити при последующих технологических процессах прядения. Кроме того, добавление раствора к набухшему раствору может обеспечить присутствие в гелевой нити из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, полученной во время процесса прядения гелевого волокна, надлежащего количества точек переплетения, что обеспечивает возможность плавно передавать по нитям растягивающее усилие во время последующего процесса вытяжки, реализуя достижение цели в виде сверхвысокой вытяжки и предотвращения возникновения разрыва нити.
В соответствии с настоящим изобретением при получении набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена предпочитается использовать следующие далее стадии:
к первой порции растворителя при перемешивании добавляют порошкообразный сверхвысокомолекулярный полиэтилен;
к первой порции растворителя добавляют вторую порцию растворителя и первый эмульгированный растворитель для получения первой смеси;
первую смесь нагревают до 90~130°C и выдерживают для набухания для получения набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
первый эмульгированный раствор получают из третьей порции растворителя, антиоксиданта и поверхностно-активного вещества в результате эмульгирования, причем
массовое соотношение первая порция растворителя:вторая порция растворителя:третья порция растворителя:антиоксидант:поверхностно-активное вещество составляет 45~55:45~55:1~20:0,5~5:0,05~0,1, предпочтительно 45~55:45~55:2~10:1~3:0,05~0,1, более предпочтительно 50:50:4~8:1,5~2,5:0,05~0,1.
В соответствии с настоящим изобретением первую порцию эмульгированного растворителя предпочтительно получают в соответствии со следующим далее способом: к третьей порции растворителя добавляют антиоксидант и поверхностно-активное вещество и при перемешивании проводят эмульгирование. Скорость перемешивания составляет предпочтительно 2500 об/мин (оборотов в минуту) ~ 3500 об/мин, более предпочтительно 2750~3250 об/мин. Период перемешивания составляет предпочтительно 20~100 мин, более предпочтительно 30~80 мин, а еще более предпочтительно 40~100 мин.
В соответствии с настоящим изобретением при выдерживании первой смеси для набухания период выдерживания можно регулировать в соответствии со степенью набухания, предпочтительно для обеспечения достижения степенью набухания сверхвысокомолекулярного полиэтилена 1~2, более предпочтительно 1,1~1,8, еще более предпочтительно 1,2~1,6, с последующим прекращением выдерживания. Период выдерживания составляет предпочтительно 30~100 мин, более предпочтительно 40~90 мин, еще более предпочтительно 50~80 мин. Степень набухания η, использующаяся в настоящем документе, может быть рассчитана в соответствии с уравнением I:
η=W<sub>1</sub>/W<sub>2</sub>,
уравнение I,
1
2
1
где W определяют как массу порции набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена по истечении 20 мин вакуумного фильтрования; W определяют как массу подвергнутого вакуумному фильтрованию набухшего материала с массой W после трех раз экстрагирования под действием декалина, а после этого высушивания при 90°С вплоть до достижения постоянной массы.
В соответствии с настоящим изобретением при получении раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена предпочитается использовать следующие далее стадии:
к четвертой порции растворителя добавляют второй эмульгированный растворитель, третий эмульгированный растворитель и пятую порцию растворителя и хорошо перемешивают для получения второй смеси, где скорость перемешивания составляет предпочтительно 2500~3500 об/мин, более предпочтительно 3000 об/мин; а после этого вторую смесь при перемешивании нагревают до 100~190°C для получения раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
второй эмульгированный растворитель получают из шестой порции растворителя и сверхвысокомолекулярного полиэтилена с пропорцией 1~5:0,4~0,6 в результате эмульгирования;
четвертый эмульгированный растворитель получают из седьмой порции растворителя и антиоксиданта в результате эмульгирования, где седьмая порция растворителя составляет предпочтительно 2~4% от совокупной массы растворителя в растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена; антиоксидант составляет предпочтительно 1~8%, более предпочтительно 2~7%, еще более предпочтительно 4~6%, от совокупной массы сверхвысокомолекулярного полиэтилена в растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
В соответствии с настоящим изобретением во время получения раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена массовое соотношение четвертая порция растворителя:пятая порция растворителя:шестая порция растворителя:седьмая порция растворителя составляет 67~75:15~25:2~10:2~4, более предпочтительно 67~75:15~25:3~8:2~4, еще более предпочтительно 67~75:20:4~6:3.
В соответствии с настоящим изобретением получение второго эмульгированного раствора может быть осуществлено в результате деления шестой порции растворителя и сверхвысокомолекулярного полиэтилена на две равные порции и раздельного проведения эмульгирования; период эмульгирования составляет предпочтительно 10~60 мин, более предпочтительно 20~50 мин, а еще более предпочтительно 30~40 мин.
Нагревание второй смеси до 100~190°C при перемешивании для получения раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена предпочтительно проводят в соответствии со следующими далее стадиями: сначала вторую смесь нагревают до 100~150°С, более предпочтительно 120~140°С, и перемешивают при низкой скорости, составляющей предпочтительно 17~25 об/мин, более предпочтительно 18~20 об/мин, вплоть до достижения температурой второй смеси предпочтительно 140~190°C, более предпочтительно 150~180°C; после этого скорость перемешивания увеличивают до 35~45 об/мин, более предпочтительно 38~42 об/мин; и смесь выдерживают при данной температуре для получения раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Период выдерживания составляет предпочтительно 30~100 мин, более предпочтительно 40~80 мин.
