способ получения плексифиламентного пленочно-фибриллярного полиэтиленового кабеля

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕКСИФИЛАМЕНТНОГО ПЛЕНОЧНО-ФИБРИЛЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНОВОГО КАБЕЛЯ приготовлением смеси полиэтилена, воды и циклогексана и мгновенным формованием при давлении выше аутогенного в зону с более низким давлением и температурой, отличающийся тем, что используют смесь, содержащую 5 - 25% полиэтилена от общей массы полиэтилена и циклогексана и воду в количестве от 2,0% от массы циклогексана до предела насыщения воды в циклогексане, а приготовление смеси и мгновенное формование осуществляют при 140 - 224^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения пленочно-волоконных кабелей, в частности плексифиламентных пленочно-фибриллярных кабелей из полиэтилена.

Известен способ получения нитеобразного пленочно-волокнистого кабеля, согласно которому раствор полимера (полиэтилена или полипропилена) в жидкости, которая не является растворителем для этого полимера при температуре кипения или ниже его нормальной точки кипения, подвергают мгновенному формованию при температуре выше нормальной температуры кипения жидкости и при аутогенном или более высоком давлении в зону с более жидкими температурой и давлением. Для улучшения нитеобразования раствор может дополнительно содержать растворенный газ, например азот, который растворяет до менее 7%-ной концентрации полимера в растворе. Однако это усложняет сам технологический процесс.

Наиболее близким к изобретению является способ получения плексифиламентного пленочно-фибриллярного полиэтилено- вого кабеля, согласно которому приготавливают смесь полиэтилена, воды и циклогексана и подвергают ее мгновенному формованию при давлении выше аутогенного и температуре 120-180^оС в зону с более низкими температурой и давлением, причем содержание воды в смеси с циклогексанолом должно быть более 6 мас.%.

Присутствие воды в указанном количестве обеспечивает получение дискретных, прерывных волокон.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является получение непрерывных плексифиламентных пленочно-фибриллярных нитей (волокнистого кабеля).

Указанная задача решается за счет того, что в используемой для мгновенного формования смеси содержится 5-25% полиэтилена от массы его и циклогексана и воды в количестве от 2% от массы циклогексана до предела насыщения воды в циклогексане, а само формование осуществляют при температуре 140-224^оС.

Термин "полиэтилен" охватывает не только гомополимеры этилена, но и сополимеры, где по крайней мере 85% структурной единицы составляет этилен. Предпочтительным полиэтиленом является гомополимерный линейный полиэтилен, имеющий верхний предел плавления 130-135^оС, а плотность 0,94-0,98 г/см³ и индекс плавления (определенный Американским обществом испытания материалов Д-1238-57Т, условие Е) 0,1-6,0.

Термин "плексифиламентный пленочно-фибриллярный кабель из полиэтилена" означает кабель, характеризующийся как трехразмерное интегральное соединение множества тонких, лентообразных, пленочно-волоконных элементов произвольной длины или средней толщины, менее 4 мкм, обычно по длине соединенных горизонтальной осью кабели. Пленочно-волоконные элементы промежуточно соединяются и разделяются через неравные промежутки в различных местах по всей длине и толщине кабеля для образования трехразмерного соединения.

Термин "прядильная смесь", употребляемый здесь, относится к однородному раствору органического растворителя, полиэтилена воды, где количество воды достигает от 2,0% массы циклогексана до количества равного пределу насыщения воды в циклогексане.

По настоящему изобретению предполагается улучшение известного способа получения плексифиламентного пленоч- но-фибриллярного полиэтиленового кабеля из не содержащей хлорфторуглеводород смеси полиэтилена, ограниченного растворителя и воды. Способ настоящего изобретения требует осуществления мгновенного формования смеси, включающей количество воды от 2,0 мас.% растворителя до количества, равного пределу насыщения воды в растворителе; и количество полиэтилена 5-25% от массы полимера и растворителя.

Решающим для образования высокофибриллированного кабеля, т.е. кабеля с большой площадью поверхности настоящего изобретения является добавление воды при условиях изобретения. Вода, растворенная в растворителе, понижает сольватирующую способность органического растворителя, что приводит к повышенной площади поверхности вытянутой плексинити.

Прядильная смесь включает полиэтилен, органический растворитель и воду. Тем не менее, могут применяться в растворе обычные добавки мгновенного формования. Примеры таких добавок включают ультрафиолетовые светостабилизаторы, антиокислители, наполнители, красители и т.п.

