一种高强度纤维的生产工艺的制作方法

本发明涉及高强度纤维技术领域，尤其涉及一种高强度纤维的生产工艺。

背景技术：

目前，合成纤维市场上主要包含常规纤维和高性能纤维两类产品。常规纤维，如涤纶、锦纶、丙纶及腈纶等力学性能相对较差，一般其拉伸断裂强度小于10cn/dtex。高性能纤维则主要包含超高分子量聚乙烯纤维、芳纶以及碳纤维三种产品，其力学性能远优于常规纤维，其中超高分子量聚乙烯纤维由于其较低的密度而成为比强度最高的材料，如在相同质量下，超高分子量聚乙烯纤维的强度是钢丝绳的15倍，比芳纶还要高40%，目前所报道的超高分子量聚乙烯纤维的拉伸断裂强度最高能达到45cn/dtex以上。

但是，由于超高分子量聚乙烯纤维过高的分子量导致其加工性能很差，因而制备超高分子量聚乙烯纤维需要采用特殊的凝胶纺丝法生产。该法是将超高分子量聚乙烯溶于某种溶剂中，如石蜡油或十氢萘，形成具有较低缠结密度的聚乙烯凝胶，然后利用该凝胶进。行挤出牵伸纺丝。一方面，凝胶纺丝法生产得到的超高分子量聚乙烯纤维力学强度高；另一方面，由于超高分子量聚乙烯加工性能差，该法制备的凝胶中超高分子量聚乙烯的浓度一般限制在2-5wt%，故其生产效率低，生产成本高，所以超高分子量聚乙烯纤维的应用主要集中于国防军工以及航空航天等领域。

与此同时，对于众多民用领域，如劳保用品、体育用品、船舶缆绳等，对价格较低的高强度纤维的需求量越来越高。因此改善超高分子量聚乙烯的加工性能，降低超高分子量聚乙烯纤维的生产成本，以扩宽其应用市场将具有重要意义。

因此，我们提出了一种高强度纤维的生产工艺用于解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高强度纤维的生产工艺。

一种高强度纤维的生产工艺，包括以下步骤：

s1、凹凸棒石改性：利用稀酸对凹凸棒石浸泡12h-24h，完毕后，去离子水洗净，再用氢氧化钠溶液对凹凸棒石浸泡1h-2h，完毕后，再次用去离子水洗净，最后再利用稀酸对凹凸棒石浸泡0.5h-1h，完毕后，去离子水洗净、烘干；

s2、制备凹凸棒石分散液：将改性的凹凸棒石与偶联剂、非离子表面活性剂投入到白油介质中，利用强力乳化机进行乳化；

s3、制备超高分子量聚乙烯悬浮液：将超高分子量聚乙烯原料与溶剂白油投入混合釜中搅拌制成均匀的悬浮液；

s4、原料的混合：将制备好的凹凸棒石分散液加入到超高分子量聚乙烯悬浮液内，配制成纺丝原液，搅拌均匀，在线高剪切乳化剂中混合均化，形成介质均匀的悬浊液，再利用超声波处理10min-15min；

s5、挤出成型：将上述处理后的物料导入双螺杆挤出机中，气动蠕动泵，调节蠕动泵转速为10-12rpm，挤出结束后，将挤出产物晾干即可。

优选的，所述s1中，稀酸为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸和稀磷酸中的一种。

优选的，所述s1中，两次稀酸处理过程中稀酸的浓度相同，稀酸的浓度为0.05mol/l-0.2mol/l，氢氧化钠溶液的浓度为0.5mol/l-1mol/l。

优选的，所述s2中，凹凸棒石在白油中的浓度为5%；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂；用量为凹凸棒石的0.5%-1%；所述非离子表面活性剂为聚乙二醇醚类非离子表面活性剂，用量为凹凸棒石的1%-3%；所述白油为c18-c22的烷烃，40℃下的运动粘度70cst-75cst。

优选的，所述s2中，乳化时间2h-4h。

优选的，所述s3中，所述超高分子量聚乙烯原料分子量260万-300万，超高分子量聚乙烯在白油中的浓度为8-10%；所述混合釜的保温温度为65℃；所述搅拌时问2h-4h，搅拌转速60rpm。