Во время получения раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена назначение первоначального нагревания второй смеси и проведения низкоскоростного перемешивания заключается в обеспечении во время нагревания и низкоскоростного перемешивания полного набухания частиц материала исходного сырья сверхвысокомолекулярного полиэтилена, основная часть которых начинает растворяться; к данному моменту времени переплетения цепей между полимерными макромолекулами, по существу, исключатся. Назначение перемешивания при низкой скорости вплоть до достижения температурой второй смеси 140~190°C, предпочтительно достижения ею 150~180°C, а после этого перемешивания при высокой скорости, заключается в облегчении растворения сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
3
В соответствии с настоящим изобретением растворитель, использующийся в настоящем документе, предпочтительно представляет собой смесь, полученную в результате смешивания циклановых и алкановых изомеров с пропорцией 85~90:10~15, где количество атомов углерода циклана и алкана составляет предпочтительно 25~50, более предпочтительно 30~40. Растворителем может быть любой растворитель, использующийся в прядильном растворе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, как это хорошо известно для специалистов в соответствующей области техники, например, может быть использовано белое масло, которое предпочтительно не содержит летучих компонентов ниже 400°С, при этом температура начала кипения предпочтительно является большей, чем 450°С, плотность предпочтительно находится в диапазоне 0,84~0,87 г/см, а температура вспышки предпочтительно является большей, чем 260°С. Белым маслом, использующимся в соответствии с настоящим изобретением, могут быть белое масло № 5, белое масло № 7, белое масло № 10, белое масло № 15, белое масло № 22, белое масло № 26, белое масло № 32, белое масло № 46, белое масло № 68, белое масло № 100 и белое масло № 150, хорошо известные для специалистов в соответствующей области техники. Антиоксидант в настоящем изобретении может представлять собой пространственно затрудненный фенольный антиоксидант и ароматический аминовый антиоксидант, хорошо известные для специалистов в соответствующей области техники; их конкретные примеры могут включать нижеследующее, но не ограничиваются только этим: 2,6-трет-бутил-4-метилфенол, простой бис(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)тиоэфир и пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат]. Поверхностно-активным веществом в настоящем изобретении могут быть анионные, катионные и неионные поверхностно-активные вещества, хорошо известные для специалистов в соответствующей области техники; конкретные примеры могут включать нижеследующее, но не ограничиваются только этим: стеариновая кислота, додецилбензолсульфонат натрия, четвертичные аммониевые соли, жирнокислотные глицериды, сорбитановые жирнокислотные сложные эфиры (Span), полисорбаты (Tween) и тому подобное.
6
6
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен, использующийся в настоящем изобретении, имеет среднемассовую молекулярную массу предпочтительно 3~5×10, более предпочтительно 3,5~4,5×10, а степень нелинейности сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет <5%. В настоящем изобретении предпочтительно используют порошкообразный сверхвысокомолекулярный полиэтилен, характеризующийся гауссовым распределением частиц по размерам, и размер частиц порошков предпочтительно находится в диапазоне от 60 до 200 меш.
В соответствии с настоящим изобретением полученный прядильный раствор для сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна может быть использован для получения сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна в соответствии с технологией прядения гелевого волокна, хорошо известной для специалистов в соответствующей области техники. Одним конкретным примером может быть следующий далее: прядильный раствор подают в двухчервячный экструдер для распутывания волокон, здесь температура на входе в экструдер составляет предпочтительно 85~120°C, температура в средней области составляет 240~280°С, а температура на выходе составляет 280~320°С. Время пребывания суспензии в двухчервячном экструдере является не большим чем 10 мин, предпочтительно время пребывания составляет 3~8 мин, более предпочтительно время пребывания составляет 4~6 мин. Скорость вращения у двухчервячного экструдера составляет 70~260 об/мин, предпочтительно скорость вращения у двухчервячного экструдера составляет 150~230 об/мин. Технологические условия прядения гелевого волокна предпочтительно представляют собой нижеследующее: диаметр поры отверстия фильеры составляет 0,6~5 мм, соотношение длина-диаметр L/D у отверстия фильеры составляет 6/1~30/1, скорость экструдирования прядильного раствора составляет 0,5~10 м/мин; после экструдирования с охлаждением при 0~36°С получают гелевую нить.
После этого гелевую нить перепускают через экстрагирование, и экстрагирующее вещество предпочтительно выбирают из гексана, гептана, толуола, хлорметана, лигроинового растворителя и керосина, при этом керосин является более предпочтительным. Затем нить после экстрагирования высушивают при температуре предпочтительно 40~80°C, после этого высушенную нить подвергают термовытяжке с кратностью 30~130, предпочтительно 40~60, при температуре 70~160°C для получения сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна.
В настоящем изобретении механическое поведение волокна подвергают испытанию в соответствии со следующим далее методом: использование электронной разрывной машины DXLL-20000 для измерения прочности и модуля упругости волокна при расстоянии между зажимами 250 мм и скорости падения 50 мм/мин.
