【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 即使溶解 ， 溶液在較低的濃度下粘度就很高 ，對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)是不經(jīng)濟(jì)的 。 因此 ， 要根據(jù)產(chǎn)品性能的要求 ， 綜合各因素適當(dāng)?shù)剡x擇原料 。 （ 2） 均質(zhì)凍膠溶液的制備 ? UHMWPE極難溶解 ， 按常規(guī)的溶解方法需在較高溫度下 （ 150℃ ） 長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)不斷地?cái)嚢?， 分子量會(huì)急劇下降 。 ? 將 Mw大于 106的粉狀 UHMWPE聚合物在適當(dāng)?shù)娜軇┲?， 溶解使其超長(zhǎng)分子鏈從初生態(tài)堆砌和分子鏈間及分子鏈內(nèi)部纏結(jié)等多層次的復(fù)雜形態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成解纏大分子鏈 ,這種凍膠溶液具有良好的流動(dòng)性和可紡性 。 ? 制備均質(zhì)凍膠溶液是實(shí)現(xiàn)凍膠紡絲的關(guān)鍵 凍膠溶液中大分子鏈的解纏程度與鏈形態(tài) 、 凍膠溶液的濃度有關(guān) 。 均質(zhì)凍膠溶液的制備過程實(shí)質(zhì)上是溶劑分子和聚乙烯超長(zhǎng)分子的熱運(yùn)動(dòng)與外力均化的綜合作用 。 所以 ， 超長(zhǎng)大分子鏈的解纏程度與溶劑性質(zhì) 、 溶解溫度 、 溶解方式及設(shè)備等有很大的關(guān)系 。 ? 使用良溶劑 （ 溶度參數(shù)相近 ） 如＋氫萘作為溶劑有利于聚乙烯超長(zhǎng)分子鏈的解纏 ， 溶解溫度在 150℃ 左右即可 。 ? 若采用石蠟油或固體石蠟作溶劑 ， 溶解溫度要高于 180℃ ；其它溶度參數(shù)相近的溶劑如：甲苯 、 二甲苯 、 四鹵化碳 、 三鹵三氟乙烷 、庚烷 、 癸烷 、 十二烷等沸點(diǎn)較低或毒性較大的溶劑均不宜作為溶劑使用 。 ? 溶液的濃度是制備均質(zhì)凍膠溶液和影響紡絲成形和高性能化的關(guān)鍵 。 從聚乙烯鏈結(jié)構(gòu)特征出發(fā) ， 在被拉伸的初生態(tài)凍膠纖維結(jié)構(gòu)中 ， 必須維持有一定量的纏結(jié)大分子 ， 使它在受到拉伸力的作用時(shí)不易產(chǎn)生分子鏈的滑移 ， 否則由于力的傳遞受阻而無法實(shí)現(xiàn)高倍拉伸 。 ? 溶液濃度過低 ， 大分子間的纏結(jié)很少或幾乎不存在 。 拉伸時(shí) ， 大分子間很易產(chǎn)生滑移 ， 不利于整個(gè)超長(zhǎng)分子鏈的伸展 。 ? 要使超長(zhǎng)分子鏈伸展 ， 必須以極低的拉伸速率進(jìn)行 。 但這種方法無實(shí)際意義 ， 工業(yè)化不可取 。 ? 溶液濃度較高時(shí) ， 溶液流動(dòng)性能差 ， 不穩(wěn)定流動(dòng)行為嚴(yán)重 ， 所得的初生態(tài)凍膠纖維中大分子間纏結(jié)點(diǎn)太多 ， 進(jìn)行高倍拉伸時(shí) ， 內(nèi)應(yīng)力集中在纏結(jié)鏈上 ， 無法達(dá)到高倍拉伸 。 ? 只有適當(dāng)濃度的凍膠溶液形成的初生態(tài)凍膠纖維 ，在一定的工藝條件下 ， 使凍膠纖維中存在一定數(shù)量的縛結(jié)分子和纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生形變 ， 分子鏈沿拉伸力方向伸展 ， 拉伸力得以順利地傳遞 ，才能實(shí)現(xiàn)高倍拉伸和纖維高性能化 。 ? 目前 ， 已工業(yè)化的高性能聚乙烯纖維以十氫萘為溶劑時(shí) ， 溶液濃度以 15％ ， 以石蠟油為溶劑時(shí)以 8％ 為佳 。 溶液的制備以懸浮液的均化配制再進(jìn)入雙螺桿進(jìn)行連續(xù)凍膠溶液的制備 ， 繼而進(jìn)行連續(xù)擠出 、 計(jì)量 、 紡絲成形 。 （ 3） 初生態(tài)凍膠原絲的形成 均質(zhì)凍膠溶液在紡絲溫度下經(jīng)噴絲頭擠壓后直接進(jìn)入水浴冷卻成形 ， 形成初生凍膠纖維 。 凍膠溶液在噴絲孔道內(nèi)受剪切作用 ，部分溶劑被析出 ， 大量的溶劑仍保留于凍膠絲條中 ， 充滿在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi) 。 （ 4）凍膠原絲的萃取 用低沸點(diǎn)物換出第一溶劑 ?保持原有低纏結(jié)結(jié)構(gòu) ?除去高沸點(diǎn)第一溶劑 （ 5）經(jīng)萃取凍膠絲的熱處理 ? 預(yù)熱，準(zhǔn)備拉伸 ? 除去絕大部分溶劑、萃取劑 ? 形成大量折疊鏈結(jié)晶 （ 6） 干凍膠絲條的超倍熱拉伸 這樣制得的初生凍膠纖維強(qiáng)度低 、 伸長(zhǎng)大 、 結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定 、 無使用價(jià)值 。 只有在有效拉伸倍數(shù)大于 20倍的熱拉伸作用下 ， 才能將折疊鏈結(jié)晶結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯熘辨溄Y(jié)晶結(jié)構(gòu) 。 所謂有效拉伸是指塑性形變 ， 即在高倍熱拉伸過程中 ， 除了能使大分子取向 、 促進(jìn)應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶外 ，還能使原有折疊鏈結(jié)晶解體 ， 形成伸直鏈結(jié)晶 。 使無定型的縛結(jié)分子均勻分散于伸直鏈結(jié)晶的連續(xù)基質(zhì)中 。 要提高纖維的強(qiáng)度和模量，必須提高拉伸比，影響最大拉伸倍數(shù)的因素主要有： ① 聚合體初始濃度的影響：濃度過低（ ％）不能形成凝膠，濃度過高，纏結(jié)數(shù)多，不利于拉伸進(jìn)行。 ② 聚合物的分子量：分子量愈高， λmax愈大， λmax ∝ 。 ③ 聚合物的分子量分布。 ④ 拉伸溫度：特別是在結(jié)晶溫度（ 80～ 90℃ ）的拉伸有利于 λmax的提高。 喂入速度與熱拉伸板長(zhǎng)度和拉伸工藝參數(shù)的關(guān)系 熱延伸板 長(zhǎng)度（ cm） 喂入速度 (m/min) 拉伸速度 (m/min) 拉伸倍數(shù) 強(qiáng)度 (g/d) 斷絲情形(a) 100 175 25 27 △ 150 224 25 25 ● 150 250 25 25 △ 200 150 30 30 ● 250 200 33 33 ● 250 150 35 35 △ 300 250 35 35 ● 300 400 40 40 △ 300 300 38 ● 350 250 25 ● (a)● ： 100km斷絲 1次以下，△：為 100km斷絲 5次以下 ? 傳統(tǒng)的拉伸技術(shù)基本上是沖擊過程 ， 拉伸過程發(fā)生在很短的運(yùn)行時(shí)間和范圍中 ， 除拉伸范圍和拉伸倍數(shù)外 ， 實(shí)際上還有無數(shù)微觀的或無法控制的變量 。 ? IDP法（增量拉伸法）為控制拉伸過程提供了新途徑。它與傳統(tǒng)拉伸工藝不同之處是被拉伸纖維逐漸運(yùn)行到拉伸條件，它的特點(diǎn)有以下兩個(gè)方面：①可控制拉伸速率，使每一級(jí)的增量拉伸溫度與纖維取向協(xié)調(diào)，即拉伸在溫度梯度內(nèi)變化，拉伸溫度從 Tg開始，隨取向度的提高，最終拉伸溫度可以達(dá)到未拉伸纖維的熔點(diǎn)以上；② IDP法能通過多段拉伸達(dá)到取向作用，這樣可減少應(yīng)力蓄積而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損傷，達(dá)到較高的拉伸比、取向度和優(yōu)異的物理性能。 ? 超倍熱拉伸一般經(jīng)三個(gè)階段： ① 初期階段 。 拉伸溫度較低 （ 90～ 133℃ ） ， 拉伸粘度亦較小 ， 約 50kJ/mol， 拉伸倍數(shù)在 15倍以下 ， 發(fā)生的是細(xì)頸拉伸 ， 纖維結(jié)構(gòu)主要發(fā)生折疊鏈片晶和分離的微纖的運(yùn)動(dòng) ， 片晶疊轉(zhuǎn)化為纖維結(jié)構(gòu)； ② 隨拉伸溫度 （ 143～ 145℃ ） 和拉伸倍數(shù)的提高 ， 發(fā)生的是均一拉伸 ， 運(yùn)動(dòng)的折疊鏈片晶開始熔化 ， 分離的微纖逐漸聚集 ， 纖維形變能增大 ， 拉伸粘度為150kJ/mol； ③ 當(dāng)拉伸溫度高于 145℃ 時(shí) ， 分子運(yùn)動(dòng)激烈 ， 聚集的微纖分裂 ， 熔化的折疊鏈片晶解體 ， 在拉伸力的作用下重排成伸直鏈結(jié)晶 ， 拉伸粘度達(dá) 300～ 600kJ/mol。 （四） UHMWPE 纖維的加工 1． 機(jī)織加工 : 在該加工過程中 ， 主要關(guān)鍵在于盡量減少纖維的強(qiáng)度和模量的損失 。 織物的實(shí)際密度和結(jié)構(gòu)會(huì)影響下道工序和最終產(chǎn)品的性能 ， 應(yīng)對(duì)試生產(chǎn)產(chǎn)品性能進(jìn)行全面測(cè)試 ， 并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需要提出最佳織物結(jié)構(gòu)方案 。 2． 針織加工 : UHMWPE纖維針織加工不需任何特殊設(shè)備或特別的操作技術(shù) 。 制成含 100％ 的 UHMWPE纖維的針織物 ， 也可與棉纖維混織來改進(jìn)針織物的穿著舒適性或減少成本 。 纖維被切成短纖維并紡成較低或特定纖度的紗線也可作特殊用途 。 UHMWPE 纖維的加工 3． 繩索編織加工 : 繩索編織加工過程中 ， 欲獲得優(yōu)異特性的關(guān)鍵是使纖維持恒定的張力 ， 并在加工過程中防止各束纖維行走路徑的差異 。 其次 ， 編織點(diǎn)的固定也是很重要的 ，編織點(diǎn)應(yīng)該結(jié)實(shí) ， 編成的繩收卷要防止不受任何磨損 。 在加工前 ， 要根據(jù)繩的規(guī)格要求選用纖維規(guī)格和最佳的編織結(jié)構(gòu) ， 盡可能減少繩內(nèi)部的磨損 ， 使繩能適合于各種用途 。 4．復(fù)合材料結(jié)構(gòu) : 采用電暈放電技術(shù)處理纖維或織物可以改進(jìn)基體與纖維的粘合性，基體材料一般采用環(huán)氧乙烷或聚酯樹脂。纖維經(jīng)表面處理后與基體復(fù)合時(shí)的固化溫度不得超過 125℃ 。 UHMW－ PE纖