孔凡敏,吴小莲,苏 豪,江国栋

(1.中国石油化工集团有限公司 南化集团研究院,江苏 南京 210048; 2.南京工业大学 材料科学与工程学院,江苏 南京 211800)

目前,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维主要有两条不同的生产工艺[1-3]:干法纺丝和湿法纺丝。以Dyneema®为代表的干法纺丝工艺是将UHMWPE溶解于十氢萘溶剂中制备出凝胶纺丝原液[4-5],凝胶纺丝原液自喷丝孔挤出后使十氢萘气化逸出,得到干态凝胶原丝,再经多级高倍拉伸得到高强高模聚乙烯纤维[6-8]。该工艺中凝胶纺丝原液的制备包括:UHMWPE在十氢萘溶剂中的预溶胀和螺杆剪切混合溶解。凝胶纺丝原液对UHMWPE纤维的相对分子量、缠结点密度、纤维的拉伸以及成品丝的性能有着重要的影响[9-13]。为了使UHMWPE达到均匀溶胀,选择合适的溶剂,使溶剂最大限度地向UHMWPE内部渗透和扩散,溶剂的渗入减弱UHMWPE大分子链之间的强相互作用,使UHMWPE分子充分溶胀,从而有利于后续的解缠及溶解。十氢萘是UHMWPE干法纺丝生产中常使用的一种优良有机溶剂,十氢萘有顺式和反式两种异构体[14-15](图1)。反式结构相对简单,其锯齿形状的立体结构与UHMWPE锯齿形状相似,并且空间尺寸相对较小,分子间易发生平行滑动,而顺式十氢萘类似于椅式的结构使得其空间尺寸比反式结构更大。十氢萘顺/反式空间结构的差异性将对UHMWPE产生不同作用,因此,开展十氢萘的顺/反式空间结构对UHMWPE溶胀、溶解、解缠、纤维成型、纤维可纺性等方面的研究[16-17]，对提升纤维性能和品质、改善纺丝工艺条件有着至关重要的作用。……