摘要
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维性能优良，在工业、国防军事以及某些特殊领域广泛应用。目前工业上制备UHMWPE纤维的工艺路线有两种，即以矿物油为溶剂的湿法纺丝路线和以十氢萘为溶剂的干法纺丝路线。本文选用了在国内尚属新颖的干法纺丝路线，选用合适的纺丝树脂经过溶解、纺丝成型、溶剂脱去及后续超倍热拉伸形成成品纤维，对UHMWPE在十氢萘中的溶胀溶解过程、溶剂脱去过程中十氢萘与原丝的两相分离机理进行了研究，制备出性能较优的UHMWPE纤维，并通过各种测试方法对初生丝的结构、性能进行表征。 采用可以在过程中观察的超级恒温油浴加热装置，对UHMWPE在十氢萘中的溶胀、溶解过程进行观察分析，得到溶解过程中不同阶段的特征现象，确定了合适的溶胀工艺参数。通过固定在搅拌桨上的扭矩传感器测量的扭矩变化反映溶胀-溶解各阶段的溶液粘度变化，验证了溶胀效果的好坏。采用双螺杆挤出机验证树脂溶胀效果的好坏，发现完全溶胀后的树脂与溶剂的混合液在挤出机中的模头压力要小于未溶胀和未完全溶胀的混合液的挤出机模头压力。 选择黏均相对分子质量为400万的UHMWPE树脂进行纺丝试验。对初生丝和经拉伸后纤维的热性能、力学性能、微观表面结构进行表征。初生丝经多级超倍热拉伸后，纤维的线密度降至183.038dtex，断裂强度增大10倍，模量增大26倍，断裂伸长率下降至4.128%，结晶度上升。 将十氢萘与原丝的分离过程简化为十氢萘在纤维内部结构上的液相—气相分离，对易挥发性气体的挥发速率NA方程进行推导，得到挥发速率的影响因子。结合上海化工研究院干法纺丝工艺线的实际情况，选取四个待考察的工艺参数：侧吹风风量、侧吹风温度、甬道温度、牵伸速率。采用均匀设计实验研究了工艺参数对十氢萘去除率、初生丝结构、拉伸强度、结晶度及综合性能的影响，当侧吹风风量为30m3/h，侧吹风温度为140℃，甬道温度为90℃，一牵伸频率为12Hz时初生丝综合性能为最优。
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