CN201224784Y - 去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置，包括两个或者两个以上的辊，其中两个辊可以以一定的压力接触，所述辊固定在固定装置上。本实用新型提供的去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置，与现有技术相比，可以节约萃取剂，提高萃取效率，特别适用于制备聚乙烯纤维。

Description

去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置

技术领域

本实用新型涉及聚乙烯纤维的生产，尤其涉及一种去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置。

背景技术

超高分子量聚乙烯(ultra high molecular weight polyethylene简称UHMWPE)纤维也称高强高模聚乙烯(high strength high module polyethylene简称HSHMPE)纤维或伸展链(elongation chain polyethylene简称ECPE)聚乙烯纤维或高性能聚乙烯(high performance polyethylene简称HPPE)纤维或高模量聚乙烯(high module polyethylene简称HMPE)纤维，一般是指重均分子量在(1～6)×10⁶的聚乙烯纤维，有时重均分子量还会高于此值，这种纤维在本实用新型中简称为聚乙烯纤维。

聚乙烯纤维是由荷兰的DSM公司首先开发制造的。采用的方法是凝胶纺丝-超倍拉伸法，基本原理是：超高分子量聚乙烯在一定的温度下以一定的浓度溶解在适当的溶剂中，此时聚乙烯分子得以解开缠结，然后此溶液通过喷丝板纺丝再经过拉伸，聚乙烯分子链进一步得到拉伸，分子链平行排列，规整度很高，形成高度结晶的聚乙烯纤维。聚乙烯纤维中的聚乙烯分子链高度伸展、取向度达到95％以上、结晶度达到85％以上。聚乙烯纤维的内部结构决定了其具有优异的力学性能、耐磨性能和化学稳定性等。因此，聚乙烯纤维一经问世就得到了世界各国的广泛关注，发展较快。我国的东华大学对此纤维的研究较为深入并取得了***的研究成果。

目前，制造聚乙烯纤维的主要工艺步骤有：将超高分子量聚乙烯溶于第一溶剂中在一定的温度和压力下配制成聚乙烯溶液或者成为悬浮液，然后再由螺杆挤出机挤出，经纺丝箱体喷出后，迅速冷却凝固成凝胶纤维或称为冻胶丝，得到初生纤维。将初生纤维再用挥发性的第二溶剂或称为萃取剂萃取出第一溶剂，最后进行超倍数热牵伸和热定型工艺，最终获得成品纤维。

凝胶纺丝而成的超高分子量聚乙烯初生纤维，内部含有大量第一溶剂，网络结构较为疏松，聚乙烯高分子链之间的作用力较小，在拉伸时会发生高分子链之间的滑移，因而难以进行产生高分子链取向的有效拉伸，无法生产出高强度高模量的聚乙烯纤维产品。因此，在拉伸之前必须通过萃取和干燥处理除去纤维中存在的大量的溶剂或称第一溶剂。

对于溶剂的去除程度对聚乙烯纤维最终产品的性能有较大的影响，所以去除聚乙烯纤维中的溶剂的步骤是非常重要的。

对于第一溶剂，美国的霍尼韦尔(Honeywell)公司以及日本和中国的一些公司采用石蜡油，此石蜡油又称为矿物油或者白油。一般为沸点高于300℃的烃类混合物。

对于第二溶剂或称为萃取剂的要求是，不仅需要有优良的萃取效果和一定的挥发性，还需要有低毒、安全、价格低廉等特点。

现有的去除溶剂的方法是将初生纤维直接进行萃取剂的萃取处理，萃取的过程有逆流、并流、错流和喷淋等方式，其中，错流的方式能够保证带有溶剂的纤维和高纯度的萃取剂接触，萃取速度快，但是萃取剂的消耗量大，萃取剂回收的成本较高；并流方式中，纤维和萃取剂同向进出萃取设备，在萃取剂接近萃取设备出口处，萃取剂中的第一溶剂的含量已经较高，第一溶剂在萃取剂中的浓度与第一溶剂在纤维中的浓度的差较之错流或者逆流小，所以聚乙烯纤维中的第一溶剂脱除效果差；逆流的萃取方式中，因为纯度高的萃取剂先于即将离开萃取设备的纤维接触，尽管纤维中的第一溶剂含量较低但是仍高于高纯度萃取剂中第一溶剂的含量，溶剂仍然可以从纤维中脱除，因此较多的采用逆流的萃取方式。

