一种有色超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法与流程

本发明属于超高分子量聚乙烯纤维领域，具体涉及一种有色超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。
背景技术：
：鱼线是渔业中常用的一种丝线，可用于海钓和编织渔网，在渔业中扮演着不可或缺的作用，我们日常所见到的大部分鱼线其组成成分为尼龙6和66，是由尼龙树脂切片熔融再拉丝牵伸而成，但尼龙丝组成的鱼线或渔网，由于强度不高、易分解老化、不耐紫外、不耐磨等缺点，往往在实际海洋渔业应用中还需添加其他成分以改进外观和性能。高强pe纤维本身具有高强度、耐腐蚀、耐紫外等性能优点，弥补了尼龙线的不足，且具有自润滑性、易打结、无渔轮记忆、伸缩率小等优点，适合海洋渔业的高端市场。在此前提下，随着渔业的发展，客户对多样性的高端鱼线也有苛刻要求，其中有色钓鱼线也应运而生，目前世界上对纤维上色的方法大致可分为共混上色以及表面涂覆上色两种。通常仅通过涂覆上色的有色超高分子量聚乙烯纤维，色牢度要比共混上色的有色超高分子量聚乙烯纤维低，尤其涉及绿色系的超高分子量聚乙烯纤维钓鱼线系列，其只能通过日本的涂覆上色工艺解决。目前共混上色的已公开的专利中，如：2008年7月30日公开的专利号为zl200810014184.1的专利“一种有颜色的高强聚乙烯纤维及其制造方法”采用的是将无机颜料直接添加到聚乙烯和溶剂白油中进行混合，此方法要求无机颜料颗粒直径在1um以下，易造成设备颜料污染且无机颜料对高粘度的聚乙烯基料着色能力低，纺丝温度高颜料易分解等缺点。2017年8月18日公开的发明专利zl201410233026.0“一种超高分子量聚乙烯有色纤维的制备方法”采用的是将有机颜料注入到双螺杆挤出机中，在螺杆挤出机中高温高剪切作用下充分混合，此法解决了颜料着色均匀问题，但有机颜料需要经过螺杆高温，对耐温性能有了更高的要求，而现有的颜料色系中绝大多数在260℃以上分解掉，造成成品超高分子量聚乙烯纤维颜色失真，并且在螺杆中注入添加会给双螺杆挤出机内部脱色清理工作增加难度。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，解决了颜料耐温较差导致色系失真问题或者通过涂覆上色导致的色牢度低的问题，该方法工艺简单，投入成本较低，适合大规模的工业生产。本发明的另一目的在于提供一种有色超高分子量聚乙烯纤维，其色牢度达到五级以上，模量不低于1200cn/dtex，强度不低于31cn/dtex。本发明具体技术方案如下：一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：1)颜料与溶剂加热并搅拌均匀后，得到油性色浆；2)步骤1)所得油性色浆与超高分子量聚乙烯熔体基料于多级单阶柔和混炼机中混合后，经过加工获得有色超高分子量聚乙烯纤维。进一步的，步骤1)所述油性色浆的制备方法为：将有机颜料添加到以60-80r/min搅拌的溶剂中，获得的混合液升温到150-180℃后持续搅拌20-30min，在此搅拌过程中同时进行超声波乳化分散，分散后可得到颜料浓度适中且颜色均一的油性色浆。进一步的，所述有机颜料与溶剂的质量比为1:10-100。所述超声波乳化分散功率为3-5kw/m2,频率为25-59hz。所述溶剂为能够用于超高分子量聚乙烯纤维纺丝的煤油、十氢萘、矿物油或白油，优选为白油。所述有机颜料包括但不限于绿色有机颜料、黄色有机颜料或荧光色有机颜料；所述绿色有机颜料、黄色有机颜料或荧光色有机颜料耐温性差。进一步的，所述有机颜料还包括：酞菁蓝、炭黑、绿相蓝，荧光黄、荧光红、荧光绿、红相黄、酞菁绿、蓝相红、中相红或桃红等。