1
2
n
Рабочую характеристику для каждого образца: регистрируют в виде Х, Х,..., X, в совокупности испытаниям подвергают n образцов;
эксплуатационные характеристики образца получают как среднее арифметическое значение рабочих характеристик n образцов, то есть:
,
i
где X представляет собой рабочую характеристику i-го образца; n представляет собой количество образцов.
Среднеквадратическое отклонение (S) рассчитывают в соответствии со следующим далее уравнением:
,
где S представляет собой среднеквадратическое отклонение, а другие символы представляют собой то, что определено в уравнении II;
коэффициент изменчивости (CV) рассчитывают в соответствии со следующим далее уравнением:
,
где CV представляет собой коэффициент изменчивости, а другие символы представляют собой то, что определено в уравнении II.
Для лучшего понимания изобретения нужно обратиться к следующему далее подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления изобретения, но необходимо понимать то, что данное описание сделано только для дополнительного разъяснения признаков и преимуществ изобретения, не ограничивая одновременно объем изобретения каким-либо образом.
W
6
Для лучшего сопоставления результатов одни и те же материалы исходного сырья используют в следующих далее примерах и сравнительных примерах. Использующийся сверхвысокомолекулярный полиэтилен характеризуется среднемассовой молекулярной массой M 4,2×10 и размером частиц 80~120 мкм. Использующийся растворитель представляет собой белое масло № 120.
Пример 1
(1) Получение набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
В котел для набухания загружали и перемешивали при 20 об/мин 50 массовых частей первой порции белого масла, после этого при перемешивании проводили его равномерное распыление на 30 массовых частях порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
к 4 массовым частям третьей порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 1,5 массовой части 2,6-трет-бутил-4-метилфенола (антиоксиданта) и 0,06 массовой части додецилбензолсульфоната натрия (поверхностно-активного вещества) в целях получения первого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания составляла 3000 об/мин, а период эмульгирования составлял 40 мин;
в котел для набухания добавляли первый эмульгированный растворитель и 50 массовых частей второй порции белого масла, получающуюся в результате смесь при перемешивании нагревали до 105°С и выдерживали в течение 50 мин, после этого получали набухший раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена со степенью набухания 1,23, где массовая доля сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляла 22%.
В данном набухшем растворе массовое соотношение между первой порцией белого масла, второй порцией белого масла и третьей порцией белого масла составляло 52:48:4.
(2) Получение раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
4 массовые части шестой порции белого масла и 1,1 массовой части порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена разделяли на две равные порции для раздельного проведения эмульгирования, таким образом, получали второй эмульгированный растворитель, где период эмульгирования составлял 30 мин, и скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин;
к 3 массовым частям седьмой порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 0,04 массовой части 2,6-трет-бутил-4-метилфенола (антиоксиданта) в целях получения четвертого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин, а период эмульгирования составлял 40 мин;
в котел для растворения загружали и перемешивали при 40 об/мин 67 массовых частей четвертой порции белого масла, после этого добавляли и смешивали второй эмульгированный растворитель, третий эмульгированный растворитель, четвертый эмульгированный растворитель и 20 массовых частей пятой порции белого масла, смесь нагревали до 130°С и перемешивали при 19 об/мин, затем при достижении температурой материала 160°С скорость перемешивания увеличивали до 40 об/мин и температуру выдерживали в течение 50 мин, после этого получали раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
в данном растворе массовое соотношение между четвертой порцией белого масла, пятой порцией белого масла, шестой порцией белого масла и седьмой порцией белого масла составляло 67:20:4:3.
(3) Получение прядильного раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Набухший раствор, полученный на стадии (1), перемешивали в котле для набухания при комнатной температуре, после этого набухший раствор нагревали до 90°С и добавляли раствор, полученный на стадии (2), после перемешивания в течение 70 мин получали прядильный раствор сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, в котором массовое соотношение между набухшим раствором и раствором составляло 1:1,1, массовое соотношение между сверхвысокомолекулярным полиэтиленом в набухшем растворе и сверхвысокомолекулярным полиэтиленом в растворе составляло 17,2, а содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в прядильном растворе, полученном в результате, составляло 11,1% масс.
Пример 2
(1) Получение набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
В котел для набухания загружали и перемешивали при 25 об/мин 52 массовые части первой порции белого масла, после этого при перемешивании проводили его равномерное распыление на 30 массовых частях порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
к 4 массовым частям третьей порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 1,4 массовой части простого бис(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)тиоэфира (антиоксиданта) и 0,07 массовой части продукта Span 80 (поверхностно-активного вещества) в целях получения первого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания составляла 3000 об/мин, а период эмульгирования составлял 35 мин;
в котел для набухания добавляли первый эмульгированный растворитель и 48 массовых частей второй порции белого масла, получающуюся в результате смесь при перемешивании нагревали до 110°С и выдерживали в течение 50 мин, после этого получали набухший раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена со степенью набухания 1,31, где массовая доля сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляла 22%.
В данном набухшем растворе массовое соотношение между первой порцией белого масла, второй порцией белого масла и третьей порцией белого масла составляло 50:50:4.