优选的，所述s5中，所述双螺杆挤出机的设定参数为螺杆转速90rpm-110rpm，喂料速度为25rpm-30rpm，切料速度为400rpm-430rpm。

优选的，所述s5中，挤出完毕后，将挤出产物在真空环境下，利用微波处理3s-6s。

优选的，一种高强度纤维，采用上生产工艺制得。

本发明的有益效果是：通过凹凸棒石的棒状结构，在改善超高分子量聚乙烯纤维加工性能的同时，还能够有效的降低生产成本，且最终产品的拉伸断裂强高，便于产品的推广和使用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例1中，一种高强度纤维的生产工艺，包括以下步骤：

s1、凹凸棒石改性：利用稀酸对凹凸棒石浸泡12h，完毕后，去离子水洗净，再用氢氧化钠溶液对凹凸棒石浸泡1h，完毕后，再次用去离子水洗净，最后再利用稀酸对凹凸棒石浸泡0.5h，完毕后，去离子水洗净、烘干；

s2、制备凹凸棒石分散液：将改性的凹凸棒石与偶联剂、非离子表面活性剂投入到白油介质中，利用强力乳化机进行乳化；

s3、制备超高分子量聚乙烯悬浮液：将超高分子量聚乙烯原料与溶剂白油投入混合釜中搅拌制成均匀的悬浮液；

s4、原料的混合：将制备好的凹凸棒石分散液加入到超高分子量聚乙烯悬浮液内，配制成纺丝原液，搅拌均匀，在线高剪切乳化剂中混合均化，形成介质均匀的悬浊液，再利用超声波处理10min；

s5、挤出成型：将上述处理后的物料导入双螺杆挤出机中，气动蠕动泵，调节蠕动泵转速为10rpm，挤出结束后，将挤出产物晾干即可。

进一步的，s1中，稀酸为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸和稀磷酸中的一种。

进一步的，s1中，两次稀酸处理过程中稀酸的浓度相同，稀酸的浓度为0.05mol/l，氢氧化钠溶液的浓度为0.5mol/l。

进一步的，s2中，凹凸棒石在白油中的浓度为5%；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂；用量为凹凸棒石的0.5%；所述非离子表面活性剂为聚乙二醇醚类非离子表面活性剂，用量为凹凸棒石的1%；所述白油为c18的烷烃，40℃下的运动粘度70cst。

进一步的，s2中，乳化时间2h。

进一步的，s3中，所述超高分子量聚乙烯原料分子量260万，超高分子量聚乙烯在白油中的浓度为8%；所述混合釜的保温温度为65℃；所述搅拌时问2h，搅拌转速60rpm。

进一步的，s5中，所述双螺杆挤出机的设定参数为螺杆转速90rpm，喂料速度为25rpm，切料速度为400rpm。

进一步的，s5中，挤出完毕后，将挤出产物在真空环境下，利用微波处理3s。

进一步的，一种高强度纤维，采用上生产工艺制得。

实施例2中，一种高强度纤维的生产工艺，包括以下步骤：

s1、凹凸棒石改性：利用稀酸对凹凸棒石浸泡24h，完毕后，去离子水洗净，再用氢氧化钠溶液对凹凸棒石浸泡2h，完毕后，再次用去离子水洗净，最后再利用稀酸对凹凸棒石浸泡1h，完毕后，去离子水洗净、烘干；

s2、制备凹凸棒石分散液：将改性的凹凸棒石与偶联剂、非离子表面活性剂投入到白油介质中，利用强力乳化机进行乳化；

s3、制备超高分子量聚乙烯悬浮液：将超高分子量聚乙烯原料与溶剂白油投入混合釜中搅拌制成均匀的悬浮液；

s4、原料的混合：将制备好的凹凸棒石分散液加入到超高分子量聚乙烯悬浮液内，配制成纺丝原液，搅拌均匀，在线高剪切乳化剂中混合均化，形成介质均匀的悬浊液，再利用超声波处理15min；

