本发明属于聚乙烯纤维制备，具体涉及一种高强度聚乙烯纤维的制备方法。
背景技术：
1、高强度聚乙烯纤维通常指的是断裂强度大于15cn/dtex的纤维，它具有极高的比强度和比模量，即强度和刚度相对于其重量而言非常高。这种纤维的密度较低，可以浮于水面，因此具有出色的抗冲击性和抗切割性，以及良好的抗紫外线辐射和防中子、γ射线的能力。此外，它还具有低介电常数，高电磁波透射率和优异耐磨损、耐低温、耐紫外线、抗屏蔽性能以及良好的柔韧性和抗冲击能量吸收能力。这些特征使高强度聚乙烯纤维产品在诸如国防、航空和民用方面颇为受宠。
2、采用熔融纺丝法制备高强度聚乙烯纤维是最早由英国里兹(leeds)大学的i.m.ward教授于20世纪70年代初研发而成，之后转让给了意大利的snia公司和美国的hoechst celanese公司,该两家公司分别推出了tenfor和certran两种商品名的聚乙烯纤维，有多个品种规格，但强度仅为14g/d，模量为540g/d。由于性能不够好，之后停止了生产。
3、熔融纺丝法生产聚乙烯纤维虽具有工艺方法简单、生产效率高、成本低等优势，但考虑到熔体流动性，普遍使用分子量较低的原料，末端基多形成的缺陷也多。如果使用分子量高的原料，不光纺丝困难，而且在没有溶剂的前提下，聚乙烯大分子很难实现解缠，缠结使分子链定向更加困难，后续也就无法高倍拉伸，所以难以得到高强度产品。
4、由于受以上诸限制因素，本领域仍然需要更有效的方法来实现高强度聚乙烯纤维的制备，本发明提供了这一问题的解决方案。
技术实现思路
1、本发明的任务在于提供一种高强度聚乙烯纤维的制备方法，该方法通过对原料预处理，然后用熔融纺丝法使获得的高强度聚乙烯纤维消除已有技术中的不足。
2、本发明的任务是这样来完成的，一种高强度聚乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：
3、a)制备溶胀的高分子量聚乙烯树脂，先将高分子量聚乙烯树脂引入预处理系统，并向预处理系统内引入溶剂溶胀，并且控制预处理系统的溶胀温度和溶胀时间，并且控制溶剂与高分子量聚乙烯树脂的质量比，然后分离，得到溶胀的高分子量聚乙烯树脂；
4、b)制备混合原料，按质量比将由步骤a)得到的溶胀的高分子量聚乙烯树脂与未溶胀的低分子量聚乙烯树脂混合，得到混合原料；
5、c)制备聚乙烯纤维，先将由步骤b)得到的混合原料供双螺杆混炼塑化，再经单螺杆挤出机挤出纺丝，得到待牵伸的聚乙烯纤维，再进行热辊牵伸，得到高强度聚乙烯纤维。
6、在本发明的一个具体的实施例中，步骤a)中所述的控制预处理系统的溶胀温度和溶胀时间是将溶胀温度控制为105-115℃，将溶胀时间控制为10-30min。
7、在本发明的另一个具体的实施例中，所述的预处理系统包括溶胀釜、分离釜和存储罐，溶胀釜与分离釜之间由第一管道连接并且在该第一管道的管路上设置有第一输送泵，分离釜与存储罐之间由第二管道连接并且在该第二管道的管路上设置有第二输送泵，存储罐与溶胀釜之间由第三管路连接并且在该第三管路的管路上设置有第三输送泵，其中，所述溶胀釜带有保温夹套，并且在保温夹套内循环流动的保温介质与外部加热系统管路连接，所述溶胀釜还配有用于对所述高分子量聚乙烯树脂高速剪切分散而提高溶胀速度的搅拌装置，该搅拌装置的转速为1000-3500rpm；所述分离釜包括用于使混合液压滤并达到快速分离的加压装置和过滤装置。
8、在本发明的又一个具体的实施例中，步骤a)和b)中所述的溶胀的高分子量聚乙烯树脂的特性粘度[η]为5.0-9.0dl/g，主链中每1000个碳原子含支链＜0.5个。
9、在本发明的再一个具体的实施例中，步骤a)中所述的控制溶剂与高分子量聚乙烯树脂的质量比是将质量比控制为2-10∶1，并且在溶胀后，溶胀的高分子量聚乙烯树脂中的溶剂的质量百分含量为＜5％。
10、在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的溶剂为矿物油、卤代烃、十氢萘、四氢萘、萘、二甲苯、甲苯、十二烷、十一烷烃、癸烷、壬烷、辛烯、氯苯、石油醚和低分子量聚乙烯蜡中的一种或多种的组合。
11、在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤b)中所述的按质量比是指按5-20∶80-95的质量比将由步骤a)得到的溶胀的高分子量聚乙烯树脂与未溶胀的高分子量聚乙烯树脂混合，混合所采用的混合装置为高速混合机，并且高速混合机的混合时间为10-30min，物料的剪切速率为50-500s-1。
12、在本发明的进而一个具体的实施例中，所述未溶胀的低分子量聚乙烯树脂是由乙烯与直链α-烯烃共聚制得的，其中，所述直链α-烯烃在乙烯中的占比小于0.5mol％，而支链是c1-c20的烃基，所述c1-c20的烃基选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基和环己基、其异构体及其混合物；所述未溶胀的低分子量聚乙烯树脂的特性粘度[η]为2.0-5.0dl/g，主链中每1000个碳原子含支链0.5-2.3个。
13、在本发明的又更而一个具体的实施例中，步骤c)所述的双螺杆为同向平行双螺杆，所述单螺杆挤出纺丝的挤出压力为5.0-7.0mpa。