优选的，所述绿色有机颜料选自：酞菁绿g、酞菁绿gw、酞菁绿gh中的一种或两种及以上；所述黄色有机颜料选自h2r黄、h4g黄、hg黄、hgr黄、hr02黄、hr黄、h3r黄、h10g黄、gr黄、h2r黄、g180黄、g151黄、永固黄2g、永固黄gr、耐晒黄g、颜料黄151、耐晒黄10g、永固黄5gx、138黄、168黄、永固黄hr、永固黄2gs、联苯胺黄g、永固黄sd-brl、永固黄g、永固黄sd-gtl、永固黄sd-trp、永固黄hrz、永固黄hr-03、永固黄sd-fgl、永固黄sd-grp、新联笨胺黄sd-grx、永固黄sd-3rp、永固黄sd-2rp中的一种或两种及以上；所述荧光色有机颜料选自10g黄或8g黄中的一种或两种。优选的，上述绿色有机颜料和黄色有机颜料与白油混合制成绿色油性色浆，用该绿色油性色浆通过上述方法能够纺出绿色超高分子量聚乙烯纤维，所述绿色超高分子量聚乙烯纤维用潘通色卡可表征标号为372-375、2285-2287号颜色，更优选为标号为375、2284-2286号绿色。更优选的，所述绿色油性色浆制备方法为：绿色有机颜料和黄色有机颜料按照质量比为0.12-0.3:1混合得到有机颜料，所得有机颜料添加到以60-80r/min搅拌的白油中得到混合液，有机颜料与白油质量比为1:10-100，将此混合液升温到150-180℃后持续搅拌20min，在此搅拌过程中同时进行功率为3-5kw/m2,频率为25-59hz的超声波乳化分散，分散后可得到颜料浓度适中且颜色均一的绿色油性色浆。步骤1)所述油性色浆的制备在油性色浆搅拌釜中进行制备，通过离心泵注入油性色浆储料釜中储存备用。进一步的，步骤2)中，超高分子量聚乙烯熔体基料与油性色浆比例为1：0.0001-0.01。步骤2)中，所述超高分子量聚乙烯熔体基料的制备方法为：聚乙烯与白油按质量比为1：8.2-15.7混合溶胀后再经双螺杆挤出机挤出获得。由于后道工序中的油性色浆中含有白油，所以为了控制整体的白油与pe粉比例在能满足正常的纺丝条件下，这里制备的溶体基料含固量要偏高一些。优选的，所述双螺杆挤出机长径比为65-85。所述聚乙烯相对分子量质量为4-8×106。优选的，所述高分子量聚乙烯熔体基料包括以下原料：超高分子量聚乙烯粉末原料为美国泰科纳生产的，溶剂为白油，小料选取抗氧剂(b225型)、钛白粉、乳化剂(el-12)。各物料配比为：超高分子量聚乙烯粉末：白油：抗氧剂：钛白粉：乳化剂为1：8.2-15.7：0.0001-0.0005：0.000025-0.000075：0.000001-0.000005。优选的，所述高分子量聚乙烯熔体基料的制备方法为：先将白油打入配料釜中，再加入pe粉，开启搅拌，搅拌后，将抗氧剂、钛白粉、乳化剂和白油混匀，加入配料釜内，这其中前后两次添加白油的质量比为2000-5000:1，然后配料釜继续搅拌，然后将配料釜中的混合溶液打入溶胀釜内，溶胀釜温度控制在100-120℃以内，转数设定为60-80r/min，搅拌2小时后注入双螺杆挤出机中，挤出，即完成高分子量聚乙烯熔体基料的制备。进一步的，为使浆料熔透，所述双螺杆挤出机挤出机温度为130-283℃，转速为190-220r/min，物料在螺杆中停留12-15分钟。上述制备好的高分子量聚乙烯熔体基料再经过降温管道的冷却，温度降低至180-200℃，可与油性色浆一起注入多级单阶柔和混炼机中，用于制备有色超高分子量聚乙烯纤维。步骤2)中，所述多级单阶柔和混炼机将超高分子量聚乙烯熔体基料与有色油性色浆充分混合制得有色熔体，有色熔体再经熔体过滤器过滤，在计量泵的作用下进入纺丝箱体，再经喷丝板纺丝形成有色超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝。该有色冻胶丝再经过行业内熟知的萃取、干燥、牵伸工序制成有色超高分子量聚乙烯纤维。优选的，步骤2)具体为：通过浆料增压泵将油性色浆注入到多级单阶柔和混炼机中，与从双螺杆挤出机挤出的超高分子量聚乙烯熔体基料在多级单阶柔和混炼机中混合，在差速啮合转子速度差比为3-4：5,温度为180-200℃的条件下，制得有色熔体，再进行有色纤维的制备。