但是，无论是逆流、并流、错流或喷淋的萃取方式，都是将初生纤维直接进行萃取处理，如果要很好的去除聚乙烯纤维中的第一溶剂，必须增加萃取剂的用量才能够很好的去除聚乙烯纤维中的第一溶剂。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种去除聚乙烯纤维中的溶剂的方法，该方法利用较少的萃取剂就可以很好的去除聚乙烯纤维中的第一溶剂。

本实用新型的另一个目的在于提供一种去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置，可是实现以上的去除聚乙烯纤维中的溶剂的方法。

为了实现以上的实用新型目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种去除聚乙烯纤维中的溶剂的方法，包括如下步骤：

a)挤压聚乙烯纤维；

b)萃取经过步骤a)的聚乙烯纤维中的溶剂。

现有技术中，无论是逆流、并流、错流或喷淋的萃取方式，都是将初生纤维直接利用萃取剂进行萃取处理以得到不含第一溶剂的聚乙烯纤维或者第一溶剂含量少的聚乙烯纤维。设计人在长期的工程应用和研究中发现，初生纤维在进行萃取以前，初生纤维中第一溶剂的含量很高，如果用萃取剂萃取那么会耗费很多的溶剂才能达到完全的去除。设计人提出，在萃取之前，引入一个挤压聚乙烯纤维的步骤，当然此挤压的原则以不损伤聚乙烯纤维为准，此原则为本领域技术人员所公知，经过试验研究发现，引入此步骤后，在使用同样质量的第二溶剂的情况下，经过萃取后的聚乙烯纤维中的第一溶剂的含量显著下降。如果萃取处理后的聚乙烯纤维中的溶剂的含量的要求不改变，那么可以节省萃取剂20％以上。

本实用新型中所述的聚乙烯纤维中的溶剂指的是聚乙烯纤维中的第一溶剂，用于溶解聚乙烯纤维，例如白油等，所述的第二溶剂指的是萃取剂，用于萃取聚乙烯纤维中的第一溶剂。

优选地，步骤a)中所述挤压聚乙烯纤维为用柔性材料与另外一种材料挤压聚乙烯纤维。

优选地，步骤a)中所述的柔性材料为橡胶。

优选地，步骤a)中所述的另外一种材料为刚性材料，更优选为金属材料或者无机非金属材料，其中金属材料进一步优选为不锈钢材料，无机非金属材料进一步优选为陶瓷材料。

优选地，步骤b)中使用的萃取剂选自溶剂汽油、煤油、苯、甲苯、二甲苯、氟氯烃、石油醚和卤代烃。

一种去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置，包括两个或者两个以上的辊，所述辊固定在支架上，其中两个辊可以以一定的压力接触，所述辊固定在固定装置上。

该去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置，用在萃取操作之前，有两个辊可以以一定的压力接触，两个辊之间用于通过聚乙烯纤维，聚乙烯纤维在压力的作用下，其中的部分第一溶剂被挤压出来，这样一来，聚乙烯纤维中的第一溶剂在机械作用下便可以去除一部分，减轻了后续萃取的压力，可以减少萃取剂的用量。结合后续的萃取操作，本装置的引入，可以在较少萃取剂用量的情况下很好的去除聚乙烯纤维中的第一溶剂。

优选地，有一个辊为柔性材料辊，柔性材料辊更优选为橡胶辊。

优选地，有一个辊为不锈钢辊。

优选地，在所述辊的下方有溶剂收集容器。

本实用新型提供的去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置，可以节约萃取剂，提高萃取效率，并能提高聚乙烯纤维的性能，特别适用于制备聚乙烯纤维。

附图说明

图1是现有技术中一种去除聚乙烯纤维中的溶剂的方法的示意图。

图2是本实用新型所述的去除聚乙烯纤维中的溶剂的方法的第一种实施方式的示意图。

图3是本实用新型所述的去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置的第一种实施方式的示意图。

附图中各标号为：101——聚乙烯纤维，102——萃取槽，103a——橡胶辊，103b——不锈钢辊，104——支架，，105——溶剂收集容器。

具体实施方式

本实用新型提供一种去除聚乙烯纤维中的溶剂的方法，包括如下步骤：

a)挤压聚乙烯纤维；

b)萃取经过步骤a)的聚乙烯纤维中的溶剂。

为了更好的使本领域的技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式作进一步详细的说明。

请参见图1，图1是现有技术中一种去除聚乙烯纤维中的溶剂的方法的示意图，聚乙烯纤维101按照如图所示的方向前进，前进方向与萃取剂的流动方向相反，聚乙烯纤维101直接进入萃取槽102而没有预处理。请参见图2，图2是本实用新型所述的去除聚乙烯纤维中的溶剂的方法的第一种实施方式，相比于图1中所示的现有技术的去除聚乙烯纤维101中溶剂的方法，本实施方式中，在聚乙烯纤维101进入萃取槽102之前，先通过一个挤压聚乙烯纤维的101的过程以去除其中的部分溶剂。