14、在本发明的又进而一个具体的实施例中，步骤c)中所述的牵伸为热辊牵伸，热辊的直径为400-500mm，牵伸温度为143-155℃，牵伸分为3-5组，牵伸倍数逐级降低，并且热牵伸为一次或多次完成；所述的高强度聚乙烯纤维断裂强度为18-23g/d，且所述纤维用dsc测熔融热，第一加热曲线有不止一个吸热峰。
15、本发明提供的技术方案的技术效果在于：相较于已有技术中的与常规熔融纺丝，本发明对原料进行预处理，采用了溶胀的高分子量聚乙烯和未溶胀的低分子量聚乙烯共混后作为原料，高分子量部分充当骨架，缠结网络结构大幅度提高了纤维的力学性能，低分子量部分可以帮助分子链端快速扩散，进入结晶区域充当润滑剂的作用，而且通过溶胀进入高分子量聚乙烯内部的溶剂小分子，可显著改善溶液粘度，增加熔体流动性；另外，采用大热辊作为牵伸主体，相比热箱牵伸，热辊传热快，效率高，纤维受热更加均匀，并有效降低了传统小辊易缠辊的现象。而且，相邻热辊之间牵伸距离短，牵伸的一致性好，制备的纤维更均匀,综合力学性能更优。且热辊占地面积小，设备操作也简单，工艺调节更方便。
1.一种高强度聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高强度聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤a)中所述的控制预处理系统的溶胀温度和溶胀时间是将溶胀温度控制为105-115℃，将溶胀时间控制为10-30min。
3.根据权利要求1或2所述的一种高强度聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述的预处理系统包括溶胀釜(1)、分离釜(2)和存储罐(3)，溶胀釜(1)与分离釜(2)之间由第一管道(4)连接并且在该第一管道(4)的管路上设置有第一输送泵(41)，分离釜(2)与存储罐(3)之间由第二管道(5)连接并且在该第二管道(5)的管路上设置有第二输送泵(51)，存储罐(3)与溶胀釜(1)之间由第三管路(6)连接并且在该第三管路(6)的管路上设置有第三输送泵(61)，其中，所述溶胀釜(1)带有保温夹套，并且在保温夹套内循环流动的保温介质与外部加热系统管路连接，所述溶胀釜(1)还配有用于对所述高分子量聚乙烯树脂高速剪切分散而提高溶胀速度的搅拌装置，该搅拌装置的转速为1000-3500rpm；所述分离釜(2)包括用于使混合液压滤并达到快速分离的加压装置和过滤装置。
4.根据权利要求1所述的一种高强度聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤a)和b)中所述的溶胀的高分子量聚乙烯树脂的特性粘度[η]为5.0-9.0dl/g，主链中每1000个碳原子含支链＜0.5个。
5.根据权利要求1所述的一种高强度聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤a)中所述的控制溶剂与高分子量聚乙烯树脂的质量比是将质量比控制为2-10∶1，并且在溶胀后，溶胀的高分子量聚乙烯树脂中的溶剂的质量百分含量为＜5％。
6.根据权利要求1或2所述的一种高强度聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为矿物油、卤代烃、十氢萘、四氢萘、萘、二甲苯、甲苯、十二烷、十一烷烃、癸烷、壬烷、辛烯、氯苯、石油醚和低分子量聚乙烯蜡中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1所述的一种高强度聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤b)中所述的按质量比是指按5-20∶80-95的质量比将由步骤a)得到的溶胀的高分子量聚乙烯树脂与未溶胀的高分子量聚乙烯树脂混合，混合所采用的混合装置为高速混合机，并且高速混合机的混合时间为10-30min，物料的剪切速率为50-500s-1。
8.根据权利要求1或7所述的一种高强度聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述未溶胀的低分子量聚乙烯树脂是由乙烯与直链α-烯烃共聚制得的，其中，所述直链α-烯烃在乙烯中的占比小于0.5mol％，而支链是c1-c20的烃基，所述c1-c20的烃基选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基和环己基、其异构体及其混合物；所述未溶胀的低分子量聚乙烯树脂的特性粘度[η]为2.0-5.0dl/g，主链中每1000个碳原子含支链0.5-2.3个。
9.根据权利要求1所述的一种高强度聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤c)所述的双螺杆为同向平行双螺杆，所述单螺杆挤出纺丝的挤出压力为5.0-7.0mpa。
10.根据权利要求1所述的一种高强度聚乙烯纤维的制备方法，其特征在于：步骤c)中所述的牵伸为热辊牵伸，热辊的直径为400-500mm，牵伸温度为143-155℃，牵伸分为3-5组，牵伸倍数逐级降低，并且热牵伸为一次或多次完成；所述的高强度聚乙烯纤维断裂强度为18-23g/d，且所述纤维用dsc测熔融热，第一加热曲线有不止一个吸热峰。
