脱除高性能聚乙烯纤维残留溶剂的方法与流程

本发明属高分子材料领域。特别涉及到高性能聚乙烯干法纺丝纤维产品残存溶剂的脱除方法。

背景技术：

超高分子量聚乙烯纤维干法纺丝技术以十氢萘、石蜡油、白油为溶剂体系的聚乙烯纤维生产技术，生产的高强、高模聚乙烯纤维主要应用在国防、军工等方面。

近年来应用领域逐步拓宽，向设备内衬、器材、织物等方面延伸。但在医疗器材、手术缝合线、固定支架、体育健身器材等方面，由于其纤维中含有的低浓度的溶剂残留，还无法达到规定的应用标准（≤20ppm），限制了其应用领域。

由于高性能聚乙烯纤维的耐温性较差，如在牵伸热箱停留时间过长，则会造成纤维性能品质的降低以及毛丝、断头的出现。

技术实现要素：

本发明的目的主要是解决目前高性能聚乙烯纤维干法纺丝纤维产品中低浓度溶剂残留问题，拓宽其在医疗器械、体育器材等方面的应用。

本发明通过在恒温干燥牵伸热箱两端设置带有压辊的牵伸机，进行干燥以及牵伸工艺调整，在不降低纤维性能的情况下，最大化的脱除纤维中的有机溶剂残留量。解决了聚乙烯纤维中由于溶剂残留量的问题，拓宽应用领域。

本发明的主要技术方案：脱除高性能聚乙烯纤维残留溶剂的方法，其特征是通过在恒温干燥牵伸热箱两端设置带有压辊的牵伸机，将高性能聚乙烯干法纺丝纤维成品送入恒温干燥牵伸热箱内进行恒温干燥，脱除残留溶剂。

一般地，本发明是将成品纤维放置在丝架（1）上，丝束经过导丝架，将成品纤维平铺在七辊牵伸机（2）上，经过七辊牵伸机（2）送入恒温干燥牵伸热箱（3）内，进行恒温干燥，挥发纤维中的残留溶剂，丝束在恒温干燥牵伸热箱内低速迁移，干燥后的纤维产品经过七辊牵伸机（2）和导丝架送入低倍率收卷机（4）进行收卷成型。

所述的一种脱除高性能聚乙烯纤维残留溶剂的方法，采用的是经过干法纺丝工艺成型的纤维产品，其使用的溶剂是高挥发性的有机溶剂，便于恒温脱除。

所述的一种脱除高性能聚乙烯纤维残留溶剂的方法，采用的恒温高燥牵伸热箱，其内部温度控制精度为-0.1℃—0.1℃。电加热材料采用钨丝加热，内部风速0.1-1m/s。

所述的一种脱除高性能聚乙烯纤维残留溶剂的方法，是在原有牵伸工艺基础上再增加了一级恒温干燥牵伸线，区别在于其操作参数是低倍速的牵伸卷绕，牵伸倍率小于2倍，牵伸速度为1-6m/min。

所述的一种脱除高性能聚乙烯纤维残留溶剂的方法，针对的是低浓度残留溶剂的进一步脱除，区别于现有的高浓度溶剂脱除方法。

本发明的具体方案为：将高性能聚乙烯干法纺丝纤维成品放置在丝架（1）上，丝束通过导丝架、七辊牵伸机1（2）送入恒温干燥牵伸热箱（3）内进行恒温干燥，初始牵伸速度1-3m/min，挥发纤维中的残留溶剂，丝束在恒温干燥牵伸热箱（3）内低速迁移，温度为140-150℃；干燥后的纤维产品经过七辊牵伸机2（4）和导丝架送入低倍率收卷机（5）以1-6m/min收卷速度进行收卷成型；牵伸倍率为1-2倍。