进一步的，浆料增压泵压力3-10mpa；优选的为8-10mpa；进一步的，多级单阶柔和混炼机中温度为182-195℃。进一步的，制备过程中开启增压泵使有色熔体正常流动，确保溶体过滤器前后压力一致。步骤2)中所述单阶柔和混炼机为专利号zl201822041771.1专利公开的一种应用于超高分子量聚乙烯纤维的双阶柔和混炼机中的第一阶溶解器部分。步骤2)中，所述多级单阶柔和混炼机至少为3级，即至少3个单阶柔和混炼机串联。进一步的，步骤2)中，所述多级单阶柔和混炼机进料口与双螺杆挤出机出料口通过降温管道连接，多级单阶柔和混炼机出料口与溶体过滤器进料口连接，多级单阶柔和混炼机进料口一侧连接浆料增压泵出口，浆料增压泵入口与油性色浆储液釜出料口连接。进一步的，油性色浆储液釜进料口与油性色浆搅拌釜出料口连接。进一步的，所制备的有色超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝在经过72小时平衡后，进入萃取工序，萃取剂选择碳氢清洗剂，但不限于碳氢清洗剂，也可以是适用于超高分子量聚乙烯纤维制备过程中用于萃取步骤的二氯甲烷、四氯乙烯、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)等。萃取工序后进行干燥以及超倍拉伸，再经过卷绕即完成有色超高分子量聚乙烯纤的制备，其中干燥温度为45℃，拉伸热箱温度为160℃，超倍拉伸牵伸比为25。本发明提供的一种有色超高分子量聚乙烯纤维，采用上述方法制备得到。目前行业内采用原液着色法均是将颜料、pe粉、溶剂及小料助剂一并通过挤出机的高温剪切作用制得有色溶体，但颜料的耐温性能有一定的局限性，目前已知的颜料耐温性能普遍在260℃，也有少数颜料耐温较差在200℃以内，如绿色颜料、荧光颜料等等。由于绿色颜料及荧光颜料的耐温性差，因此，目前生产的绿色或荧光颜色的纤维失真严重，不能满足要求。与现有技术相比，本发明有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，为原液着色方法生产，该法是为消除颜料，尤其是绿色和荧光色颜料耐温性能的局限性所设计的工艺路线，该工艺路线是将单一或复配的有机颜料与溶剂白油按一定比例混合均匀并加热到一定温度后制得有色油性色浆，将有色油性色浆通过增压泵注入到多级单阶柔和混炼机中，多级单阶柔和混炼机将超高分子量聚乙烯熔体基料与有色油性色浆充分混合制得颜色均一的有色熔体，在低温条件下，实现色浆与pe基料的均匀混合，解决绿色等不耐高温的颜料失真的问题。本发明生产的有色超高分子量聚乙烯纤维，尤其是绿色超高分子量聚乙烯纤维颜色不失真，而且色牢度高，能满足要求。附图说明图1为本发明工艺设备结构示意图；1-双螺杆挤出机、2-降温管道、3-五级单阶柔和混炼机、4-熔体过滤器、5-计量泵、6-纺丝箱体、7-浆料增压泵、8-离心泵、9-油性色浆储液釜、10-油性色浆搅拌釜，11-增压泵；图2为油性色浆与超高分子量聚乙烯熔体基料在五级单阶柔和混炼机内部流动和降温管道冷却水流动情况，图2种箭头表示物料流动方向，图中，2-降温管道、3-五级单阶柔和混炼机。具体实施方式实施例1一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，制备的是400d的绿色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：1)先分别称取质量配比为酞菁绿g、酞菁绿gw：永固黄hr为0.18：0.005:1三种有机颜料，将上述有机颜料与溶剂白油添加到以75r/min速度搅拌的油性色浆搅拌釜10中，有机颜料总质量与白油质量比为1:10，升温至180℃并在功率为3.5kw/m2,频率为33hz的超声波条件下持续搅拌20min制得绿色油性色浆，然后将制得的绿色油性色浆在离心泵8的作用下从油性色浆搅拌釜10中打入油性色浆储液釜9中待用。