本实施方式中，挤压聚乙烯纤维101是通过橡胶辊103a和不锈钢辊103b来完成的。橡胶辊103a和不锈钢辊103b之间需要有一定的压力，选择压力的原则是在不损伤聚乙烯纤维101的前提下尽量提高压力，在本实施方式中对于由1000根聚乙烯纤维101组成的聚乙烯纤维束，选择的橡胶辊103a和不锈钢辊103b之间的压力为2-100N，优选5-50N，更优选10-40N，最优选为10-20N。

橡胶辊103a的材料可以选择为耐油性的橡胶，例如乙丙橡胶、丁基橡胶、氟橡胶等。具体可以选用：二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、氟硅橡胶、氯醚橡胶等。

不锈钢辊103b的材料可以选择的种类有：铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢和马氏体不锈钢。

橡胶辊103a和不锈钢辊103b也可以选用其他的柔性材料和刚性材料来代替。柔性材料还可以选用其他类型的弹性体，例如橡胶和热塑性的塑料混合的产品、橡胶和热固性的塑料混合的产品等。刚性材料还可以为铁、陶瓷等金属、无机非金属材料等，也可以是具有足够硬度的塑料或者复合材料，例如聚碳酸酯、聚酰亚胺、玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、芳纶纤维增强复合材料等。

挤压聚乙烯纤维101的过程，除了可以采用两个辊挤压完成，也可以为其他形式的结构，例如辊子与平板，或者平板与平板。具体选择包括：橡胶辊与不锈钢平板、不锈钢辊与橡胶平板、橡胶平板与不锈钢平板等。当挤压结构中有一个平板结构时，辊或平板的表面优选使用经过光滑处理的，以降低两个挤压机构之间的摩擦力，降低对聚乙烯纤维101的损伤。

挤压聚乙烯纤维101的过程，还可以设置多重挤压聚乙烯纤维101的机构，例如可以设置多组橡胶辊103a与不锈钢辊103b，可以设置多组辊与平板，可以设置多组平板与平板。

在挤压聚乙烯纤维101的过程中，由于溶剂的不断从聚乙烯纤维101中被挤压出来，所以可以在挤压结构的下方设置一个溶剂收集容器。

被挤压过的聚乙烯纤维101进入萃取槽102，在萃取槽102中，萃取剂的流动方向和聚乙烯纤维101的前进方向相反，即逆流的萃取方式，因为纯度高的萃取剂先于即将离开萃取设备的纤维接触，尽管纤维中的第一溶剂含量较低但是仍高于高纯度萃取剂中第一溶剂的含量，溶剂仍然可以从纤维中脱除。

萃取剂可以选用溶剂汽油、煤油、苯、甲苯、二甲苯、氟氯烃、石油醚和卤代烃等，这些萃取剂能够达到工业应用级的纯度即可。

对于聚乙烯纤维在生产过程中的其他的涉及的更详细的内容可以参阅专利申请03158881.6，89107905.x，90102855.x，97106768.6等。

利用本实用新型所述的去除聚乙烯纤维中的溶剂的方法，具体实施例分述如下：

实施例1

将重均分子量为500万的聚乙烯粉末和助剂、溶剂石蜡油三种物料经充分混合均匀溶解后进入双螺杆挤出机。然后进入纺丝箱体，经喷丝板挤出成丝。经凝固浴水槽冷却，形成凝胶纤维，然后经过上述的橡胶辊103a和不锈钢辊103b，橡胶辊103a和不锈钢辊103b之间的压力为15N，此压力为对于1000根聚乙烯纤维的压力。经过挤压的聚乙烯纤维利用溶剂汽油进行萃取。萃取设备为不锈钢制的萃取槽，萃取采用三级逆流萃取，萃取温度为20℃。萃取设备中加入水，形成厚度为5厘米的水封。然后进入干燥箱内进行干燥处理，干燥温度为35℃。干燥气体为空气。干燥后的纤维经过热牵伸后制得聚乙烯纤维成品。