优选地，恒温干燥牵伸热箱采用的加热材料为电钨丝，温控精度为-0.1℃—0.1℃。恒温干燥牵伸热箱内部循环风速0.1-1m/s。

所述残留溶剂为十氢萘、四氢萘、甲苯、二甲苯中的一种。

所述纤维产品中的溶剂残留质量百分比为1-10%，优选为1-3%。

所述干法纺丝纤维产品，经过该技术处理后的纤维溶剂残留量为1-20ppm。

所述牵伸速率在1-1.5倍，初始牵伸速度在1-2m/min，收卷速度1-3m/min，温度控制范围142-148℃。

所述牵伸速率在1.2倍，初始牵伸速度在1.5m/min，收卷速度1.8m/min，温度控制范围145℃。

本发明的有益效果

本发明将成品纤维再进一步精加工，大幅度增加纤维在恒温干燥热箱中的停留时间，便于纤维中的残留溶剂受热快速挥发。由于高性能聚乙烯纤维的耐温性较差，如在恒温高燥牵伸热箱停留时间过长，则会造成纤维性能品质的降低以及毛丝、断头的出现。

本发明方法可以有效地脱除纤维中的残留溶剂，使纤维中的溶剂含量远低于20ppm。

采用本发明方法，生产的纤维纤度均一，性能优异，特别适应于高性能聚乙烯纤维干法纺丝纤维产品在医疗器件、体育器材等方面的应用。

附图说明

图1为本发明实施例脱除高性能聚乙烯纤维残留溶剂的方法流程示意图。

图中，1-丝架；2-七辊牵伸机1；3-恒温干燥牵伸热箱；4-七辊牵伸机2；5-收卷机。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明加以详细描述。

以下实施例脱除高性能聚乙烯纤维残留溶剂的方法流程示意图参考附图1。将成品纤维放置在丝架（1）上，丝束经过导丝架，将成品纤维平铺在七辊牵伸机（2）上，经过七辊牵伸机（2）送入恒温干燥牵伸热箱（3）内，进行恒温干燥，挥发纤维中的残留溶剂，丝束在恒温干燥牵伸热箱内低速迁移，干燥后的纤维产品经过七辊牵伸机（2）和导丝架送入低倍率收卷机（4）进行收卷成型。

实施例中采用的恒温高燥牵伸热箱，其内部温度控制精度为-0.1℃—0.1℃，电加热材料采用钨丝加热，内部风速0.1-1m/s。

实施例1

采用高性能聚乙烯纤维干法纺丝纤维产品，恒温干燥牵伸热箱温度145℃，牵伸热箱内部风速0.5m/s，初始七辊速度1m/s，纤维中溶剂残留量1%（质量百分比），牵伸倍率分别1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5倍，测试纤维中的溶剂残留量。

表1、牵伸倍率对纤维中残留溶剂脱除的关系

实施例2

采用高性能聚乙烯纤维干法纺丝纤维产品，牵伸热箱内部风速0.5m/s，初始七辊速度1m/s，纤维中溶剂残留量1%（质量百分比），牵伸倍率1.2倍，恒温干燥牵伸热箱温度分别为140、142、144、145、146、148℃，测试纤维中的溶剂残留量。

表2、牵伸热箱干燥温度对纤维中残留溶剂脱除的关系

实施例3

采用高性能聚乙烯纤维干法纺丝纤维产品，牵伸热箱内部风速0.5m/s，纤维中溶剂残留量1%（质量百分比），牵伸倍率1.2倍，恒温干燥牵伸热箱温度分别为145℃，初始七辊速度分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3m/s，测试纤维中的溶剂残留量。

表3、初始牵伸速度对纤维中残留溶剂脱除的关系

实施例4

采用高性能聚乙烯纤维干法纺丝纤维产品，牵伸热箱内部风速0.5m/s，纤维中溶剂残留量分别为1%、1.5%、1.8%、2.0%、2.5%、3.0%（质量百分比），牵伸倍率1.2倍，恒温干燥牵伸热箱温度分别为145℃，初始七辊速度分别为1.5m/s，测试纤维中的溶剂残留量。

表4、纤维中溶剂残留量的高低对纤维中残留溶剂脱除的关系

从上述实施例可以明显看出，采用该方法处理纤维的溶剂残留量，效果明显，在确保纤维性能品质的情况下，纤维中的溶剂残留量均低于20ppm，对于后续纤维市场的扩大具有重要意义。

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