(2) Получение раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
4 массовые части шестой порции белого масла и 1,1 массовой части порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена разделяли на две равные порции для раздельного проведения эмульгирования, таким образом, получали второй эмульгированный растворитель, где период эмульгирования составлял 35 мин, и скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин;
к 3,2 массовой части седьмой порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 0,04 массовой части 2,6-трет-бутил-4-метилфенола (антиоксиданта) в целях получения четвертого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин, а период эмульгирования составлял 30 мин;
в котел для растворения загружали и перемешивали при 40 об/мин 67 массовых частей четвертой порции белого масла, после этого добавляли и смешивали второй эмульгированный растворитель, третий эмульгированный растворитель, четвертый эмульгированный растворитель и 20 массовых частей пятой порции белого масла, смесь нагревали до 120°С и перемешивали при 19 об/мин, затем при достижении температурой материала 150°С скорость перемешивания увеличивали до 40 об/мин и температуру выдерживали в течение 50 мин, после этого получали раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
в данном растворе массовое соотношение между четвертой порцией белого масла, пятой порцией белого масла, шестой порцией белого масла и седьмой порцией белого масла составляло 67:20:4:3,2.
(3) Получение прядильного раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Набухший раствор, полученный на стадии (1), перемешивали в котле для набухания при комнатной температуре, после этого набухший раствор нагревали до 90°С и добавляли раствор, полученный на стадии (2), после перемешивания в течение 70 мин получали прядильный раствор сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, в котором массовое соотношение между набухшим раствором и раствором составляло 1:1,2, а содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в полученном прядильном растворе составляло 10,7% масс.
Пример 3
(1) Получение набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
В котел для набухания загружали и перемешивали при 26 об/мин 51 массовую часть первой порции белого масла, после этого при перемешивании проводили его равномерное распыление на 22 массовых частях порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
к 8 массовым частям третьей порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 2,5 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) и 0,1 массовой части продукта Span 80 (поверхностно-активного вещества) в целях получения первого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания составляла 2800 об/мин, а период эмульгирования составлял 40 мин;
в котел для набухания добавляли первый эмульгированный растворитель и 49 массовых частей второй порции белого масла, получающуюся в результате смесь при перемешивании нагревали до 115°С и выдерживали в течение 80 мин, после этого получали набухший раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена со степенью набухания 1,62, где массовая доля сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляла 16,5%.
В данном набухшем растворе массовое соотношение между первой порцией белого масла, второй порцией белого масла и третьей порцией белого масла составляло 51:49:8.
(2) Получение раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
6 массовых частей шестой порции белого масла и 1,2 массовой части порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена разделяли на две равные порции для раздельного проведения эмульгирования, таким образом, получали второй эмульгированный растворитель, где период эмульгирования составлял 35 мин, и скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин;
к 3,2 массовой части седьмой порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 0,04 массовой части 2,6-трет-бутил-4-метилфенола (антиоксиданта) в целях получения четвертого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин, а период эмульгирования составлял 30 мин;
в котел для растворения загружали и перемешивали при 40 об/мин 67 массовых частей четвертой порции белого масла, после этого добавляли и смешивали второй эмульгированный растворитель, третий эмульгированный растворитель, четвертый эмульгированный растворитель и 20 массовых частей пятой порции белого масла, смесь нагревали до 130°С и перемешивали при 19 об/мин, затем при достижении температурой материала 180°С скорость перемешивания увеличивали до 40 об/мин и температуру выдерживали в течение 40 мин, после этого получали раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
в данном растворе массовое соотношение между четвертой порцией белого масла, пятой порцией белого масла, шестой порцией белого масла и седьмой порцией белого масла составляло 68:20:6:3,2.
(3) Получение прядильного раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Набухший раствор, полученный на стадии (1), перемешивали в котле для набухания при комнатной температуре, после этого набухший раствор нагревали до 89°С и добавляли раствор, полученный на стадии (2), после перемешивания в течение 70 мин получали прядильный раствор сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, в котором массовое соотношение между набухшим раствором и раствором составляло 1:0,56, а содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в полученном прядильном растворе составляло 11,2% масс.
Пример 4
(1) Получение набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
В котел для набухания загружали и перемешивали при 26 об/мин 49 массовых частей первой порции белого масла, после этого при перемешивании проводили его равномерное распыление на 36 массовых частях порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
к 4 массовым частям третьей порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 1,5 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) и 0,06 массовой части продукта Span 80 (поверхностно-активного вещества) в целях получения первого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания составляла 3200 об/мин, а период эмульгирования составлял 60 мин;
в котел для набухания добавляли первый эмульгированный растворитель и 51 массовую часть второй порции белого масла, получающуюся в результате смесь при перемешивании нагревали до 120°С и выдерживали в течение 75 мин, после этого получали набухший раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена со степенью набухания 1,51, где массовая доля сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляла 25,4%.
В данном набухшем растворе массовое соотношение между первой порцией белого масла, второй порцией белого масла и третьей порцией белого масла составляло 49:51:4.