2)配置超高分子量聚乙烯熔体基料：超高分子量聚乙烯原料为美国泰科纳生产的粘均分子量达到5*106的pe粉，溶剂为白油，小料选取抗氧剂(b225型)、钛白粉、乳化剂(el-12)。各物料配比为：超高分子量聚乙烯粉末：白油：抗氧剂：钛白粉：乳化剂为1：10.003：0.0001：0.000025：0.000001。具体制备方法为：先将600kg白油打入配料釜中，再加入60kgpe粉开启搅拌，转速设定为75r/min，搅拌10min，将抗氧剂6g、钛白粉1.5g、乳化剂0.06g加入烧杯中，加入约0.2kg白油，用小型均质搅拌机搅拌5min后，加入配料釜内，配料釜继续搅拌15min，然后将配料釜中的混合溶液打入溶胀釜内，溶胀釜温度控制在110℃，转数设定为75r/min，搅拌2小时后注入到长径比为85的双螺杆挤出机1中，双螺杆挤出机包括17个区，为使浆料熔透，挤出机转速为200r/min，物料在螺杆中停留12分钟，双螺杆挤出机1每个区块温度如下表1所示：表1双螺杆挤出机各区块温度区块1234567891011121314151617温度(℃)1301942042122252332422462512552602672712762802832713)将步骤1)制备好的绿色油性浆料从油性色浆储料釜9中通过9.2mpa浆料增压泵7注入到五级单阶柔和混炼机3中，上述制备好的高分子量聚乙烯熔体基料再经过降温管道2的冷却，温度降低至190℃；柔和混炼机内绿色油性浆料与从双螺杆挤出机1挤出经过的降温管道2的超高分子量聚乙烯熔体基料在差速比为4:5.3，温度依次设定为182℃、182℃、185℃、190℃、195℃的五级啮合转子下充分混合，其中五级单阶柔和混炼机每一级均分为四个区块，同一级的每个区块温度设置相同，由此可制得颜色均匀的绿色熔体，该绿色熔体在熔体过滤器4的过滤以及保温作用下，通过增压泵11的增压，再通过计量泵5计量将绿色熔体物料均匀分散，进入纺丝箱体6，再经喷丝板喷出进入冷却水槽内骤冷，最终经铺丝机落桶制成绿色冻胶丝，其中熔体过滤器4温度设为200℃，增压泵11压力稳定在5.5mpa，计量泵5频率为25hz，纺丝箱体6各区温度依次递增设定为195-200℃。其中五级单阶柔和混炼机3位于双螺杆挤出机1与熔体过滤器4之间，五级单阶柔和混炼机3进料口与双螺杆挤出机1出料口通过降温管道2连接，降温管道2表面通循环冷却水以达到降温的目的，五级单阶柔和混炼机3出料口与溶体过滤器4入料口连接，五级单阶柔和混炼机3进料口一侧接有浆料增压泵7出口，浆料增压泵7入口与油性色浆储液釜9出料口连接，油性色浆储液釜9入料口与油性色浆搅拌釜10出口连接。油性色浆的制备在油性色浆搅拌釜10中进行制备，通过离心泵8注入油性色浆储料釜中储9存备用。所述的绿色油性浆料与超高分子量聚乙烯浆料进入五级单阶柔和混炼机的物料质量比例为：0.00059:1。4)绿色冻胶丝在经过72小时平衡后，进入萃取工序，萃取剂选择碳氢清洗剂萃取工序后进行干燥以及超倍拉伸，在经过卷绕其中干燥温度选择为45℃，拉伸热箱温度为160℃，超倍拉伸牵伸比为25，最终制备得到绿色超高分子量聚乙烯纤维，其绿色为国际通用的潘通色卡编号为375号色。5)制得绿色超高分子量聚乙烯纤维进行性能检测结果如下表2所示：表2实施例1样品性能检测数据由上表可知，测得的有色纤维样丝色牢度达到五级以上，模量不低于1230cn/dtex，强度不低于33cn/dtex。实施例2一种有色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，制备的是200d的绿色超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：1)先分别称取质量配比为酞菁绿g：hg黄为0.25:1两种有机颜料，将上述有机颜料与溶剂白油添加到以70r/min速度搅拌的油性色浆搅拌釜10中，有机颜料总质量与白油质量比为1:10，升温至180℃并在功率为3.5kw/m2,频率为33hz的超声波条件下持续搅拌20min制得绿色油性色浆，然后将制得的绿色油性色浆在离心泵8的作用下从油性色浆搅拌釜10中打入油性色浆储液釜9中待用。