Порядок смешивания полиэтилена, органического растворителя и воды значения не имеет. Обычно способ настоящего изобретения может осуществляться с помощью выхода способа полимеризации этилена, т.е. вода может быть добавлена к полиэтилену, растворенному в органическом растворителе, используемом для полимеризации этилена. Преимущество непрерывного процесса из полимеризатора этилена заключается в том, что это предотвращает дорогостоящую процедуру выделения полиэтилена и последующее его повторное растворение в органическом растворителе и воде.

Смешивание и мгновенное формование, т.е. пропускание смеси через отверстие, может осуществляться при почти что той же температуре. Температурный режим в пределах 100-250^оС. Верхний предел температуры определен для избежания распада полимера или получения спекшейся плексинити. Нижний предел указан для того, чтобы позволить значительное растворение воды и полного испарения растворителя во время формования.

Давление во время смешивания и формования может быть одинаковым, но обычно давление уменьшается после образования прядильной смеси и сразу перед мгновенным формованием. Как правило, давление при смешивании и формовании в пределах 800-5000 фунтов на квадратный дюйм (5,5-34,5 Н/м²) и обычно 1000-2500 фунтов на квадратный дюйм (13,9-17,2 Н/м²).

Изобретение иллюстрируется примерами, которые идут с периодическими процессами в оборудовании с относительно небольшим размером. Такие периодические процессы могут быть постепенно увеличены и преобразованы непрерывным мгновенным формованием в нить и осуществляться, например, на известном оборудовании.

Способы тестирования.

Уровень фибрилляции нитеобразного пленочно-волоконного кабеля, полученного в примерах, был определен субъективно. Уровень 5 означает, что кабель имеет лучшую фибрилляцию, по сравнению с обычно полученным при промышленном производстве вытянутого соединенного листа, полученного из мгновенно вытянутых полиэтиленовых пучков. Уровень 4 указывает на то, что продукт аналогичен промышленному. Уровень 3 указывает на то, что качество продукта ниже промышленного. Уровень 2 указывает на низкое качество волокна пучков. Уровень 1 указывает на то, что пучок не был образован. Уровень 3 является минимальным удовлетворительным для применения способа настоящего изобретения.

Площадь поверхности плексифиламентного пленочно-фибриллярного кабеля является еще одним критерием измерения степени и качества фибрилляции мгновенно вытянутого продукта. Площадь поверхности измеряется методом Браунауэра-Эммета-Теллера и дается в м²/г.

Оборудование-методология.

Для примеров 1-5 контроля А таблицы применяли линейный с высокой плотностью полиэтилен с индексом плавления 1,0. Применяемое устройство состоит из двух цилиндрических камер высокого давления, каждая снабжена поршнем для подачи давления к содержимому сосуда. Цилиндры имеют внутренний диаметр 1 дюйм (0,254 м) и каждый имеет емкость 30 см³. Цилиндры соединены друг с другом с одной стороны с помощью каналов, имеющих диаметр 3/32 дюйма (0,024 м) и камерой для смешивания, содержащей ряд сит с мелкими ячейками, используемых в качестве статического миксера. Смешивание осуществляется перегонкой вперед и назад содержимого сосуда между двумя цилиндрами через статический миксер. Затем прядильное устройство с быстродействующими средствами для открывания отверстия подсоединяются к каналу через тройные к отверстию диаметром 0,030 дюйма 7,610^-3 м и длиной 0,020 дюйма 5,110^-3 м. Во время смешивания клапана приводятся в действие водой высокого давления, поступающей с помощью гидравлической системы. Во время вытягивания используется азот высокого давления для движения клапанов. Для измерения давления по пути к отверстию используется датчик давления.

Во время работы в устройство помещаются ингредиенты (порошок полиэтилена, циклогексан и для примеров 1-5 вода) и подается вода высокого давления (1000 фунтов на квадратный дюйм) 6,9 Н/м²10⁶, которая приводит в движение поршень для сжатия загрузки. Затем содержимое нагревается до 140^оС и содержится при этой температуре час или более, во время чего между двумя цилиндрами устанавливается перепад давления около 200 фунтов на квадратный дюйм (1,38 Н/м²10⁶) для повторяющегося перемещения содержимого через смешивающий канал из одного цилиндра в другой, что обеспечивает смешивание и помещает полимер в раствор. Затем температуру раствора поднимают до температуры окончательного вытягивания и держат около 15 мин для уравновешивания температуры и растворения воды. В это время продолжается перемешивание. Затем отверстие прядильного устройства открывается и собирается полученный мгновенно вытянутый продукт. Во время вытягивания записывается давление внутри канала к отверстию прядильного устройства с помощью компьютера, указанное, как давление вытягивания в таблице. При условиях примеров 1-5 предел растворимости воды в органическом растворителе - циклогексане - равно 6%.