(2) Получение раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
6 массовых частей шестой порции белого масла и 1,2 массовой части порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена разделяли на две равные порции для раздельного проведения эмульгирования, таким образом, получали второй эмульгированный растворитель, где период эмульгирования составлял 35 мин, и скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин;
к 3 массовым частям седьмой порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 0,04 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) в целях получения четвертого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин, а период эмульгирования составлял 40 мин;
в котел для растворения загружали и перемешивали при 40 об/мин 67 массовых частей четвертой порции белого масла, после этого добавляли и смешивали второй эмульгированный растворитель, третий эмульгированный растворитель, четвертый эмульгированный растворитель и 20 массовых частей пятой порции белого масла, смесь нагревали до 140°С и перемешивали при 20 об/мин, затем при достижении температурой материала 170°С скорость перемешивания увеличивали до 42 об/мин и температуру выдерживали в течение 40 мин, после этого получали раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
в данном растворе массовое соотношение между четвертой порцией белого масла, пятой порцией белого масла, шестой порцией белого масла и седьмой порцией белого масла составляло 67:20:4:3.
(3) Получение прядильного раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Набухший раствор, полученный на стадии (1), перемешивали в котле для набухания при комнатной температуре, после этого набухший раствор нагревали до 90°С и добавляли раствор, полученный на стадии (2), после перемешивания в течение 60 мин получали прядильный раствор сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, в котором массовое соотношение между набухшим раствором и раствором составляло 1:1,62, а содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в полученном прядильном растворе составляло 10,5% масс.
Пример 5
(1) Получение набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
В котел для набухания загружали и перемешивали при 26 об/мин 55 массовых частей первой порции белого масла, после этого при перемешивании проводили его равномерное распыление на 45 массовых частях порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
к 5 массовым частям третьей порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 2,5 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) и 0,06 массовой части продукта Span 80 (поверхностно-активного вещества) в целях получения первого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания составляла 3200 об/мин, а период эмульгирования составлял 40 мин;
в котел для набухания добавляли первый эмульгированный растворитель и 45 массовых частей второй порции белого масла, получающуюся в результате смесь при перемешивании нагревали до 105°С и выдерживали в течение 65 мин, после этого получали набухший раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена со степенью набухания 1,26, где массовая доля сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляла 22,9%.
В данном набухшем растворе массовое соотношение между первой порцией белого масла, второй порцией белого масла и третьей порцией белого масла составляло 55:45:5.
(2) Получение раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
4 массовые части шестой порции белого масла и 1,2 массовой части порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена разделяли на две равные порции для раздельного проведения эмульгирования, таким образом, получали второй эмульгированный растворитель, где период эмульгирования составлял 35 мин, и скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин;
к 3 массовым частям восьмой порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 0,04 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) в целях получения четвертого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин, а период эмульгирования составлял 50 мин;
в котел для растворения загружали и перемешивали при 40 об/мин 70 массовых частей четвертой порции белого масла, после этого добавляли и смешивали второй эмульгированный растворитель, третий эмульгированный растворитель, четвертый эмульгированный растворитель и 20 массовых частей пятой порции белого масла, смесь нагревали до 120°С и перемешивали при 20 об/мин, затем при достижении температурой материала 150°С скорость перемешивания увеличивали до 42 об/мин и температуру выдерживали в течение 40 мин, после этого получали раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
в данном растворе массовое соотношение между четвертой порцией белого масла, пятой порцией белого масла, шестой порцией белого масла и седьмой порцией белого масла составляло 70:20:5:3.
(3) Получение прядильного раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Набухший раствор, полученный на стадии (1), перемешивали в котле для набухания при комнатной температуре, после этого набухший раствор нагревали до 91°С и добавляли раствор, полученный на стадии (2), после перемешивания в течение 70 мин получали прядильный раствор сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, в котором массовое соотношение между набухшим раствором и раствором составляло 1:1,9, а содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в полученном прядильном растворе составляло 11% масс.
Пример 6
(1) Получение набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
В котел для набухания загружали и перемешивали при 26 об/мин 45 массовых частей первой порции белого масла, после этого при перемешивании проводили его равномерное распыление на 40 массовых частях порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
к 10 массовым частям третьей порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 1,7 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) и 0,07 массовой части продукта Span 80 (поверхностно-активного вещества) в целях получения первого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания составляла 3200 об/мин, а период эмульгирования составлял 35 мин;
в котел для набухания добавляли первый эмульгированный растворитель и 55 массовых частей второй порции белого масла, получающуюся в результате смесь при перемешивании нагревали до 105°С и выдерживали в течение 65 мин, после этого получали набухший раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена со степенью набухания 1,38, где массовая доля сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляла 18,2%.
В данном набухшем растворе массовое соотношение между первой порцией белого масла, второй порцией белого масла и третьей порцией белого масла составляло 45:55:10.
(2) Получение раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
7 массовых частей шестой порции белого масла и 1,05 массовой части порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена эмульгировали для получения второго эмульгированного растворителя, где период эмульгирования составлял 35 мин, и скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин;
к 2,5 массовой части восьмой порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 0,03 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) в целях получения четвертого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин, а период эмульгирования составлял 50 мин;
в котел для растворения загружали и перемешивали при 40 об/мин 69 массовых частей четвертой порции белого масла, после этого добавляли и смешивали второй эмульгированный растворитель, третий эмульгированный растворитель, четвертый эмульгированный растворитель и 18 массовых частей пятой порции белого масла, смесь нагревали до 125°С и перемешивали при 20 об/мин, затем при достижении температурой материала 165°С скорость перемешивания увеличивали до 42 об/мин и температуру выдерживали в течение 40 мин, после этого получали раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
в данном растворе массовое соотношение между четвертой порцией белого масла, пятой порцией белого масла, шестой порцией белого масла и седьмой порцией белого масла составляло 69:18:7:2,5.