s5、挤出成型：将上述处理后的物料导入双螺杆挤出机中，气动蠕动泵，调节蠕动泵转速为12rpm，挤出结束后，将挤出产物晾干即可。

进一步的，s1中，稀酸为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸和稀磷酸中的一种。

进一步的，s1中，两次稀酸处理过程中稀酸的浓度相同，稀酸的浓度为0.2mol/l，氢氧化钠溶液的浓度为1mol/l。

进一步的，s2中，凹凸棒石在白油中的浓度为5%；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂；用量为凹凸棒石的1%；所述非离子表面活性剂为聚乙二醇醚类非离子表面活性剂，用量为凹凸棒石的3%；所述白油为c22的烷烃，40℃下的运动粘度75cst。

进一步的，s2中，乳化时间4h。

进一步的，s3中，所述超高分子量聚乙烯原料分子量300万，超高分子量聚乙烯在白油中的浓度为10%；所述混合釜的保温温度为65℃；所述搅拌时问4h，搅拌转速60rpm。

进一步的，s5中，所述双螺杆挤出机的设定参数为螺杆转速110rpm，喂料速度为30rpm，切料速度为430rpm。

进一步的，s5中，挤出完毕后，将挤出产物在真空环境下，利用微波处理6s。

实施例3中，一种高强度纤维的生产工艺，包括以下步骤：

s1、凹凸棒石改性：利用稀酸对凹凸棒石浸泡18h，完毕后，去离子水洗净，再用氢氧化钠溶液对凹凸棒石浸泡1.5h，完毕后，再次用去离子水洗净，最后再利用稀酸对凹凸棒石浸泡0.5h，完毕后，去离子水洗净、烘干；

s2、制备凹凸棒石分散液：将改性的凹凸棒石与偶联剂、非离子表面活性剂投入到白油介质中，利用强力乳化机进行乳化；

s3、制备超高分子量聚乙烯悬浮液：将超高分子量聚乙烯原料与溶剂白油投入混合釜中搅拌制成均匀的悬浮液；

s4、原料的混合：将制备好的凹凸棒石分散液加入到超高分子量聚乙烯悬浮液内，配制成纺丝原液，搅拌均匀，在线高剪切乳化剂中混合均化，形成介质均匀的悬浊液，再利用超声波处理12min；

s5、挤出成型：将上述处理后的物料导入双螺杆挤出机中，气动蠕动泵，调节蠕动泵转速为12rpm，挤出结束后，将挤出产物晾干即可。

进一步的，s1中，稀酸为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸和稀磷酸中的一种。

进一步的，s1中，两次稀酸处理过程中稀酸的浓度相同，稀酸的浓度为0.1mol/l，氢氧化钠溶液的浓度为0.8mol/l。

进一步的，s2中，凹凸棒石在白油中的浓度为5%；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂；用量为凹凸棒石的0.7%；所述非离子表面活性剂为聚乙二醇醚类非离子表面活性剂，用量为凹凸棒石的2%；所述白油为c20的烷烃，40℃下的运动粘度72cst。

进一步的，s2中，乳化时间3h。

进一步的，s3中，所述超高分子量聚乙烯原料分子量280万，超高分子量聚乙烯在白油中的浓度为9%；所述混合釜的保温温度为65℃；所述搅拌时问3h，搅拌转速60rpm。

进一步的，s5中，所述双螺杆挤出机的设定参数为螺杆转速100rpm，喂料速度为28rpm，切料速度为420rpm。

进一步的，s5中，挤出完毕后，将挤出产物在真空环境下，利用微波处理5s。

实施例1-3中，通过凹凸棒石的棒状结构，在改善超高分子量聚乙烯纤维加工性能的同时，还能够有效的降低生产成本，且最终产品的拉伸断裂强高，便于产品的推广和使用。

第一次稀酸浸泡凹凸棒石能够对凹凸棒石进行除杂，第二次稀酸浸泡能够提供凹凸棒石的活性，氢氧化钠溶液浸泡凹凸棒石也能够对凹凸棒石进行除杂。

微波处理能够在一定程度上，提高高强度纤维的强度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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