对比实施例2

将重均分子量为500万的聚乙烯粉末和助剂、溶剂石蜡油三种物料经充分混合均匀溶解后进入双螺杆挤出机。然后进入纺丝箱体，经喷丝板挤出成丝。经凝固浴水槽冷却，形成凝胶纤维。然后利用溶剂汽油进行萃取。萃取设备为不锈钢制的萃取槽，萃取采用三级逆流萃取，萃取温度为20℃。萃取设备中加入水，形成厚度为5厘米的水封。然后进入干燥箱内进行干燥处理，干燥温度为35℃。干燥气体为空气。干燥后的纤维经过热牵伸后制得聚乙烯纤维成品。

实施例3

将实施例1和对比实施例2制得的聚乙烯纤维分别进行溶剂含量测试和力学性能测试，具体数据见表1。

表1  不同实施例制备的聚乙烯纤维的性能对比

 

测试样品	拉伸强度(cN/dtex)	拉伸模量(cN/dtex)	溶剂含量(重量含量)
				实施例1	30	950	0.75％
对比实施例1	28	940	1.2％

从以上在同等的测试条件下可以看出，通过预先挤压处理的聚乙烯纤维，最终的聚乙烯纤维中的溶剂含量明显低于未做预先挤压的，并且力学性能也有所提升。表1中的cN/dtex为比应力单位，c代表百分之一，N代表牛，dtex代表分特。

请参见图3，图3是本实用新型所述的去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置的第一种实施方式的示意图。此实施方式中，去除聚乙纤维中的溶剂的装置包括两个橡胶辊103a、两个不锈钢辊103b和位于橡胶辊103a和不锈钢辊103b下方的溶剂收集容器105。

橡胶辊103a的材料可以选择为耐油性的橡胶，例如乙丙橡胶、丁基橡胶、氟橡胶等。具体可以选用：二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、氟硅橡胶、氯醚橡胶等。

不锈钢辊103b的材料可以选择的种类有：铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢和马氏体不锈钢。

橡胶辊103a和不锈钢辊103b也可以选用其他的柔性材料和刚性材料来代替。柔性材料还可以选用其他类型的弹性体，例如橡胶和热塑性的塑料混合的产品、橡胶和热固性的塑料混合的产品等。刚性材料还可以为铁、陶瓷等金属、无机非金属材料等，也可以是具有足够硬度的塑料或者复合材料，例如聚碳酸酯、聚酰亚胺、玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料、芳纶纤维增强复合材料等。

橡胶辊103a和不锈钢辊103b的直径大小相等，均为100mm。具体的选择范围可以为20-2000mm，优选20-1000mm，更优选20-500mm，最优选50-200mm。

橡胶辊103a和不锈钢辊103b通过轴联接结构固定在支架104上。也可以通过其他的联接方式联接，例如铆钉联接、销联接、键联接等方式。优选的是橡胶辊103a和不锈钢辊103b中有一个能够旋转，或者两个都能够旋转，以利于聚乙烯纤维的牵伸，不至于被破坏。

本实施方式中的橡胶辊103a和不锈钢辊103b的个数可以选择各一个，或者各几个。

支架104的下方设置有溶剂收集容器105，以收集从聚乙烯纤维中挤出的溶剂。溶剂收集容器105的形状可以是长方体、正方体、圆柱体、球冠体等形状，或者这些形状的组合，选择的原则为，橡胶辊103a和不锈钢辊103b在竖直方向上的投影区域在溶剂收集容器105上，并且从橡胶辊103a和不锈钢辊103b上流下的溶剂能够流入溶剂收集容器105中。

为了使得橡胶辊103a和不锈钢辊103b之间保持一定的压力，可以利用橡胶辊103a的自重，或者在支架104上设置一个弹性机构，弹性机构可以为弹簧机构或者橡皮机构等。支架104可以固定在地面上或者为可移动的，例如可以在支架104的底部安装轮子，在需要移动的时候可以很方便的移动，另外，由于支架需要承担一定的侧向力，所以支架的工艺进行过程中需要能够固定，对于安装有轮子的状态，在工艺进行过程中需要有自锁装置，如果轮子的摩擦力足以抵抗支架所受到的侧向力，那么也不在需要自锁装置。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1、一种去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置，其特征在于，包括两个或者两个以上的辊，其中两个辊可以以一定的压力接触，所述辊固定在固定装置上。

2、根据权利要求1所述的去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置，其特征在于，有一个辊为柔性材料辊。

3、根据权利要求2所述的去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置，其特征在于，所述的柔性材料辊为橡胶辊。

4、根据权利要求3所述的去除聚乙纤维中的溶剂的装置，其特征在于，有一个辊为不锈钢辊。

5、根据权利要求1-4任意一项所述的去除聚乙烯纤维中的溶剂的装置，其特征在于，还包括溶剂收集容器，所述溶剂收集容器位于所述辊的下方。

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