(3) Получение прядильного раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Набухший раствор, полученный на стадии (1), перемешивали в котле для набухания при комнатной температуре, после этого набухший раствор нагревали до 90°С и добавляли раствор, полученный на стадии (2), после перемешивания в течение 70 мин получали прядильный раствор сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, в котором массовое соотношение между набухшим раствором и раствором составляло 1:1,2, а содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в полученном прядильном растворе составляло 12,6% масс.
Пример 7
(1) Получение набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
В котел для набухания загружали и перемешивали при 26 об/мин 48 массовых частей первой порции белого масла, после этого при перемешивании проводили его равномерное распыление на 35 массовых частях порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
К 6 массовым частям третьей порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 1,8 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) и 0,07 массовой части продукта Span 80 (поверхностно-активного вещества) в целях получения первого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания составляла 3200 об/мин, а период эмульгирования составлял 37 мин;
в котел для набухания добавляли первый эмульгированный растворитель и 52 массовые части второй порции белого масла, получающуюся в результате смесь при перемешивании нагревали до 100°С и выдерживали в течение 65 мин, после этого получали набухший раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена со степенью набухания 1,43, где массовая доля сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляла 24,5%.
В данном набухшем растворе массовое соотношение между первой порцией белого масла, второй порцией белого масла и третьей порцией белого масла составляло 45:55:6.
(2) Получение раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
7 массовых частей шестой порции белого масла и 1,13 массовой части порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена разделяли на две равные порции для раздельного проведения эмульгирования, таким образом, получали второй эмульгированный растворитель, где период эмульгирования составлял 35 мин, и скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин;
к 3,3 массовой части седьмой порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 0,05 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) в целях получения четвертого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин, а период эмульгирования составлял 45 мин;
в котел для растворения загружали и перемешивали при 40 об/мин 70 массовых частей четвертой порции белого масла, после этого добавляли и смешивали второй эмульгированный растворитель, третий эмульгированный растворитель, четвертый эмульгированный растворитель и 21 массовую часть пятой порции белого масла, смесь нагревали до 135°С и перемешивали при 20 об/мин, затем при достижении температурой материала 171°С скорость перемешивания увеличивали до 42 об/мин и температуру выдерживали в течение 40 мин, после этого получали раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
в данном растворе массовое соотношение между четвертой порцией белого масла, пятой порцией белого масла, шестой порцией белого масла и седьмой порцией белого масла составляло 71:21:7:3,3.
(3) Получение прядильного раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Набухший раствор, полученный на стадии (1), перемешивали в котле для набухания при комнатной температуре, после этого набухший раствор нагревали до 88°С и добавляли раствор, полученный на стадии (2), после перемешивания в течение 60 мин получали прядильный раствор сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, в котором массовое соотношение между набухшим раствором и раствором составляло 1:1,4, а содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в полученном прядильном растворе составляло 10,9% масс.
Пример 8
(1) Получение набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
В котел для набухания загружали и перемешивали при 26 об/мин 55 массовых частей первой порции белого масла, после этого при перемешивании проводили его равномерное распыление на 40 массовых частях порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
к 7 массовым частям третьей порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 1,9 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) и 0,05 массовой части продукта Span 80 (поверхностно-активного вещества) в целях получения первого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания составляла 3200 об/мин, а период эмульгирования составлял 60 мин;
в котел для набухания добавляли первый эмульгированный растворитель и 46 массовых частей второй порции белого масла, получающуюся в результате смесь при перемешивании нагревали до 120°С и выдерживали в течение 65 мин, после этого получали набухший раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена со степенью набухания 1,53, где массовая доля сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляла 26,6%.
В данном набухшем растворе массовое соотношение между первой порцией белого масла, второй порцией белого масла и третьей порцией белого масла составляло 55:46:7.
(2) Получение раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
7 массовых частей шестой порции белого масла и 1,13 массовой части порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена разделяли на две равные порции для раздельного проведения эмульгирования, таким образом, получали второй эмульгированный растворитель, где период эмульгирования составлял 35 мин, и скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин;
к 3,5 массовой части восьмой порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 0,05 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) в целях получения четвертого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин, а период эмульгирования составлял 38 мин;
в котел для растворения загружали и перемешивали при 40 об/мин 65 массовых частей четвертой порции белого масла, после этого добавляли и смешивали второй эмульгированный растворитель, третий эмульгированный растворитель, четвертый эмульгированный растворитель и 22 массовые части пятой порции белого масла, смесь нагревали до 130°С и перемешивали при 20 об/мин, затем при достижении температурой материала 176°С скорость перемешивания увеличивали до 42 об/мин и температуру выдерживали в течение 40 мин, после этого получали раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
в данном растворе массовое соотношение между четвертой порцией белого масла, пятой порцией белого масла, шестой порцией белого масла и седьмой порцией белого масла составляло 65:22:7:3,5.