2)配置超高分子量聚乙烯浆料，其中超高分子量聚乙烯原料为美国泰科纳生产的粘均分子量达到5*106的pe粉，溶剂为白油，小料选取抗氧剂(b225型)、钛白粉、乳化剂(el-12)。各物料配比为：超高分子量聚乙烯粉末：白油：抗氧剂：钛白粉：乳化剂为1：10：0.0001：0.000025：0.000001；具体制备方法为：先将600kg白油打入配料釜中，再加入60kgpe粉开启搅拌，转速设定为75r/min，搅拌10min；将抗氧剂6g、钛白粉1.5g、乳化剂0.06g加入烧杯中，加入约0.2kg白油，用小型均质搅拌机搅拌5min后，加入配料釜内，配料釜继续搅拌15min，然后将配料釜中的混合溶液打入溶胀釜内，溶胀釜温度设定为110℃，转数设定为75r/min，搅拌2小时后注入到长径比为85的双螺杆挤出机1中，双螺杆挤出机包括17个区，为使浆料熔透，挤出机转速为200r/min，物料在螺杆中停留12分钟，双螺杆挤出机1每个区块温度如下表3所示：表3双螺杆挤出机各区块温度区块1234567891011121314151617温度(℃)1301942042122252332422462512552602672712762802832713)将步骤1)制备好的绿色油性浆料从油性色浆储料釜9中通过8.7mpa浆料增压泵7注入到五级单阶柔和混炼机3中，上述制备好的高分子量聚乙烯熔体基料再经过降温管道2的冷却，温度降低至190℃；柔和混炼机内绿色油性浆料与从双螺杆挤出机1挤出经过的降温管道2的超高分子量聚乙烯熔体基料在差速比为4:5.3，温度依次设定为182℃、182℃、185℃、190℃、195℃的五级啮合转子下充分混合，其中五级单节柔和混炼机每一级均分为四个区块，同一级的每个区块温度设置相同，由此可制得颜色均匀的绿色熔体，该绿色熔体在熔体过滤器4的过滤以及保温作用下，通过增压泵11的增压，再通过计量泵5计量将绿色熔体物料均匀分散，进入纺丝箱体6，再经喷丝板喷出进入冷却水槽内骤冷，最终经铺丝机落桶制成绿色冻胶丝，其中熔体过滤器4温度设为200℃，增压泵11压力稳定在5.5mpa，计量泵5频率为25hz，纺丝箱体6各区温度依次递增，设定为195-200℃。其中五级单阶柔和混炼机3位于双螺杆挤出机1与熔体过滤器4之间，五级单阶柔和混炼机3进料口与双螺杆挤出机1出料口通过降温管道2连接，降温管道2表面通循环冷却水以达到降温的目的，五级单阶柔和混炼机3出料口与溶体过滤器4入料口连接，五级单阶柔和混炼机3进料口一侧接有浆料增压泵7出口，浆料增压泵7入口与油性色浆储液釜9出料口连接，油性色浆储液釜9入料口与油性色浆搅拌釜10出口连接。油性色浆的制备在油性色浆搅拌釜10中进行制备，通过离心泵8注入油性色浆储料釜中储9存备用。所述的绿色油性浆料与超高分子量聚乙烯浆料进入多级单阶柔和混炼机的物料质量比例为：0.00059:1。4)绿色冻胶丝在经过72小时平衡后，进入萃取工序，萃取剂选择碳氢清洗剂，萃取工序后进行干燥以及超倍拉伸，在经过卷绕即完成绿色超高分子量聚乙烯纤的制备，其中干燥温度选择为45℃，拉伸热箱温度为160℃，超倍拉伸牵伸比为25。最终制备得到绿色超高分子量聚乙烯纤维，其绿色为国际通用的潘通色卡编号为2285号色。5)对制得绿色超高分子量聚乙烯纤维进行性能检测，结果如下表4所示：表4实施例2样品性能检测数据得出其色牢度达到五级以上，模量不低于1200cn/dtex，强度不低于31cn/dtex。当前第1页1 2 3 

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