一種超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維的制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超高分子量聚乙烯材料加工及使用過程中產(chǎn)生的廢棄物(包括各種半成品、殘次品、加工邊角料)的回收、再生利用，尤其涉及一種利用廢棄物制備成超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維。
【背景技術(shù)】
[0002]超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維，又稱高強(qiáng)高模聚乙烯纖維(英文簡稱UHMWPE)，由分子量在100萬以上的聚乙烯所紡出的纖維。超高分子量聚乙烯纖維有著優(yōu)越的特性:耐磨性、耐沖擊性、良好的自潤滑性、耐化學(xué)藥腐蝕性、沖擊能吸收性，另外還有著極低的飽和吸水率、在-265°C到80°C間均能保持良好的韌性和強(qiáng)度的工作溫度范圍。其應(yīng)用領(lǐng)域涉及如下:航天航空、國防軍工、海洋工程、軌道交通、城市建設(shè)、新能源材料，尤其是在鉛蓄電池行業(yè)做為其蓄電池隔板有著不可替代性。但是由于超高分子量聚乙烯纖維具有熔體黏度高、臨界剪切速率底、摩擦系數(shù)小、成型溫度范圍窄、加工過程易氧化降解等特性，再生加工難以成型，因此超高分子量聚乙烯纖維目前的狀況就是難以回收和利用。然而超高分子量聚乙烯纖維優(yōu)越的特性吸引著多個(gè)領(lǐng)域、多個(gè)行業(yè)對(duì)其的廣泛使用，所以無法避免的同步產(chǎn)生了大量難以回收的超高分子量聚乙烯纖維廢棄物，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。因此開發(fā)超高分子量聚乙烯纖維的回收利用技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)資源的再生循環(huán)利用、節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境治理的重要研究課題。
[0003]超高分子量聚乙烯纖維在日常生產(chǎn)過程中主要有兩種方法:一是溶液凝膠紡絲法，二是熔體紡絲法。溶液凝膠紡絲法目前是技術(shù)成熟完善的主流產(chǎn)業(yè)化模式，在專利CN1060543C、ZL85107352、ZL97106768、US430577、EP0064167、ZL101205637、CN101684573中均有描述;熔體紡絲技術(shù)目前也是研究比較多的方法，它是將混合物經(jīng)過熔融擠出成型后進(jìn)行多級(jí)熱拉伸以制得高強(qiáng)度纖維的方法。但上述兩種工藝方法對(duì)于不同形狀、不同分子量級(jí)別的超高分子量聚乙烯纖維回收工藝來說是無法適用的，原因如下:(I)溶液凝膠紡絲法暴露出其生產(chǎn)流程長、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)，過高的成本對(duì)于回收已經(jīng)沒有意義；(2)而熔體紡絲法其本身不采用助劑展現(xiàn)出的熔融紡絲困難、生產(chǎn)不穩(wěn)定等現(xiàn)象對(duì)于超高分子量聚乙烯纖維的回收工藝來說，放大效應(yīng)愈加顯著。
[0004]目前超高分子量聚乙烯纖維廢棄物的處理方式主要是填埋和焚燒，這均不是最佳的方案，即對(duì)土壤、環(huán)境都造成了嚴(yán)重的影響，也不遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)的原則。因此將超高分子量聚乙烯纖維的各種半成品、殘次品、加工邊角料、廢棄物等等經(jīng)過系列的加工處理、回收制備成新型的超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維，這無論對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還是社會(huì)就業(yè)、環(huán)境保護(hù)都有著積極和重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種超高分子量聚乙烯纖維的回收工藝，主要對(duì)超高分子量聚乙烯纖維加工及使用過程中的廢棄物(包括各種半成品、殘次品、加工邊角料)等進(jìn)行回收、處理，得到一種新型的超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維，解決帶來的社會(huì)公害問題，同時(shí)回收加工后的超高分子量聚乙烯纖維做為一種增強(qiáng)型的材料，可以廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。
[0006]—種超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維的制備工藝的技術(shù)方案如下步驟所示:
[0007](I)將超高分子量聚乙烯的廢棄物作為原料加入剪切機(jī)中進(jìn)行撕碎，得到纖維碎片;
[0008](2)將步驟(I)所得纖維碎片加入粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎得到纖維顆粒；
[0009](3)將步驟(2)所得纖維顆粒和偶聯(lián)劑、增溶劑混合，然后加熱、攪拌進(jìn)行團(tuán)聚；
[0010](4)將步驟(3)所得團(tuán)聚物經(jīng)過冷卻水槽進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入雙螺桿機(jī)中進(jìn)行擠壓成型，得到成品。
[0011 ]作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案:所述步驟(I)中，纖維碎片的直徑大小為0.1?3cm。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案:所述步驟(2)中，纖維顆粒的直徑大小為0.1?0.5cm。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案:所述步驟(3)中，偶聯(lián)劑指高分子材料加工過程中經(jīng)常用的偶聯(lián)劑;增溶劑為沸點(diǎn)高于105°C、粘度較好的溶劑;混合加熱的溫度為70?100°C。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案:所述步驟(4)中冷卻水槽的冷卻溫度為20?50°C，雙螺桿擠出機(jī)的各段溫度為180?240°C，雙螺桿擠出機(jī)的長徑比為1:45。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]本發(fā)明所提供的回收超高分子聚乙烯廢棄物的方法是利用粉碎、混料團(tuán)聚、冷卻、擠出等連續(xù)生產(chǎn)過程進(jìn)行的，首先不產(chǎn)生“三廢”；其次生產(chǎn)工序不復(fù)雜，生產(chǎn)周期短，制造成本低，再次通過變廢為寶得到的新型超高分子量聚增強(qiáng)纖維具有廣闊的市場前景。其所得產(chǎn)品可以廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域:農(nóng)業(yè)、公路交通、船舶、化工等等。既能保護(hù)環(huán)境，又能節(jié)約資源，大幅度提高超高分子聚乙烯廢棄物的利用價(jià)值，能創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。而使用該超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維生產(chǎn)出的下游產(chǎn)品具有超強(qiáng)的耐磨性、耐沖擊性、良好的自潤滑性、耐化學(xué)藥腐蝕性等性能。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如下將結(jié)合本發(fā)明中的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行描述，本發(fā)明專利所保護(hù)的內(nèi)容不局限于本實(shí)施例，凡是基于本發(fā)明未進(jìn)行創(chuàng)造性的改進(jìn)和優(yōu)化而進(jìn)行的方案，均屬于本發(fā)明專利權(quán)范圍。
[0018]實(shí)施例1
[0019](I)將超高分子量聚乙烯材質(zhì)的鉛蓄電池隔膜廢棄物，經(jīng)過潔凈預(yù)處理后作為原料加入剪切機(jī)中，進(jìn)行撕碎，得到直徑為0.5?2cm的纖維碎片；
[0020](2)將步驟(I)所得直徑為0.5?2cm纖維碎片加入粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎，得到直徑為
0.05?0.2cm的纖維顆粒；
[0021](3)將步驟(2)所得直徑為0.05?0.2cm纖維顆粒和偶聯(lián)劑、流動(dòng)性增強(qiáng)劑混合后，然后加熱至85?90°C攪拌進(jìn)行團(tuán)聚；
[0022](4)將步驟(3)所得團(tuán)聚物經(jīng)過溫度為25°C的冷卻水槽進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入長徑比為1:45的雙螺桿機(jī)中進(jìn)行擠壓成型，雙螺桿擠出機(jī)的各段溫度為190?230°C，得到超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維。
[0023]本發(fā)明實(shí)施I例制備的超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維的纖維強(qiáng)度為24N/dtex，斷裂伸長率為7%。
[0024]實(shí)施例2