(3) Получение прядильного раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Набухший раствор, полученный на стадии (1), перемешивали в котле для набухания при комнатной температуре, после этого набухший раствор нагревали до 92°С и добавляли раствор, полученный на стадии (2), после перемешивания в течение 70 мин получали прядильный раствор сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, в котором массовое соотношение между набухшим раствором и раствором составляло 1:1,6, а содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в полученном прядильном растворе составляло 10,9% масс.
Пример 9
(1) Получение набухшего раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
В котел для набухания загружали и перемешивали при 26 об/мин 45 массовых частей первой порции белого масла, после этого при перемешивании проводили его равномерное распыление на 45 массовых частях порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
К 15 массовым частям третьей порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 3,5 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) и 0,05 массовой части продукта Span 80 (поверхностно-активного вещества) в целях получения первого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания составляла 3200 об/мин, а период эмульгирования составлял 60 мин;
в котел для набухания добавляли первый эмульгированный растворитель и 55 массовых частей второй порции белого масла, получающуюся в результате смесь при перемешивании нагревали до 130°С и выдерживали в течение 65 мин, после этого получали набухший раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена со степенью набухания 1,58, где массовая доля сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляла 27,5%.
В данном набухшем растворе массовое соотношение между первой порцией белого масла, второй порцией белого масла и третьей порцией белого масла составляло 45:55:15.
(2) Получение раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
7 массовых частей шестой порции белого масла и 1,14 массовой части порошкообразного сверхвысокомолекулярного полиэтилена разделяли на две равные порции для раздельного проведения эмульгирования, таким образом, получали второй эмульгированный растворитель, где период эмульгирования составлял 35 мин, и скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин;
к 4,5 массовой части восьмой порции белого масла добавляли и перемешивали для эмульгирования 0,07 массовой части пентаэритриттетра[β-(3,5-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионата] (антиоксиданта) в целях получения четвертого эмульгированного растворителя, где скорость перемешивания во время эмульгирования составляла 3000 об/мин, а период эмульгирования составлял 40 мин;
в котел для растворения загружали и перемешивали при 40 об/мин 68 массовых частей четвертой порции белого масла, после этого добавляли и смешивали второй эмульгированный растворитель, третий эмульгированный растворитель, четвертый эмульгированный растворитель и 22 массовые части пятой порции белого масла, смесь нагревали до 132°С и перемешивали при 20 об/мин, затем при достижении температурой материала 155°С скорость перемешивания увеличивали до 42 об/мин и температуру выдерживали в течение 40 мин, после этого получали раствор сверхвысокомолекулярного полиэтилена;
в данном растворе массовое соотношение между четвертой порцией белого масла, пятой порцией белого масла, шестой порцией белого масла и седьмой порцией белого масла составляло 68:22:7:4,5.
(3) Получение прядильного раствора сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Набухший раствор, полученный на стадии (1), перемешивали в котле для набухания при комнатной температуре, после этого набухший раствор нагревали до 90°С и добавляли раствор, полученный на стадии (2), после перемешивания в течение 70 мин получали прядильный раствор сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, в котором массовое соотношение между набухшим раствором и раствором составляло 1:1,8, а содержание сверхвысокомолекулярного полиэтилена в полученном прядильном растворе составляло 10,5% масс.
Сравнительный пример 1
7 массовых частей сверхвысокомолекулярного полиэтилена и 93 массовые части белого масла перемешивали в первом котле для набухания при 65°С в течение 24 часов, после этого переводили во второй котел для набухания и перемешивали при 75°С в течение 12 часов, после этого переводили в третий котел для набухания и перемешивали при 110°С в течение 12 часов (скорости перемешивания в вышеупомянутых трех котлах для набухания во всех случаях составляли 5 об/мин), затем принудительно охлаждали до 70°С и получали прядильный раствор, характеризующийся уровнем содержания твердого вещества 7%.
Сравнительный пример 2
Набухший раствор, характеризующийся уровнем содержания сверхвысокомолекулярного полиэтилена 8%, получали в соответствии со способом получения набухшего раствора в примере 1 для использования в качестве прядильного раствора.
Сравнительный пример 3
Набухший раствор, характеризующийся уровнем содержания сверхвысокомолекулярного полиэтилена 10%, получали в соответствии со способом получения набухшего раствора в примере 2 для использования в качестве прядильного раствора.
Эксперимент 1 по прядению
Прядильные растворы, полученные в примерах 1-9 и сравнительных примерах 1-3, использовали при прядении в соответствии с одним и тем же способом получения сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, и конкретный способ прядения представлял собой нижеследующее:
прядильный раствор подавали в двухчервячный экструдер для распутывания макромолекул, здесь температура на входе в экструдер составляла 100°C, температура в средней области составляет 260°С, а температура на выходе составляет 290°С. Время пребывания в двухчервячном экструдере составляло 5 мин, а скорость вращения у экструдера составляла 190 об/мин. После распутывания волокон и экструдирования суспензии при использовании двухчервячного экструдера получали прозрачный раствор геля. Раствор геля перепускали через дозирующий насос и экструдировали при скорости вращения 1 м/мин через пластину фильеры, имеющую 400 отверстий (диаметр отверстия фильеры 1 мм, соотношение длина-диаметр L/D 10/1), в водяной канал при температуре 25°С, после этого нить отверждали и получали гелевую нить. Таким образом, полученную гелевую нить подвергали экстрагированию под действием керосина и после этого перепускали через двухступенчатое высушивание, соответственно, при 55°С и 60°С. Высушенную гелевую нить подвергали трехступенчатой термовытяжке, как это подробно описывается ниже: вытяжку первой ступени проводили при 100°С, и кратность вытяжки составляла 2,5; вытяжку второй ступени проводили при 120°С, и кратность вытяжки составляла 3,8; вытяжку третьей ступени проводили при 130°С, и кратность вытяжки составляла 4,4. После данной вытяжки третьей ступени для гелевой нити получали сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно.
Отбирали образцы для проведения испытания на механическое поведение. Каждый раз отбирали десять образцов и приводили среднее значение. Результаты продемонстрированы в представленной ниже таблице 1.
Таблица 1Результаты испытания для определения эксплуатационных характеристик сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых волокон, полученных в эксперименте 1 по прядению
Прочность (сН/дтекс)
Значение CV для прочности (%)
Модуль упругости (сН/дтекс)
Пример 1
31,2
2,8
1277
Пример 2
32,1
2,7
1282
Пример 3
31,6
3,1
1282
Пример 4
34,3
2,4
1335
Пример 5
32,5
2,5
1305
Пример 6
32,1
2,8
1295
Пример 7
32,7
3,1
1312
Пример 8
33,6
2,8
1320
Пример 9
33,2
3,1
1332
Сравнительный пример 1
28,6
5,2
810
Сравнительный пример 2
28,3
4,9
795
Сравнительный пример 3
28,4
4,8
786
Как можно видеть из таблицы 1, сверхвысокомолекулярные полиэтиленовые волокна, полученные в одних и тех же условиях прядения из прядильных растворов, полученных в соответствии с настоящим изобретением, демонстрируют низкие значения CV и характеризуются высокой воспроизводимостью волокна.
Эксперимент 2 по прядению
Прядильные растворы, полученные в примерах 1-9 и сравнительных примерах 1-3, использовали при прядении в соответствии с одним и тем же способом получения сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, и конкретный способ прядения представлял собой нижеследующее:
прядильный раствор подавали в двухчервячный экструдер для распутывания макромолекул, здесь температура на входе в экструдер составляла 95°C, температура в средней области составляет 270°С, а температура на выходе составляет 295°С. Время пребывания в двухчервячном экструдере составляло 6 мин, а скорость вращения у экструдера составляла 175 об/мин. После распутывания волокон и экструдирования суспензии при использовании двухчервячного экструдера получали прозрачный раствор геля. Раствор геля перепускали через дозирующий насос и экструдировали при скорости вращения 1,1 м/мин через пластину фильеры, имеющую 400 отверстий (диаметр отверстия фильеры 1 мм, соотношение длина-диаметр L/D 10/1), в водяной канал при температуре 25°С, после этого нить отверждали и получали гелевую нить. Таким образом, полученную гелевую нить подвергали экстрагированию под действием керосина и после этого перепускали через двухступенчатое высушивание, соответственно, при 54°С и 61°С. Высушенную гелевую нить подвергали трехступенчатой термовытяжке, как это подробно описывается ниже: вытяжку первой ступени проводили при 100°С, и кратность вытяжки составляла 2,9; вытяжку второй ступени проводили при 120°С, и кратность вытяжки составляла 4,4; вытяжку третьей ступени проводили при 128°С, и кратность вытяжки составляла 3,1. После данной вытяжки третьей ступени для гелевой нити получали сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно.
Отбирали образцы для проведения испытания на механическое поведение. Каждый раз отбирали десять образцов и приводили среднее значение. Результаты продемонстрированы в представленной ниже таблице 2.
Таблица 2Результаты испытания для определения эксплуатационных характеристик сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых волокон, полученных в эксперименте 2 по прядению
Прочность (сН/дтекс)
Значение CV для прочности (%)
Модуль упругости (сН/дтекс)
Пример 1
31,5
2,9
1268
Пример 2
32,5
2,9
1279
Пример 3
30,9
2,9
1295
Пример 4
33,9
2,8
1328
Пример 5
33,1
2,6
1310
Пример 6
31,8
2,7
1289
Пример 7
31,7
3,2
1323
Пример 8
32,6
3,6
1315
Пример 9
32,2
2,9
1318
Сравнительный пример 1
28,4
5,3
795
Сравнительный пример 2
28,4
4,5
816
Сравнительный пример 3
28,1
4,5
775
Как можно видеть из таблицы 2, сверхвысокомолекулярные полиэтиленовые волокна, полученные в одних и тех же условиях прядения из прядильных растворов, полученных в соответствии с настоящим изобретением, демонстрируют низкие значения CV и характеризуются высокой воспроизводимостью волокна.
Выше было представлено подробное описание прядильного раствора для сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна, полученного в настоящем изобретении. Для иллюстрации принципа и вариантов осуществления настоящего изобретения приводятся конкретные примеры, однако данные примеры представлены в целях лучшего понимания способов изобретения и его базовых концепций. Необходимо отметить то, что без отклонения от принципа изобретения могут быть осуществлены некоторые усовершенствования и модифицирования настоящего изобретения, которые предполагают попадание в объем, определенный формулой изобретения настоящего изобретения.