[0025](I)將超高分子量聚乙烯材質(zhì)的管材廢棄物，經(jīng)過潔凈預(yù)處理后作為原料加入剪切機(jī)中，進(jìn)行撕碎，得到直徑為0.5?2.5cm的纖維碎片；
[0026](2)將步驟(I)所得直徑為0.5?2.5cm纖維碎片加入粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎，得到直徑為0.1?0.2cm的纖維顆粒；
[0027](3)將步驟(2)所得直徑為0.1?0.2cm纖維顆粒和偶聯(lián)劑、流動(dòng)性增強(qiáng)劑混合后，然后加熱至95?100°C攪拌進(jìn)行團(tuán)聚；
[0028](4)將步驟(3)所得團(tuán)聚物經(jīng)過溫度為40°C的冷卻水槽進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入長徑比為1:45的雙螺桿機(jī)中進(jìn)行擠壓成型，雙螺桿擠出機(jī)的各段溫度為210?220°C，得到超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例2制備的超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維的纖維強(qiáng)度為26N/dtex，斷裂伸長率為8 %。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟: (1)將超高分子量聚乙烯的廢棄物作為原料加入剪切機(jī)中進(jìn)行撕碎，得到纖維碎片； (2)將步驟(I)所得纖維碎片加入粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎得到纖維顆粒； (3)將步驟(2)所得纖維顆粒和偶聯(lián)劑、增溶劑混合，然后加熱、攪拌進(jìn)行團(tuán)聚； (4)將步驟(3)所得團(tuán)聚物經(jīng)過冷卻水槽進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入雙螺桿機(jī)中進(jìn)行擠壓成型，得到成品。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維的制備工藝，其特征在于，所述步驟(I)中，纖維碎片的直徑大小為0.1?3cm。3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維的制備工藝，其特征在于，所述步驟(2)中，纖維顆粒的直徑大小為0.1?0.5cm。4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維的制備工藝，其特征在于，所述步驟(3)中，偶聯(lián)劑指高分子材料加工過程中經(jīng)常用的偶聯(lián)劑;增溶劑為沸點(diǎn)高于105°C、粘度較好的溶劑;混合加熱的溫度為70?100°C。5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種超高分子量聚乙烯增強(qiáng)纖維的制備工藝，其特征在于，所述步驟(4)中冷卻水槽的冷卻溫度為20?50°C，雙螺桿擠出機(jī)的各段溫度為180?240°C，雙螺桿擠出機(jī)的長徑比為1:45。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以超高分子量聚乙烯纖維加工及使用過程中的廢棄物作為原料進(jìn)行回收、加工處理工藝得到增強(qiáng)纖維的方法，包括：(1)將超高分子量聚乙烯的廢棄物作為原料加入剪切機(jī)中進(jìn)行撕碎，得到纖維碎片；(2)將步驟(1)所得纖維碎片加入粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎得到纖維顆粒；(3)將步驟(2)所得纖維顆粒和偶聯(lián)劑、增溶劑混合，然后加熱、攪拌進(jìn)行團(tuán)聚；(4)將步驟(3)所得團(tuán)聚物經(jīng)過冷卻水槽進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入雙螺桿機(jī)中進(jìn)行擠壓成型，得到成品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于變廢為寶，既能保護(hù)環(huán)境，又能節(jié)約資源，使用該產(chǎn)品生產(chǎn)出的下游產(chǎn)品具有超強(qiáng)的耐磨性、耐沖擊性、良好的韌性等特點(diǎn)。
【IPC分類】B29C47/00, C08L23/06, D01F6/46
【公開號(hào)】CN105504440
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511003647
【發(fā)明人】周國成, 方道成, 方禮梅, 程亞軍, 金曉峰, 鐘雨
【申請(qǐng)人】常州塑料研究所有限公司, 柏程再生資源科技(鎮(zhèn)江)有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月25日