专利名称：用于制备高强高模聚乙烯纤维的牵伸装置和生产线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及纤维制备装置，具体涉及一种用于制备高强高模聚乙烯纤维的牵
伸装置和生产线。
背景技术：
高强高模聚乙烯纤维又称为超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)或伸长链聚乙烯纤
维，是指相对分子质量超过ioo万的聚乙烯经纺丝-超拉伸之后制成的聚乙烯纤维。高强
高模聚乙烯纤维是继碳纤维、芳纶(Kevlar)纤维之后的第三代高性能纤维。与其它纤维增 强复合材料相比，高强高模聚乙烯纤维具有质量轻、耐冲击、介电性能高等优点，尤其是在 航空航天、海域防御和个人防护装备等领域有着重要的应用。 在现有技术中，一般使用冻丝纺丝工艺制备超高分子量聚乙烯纤维即将超高分 子量聚乙烯溶液经过喷丝组件定型，以使聚乙烯溶液中的大分子的解缠状态得以保存，再 经骤冷冻丝使丝条定型得到初生丝条；然后再将初生丝条送入高强高模聚乙烯纤维超倍拉 伸机组依次经过萃取、干燥、超倍拉伸得到高强高模聚乙烯纤维。 为了提高高强高模聚乙烯纤维的力学性能，人们对制备聚乙烯纤维的超倍拉伸机
组进行了各种改进。中国专利文献CN2392789Y公开了一种高强高模聚乙烯纤维萃取超倍
拉伸机组，是由萃取箱依次连接干燥箱、第一牵伸机、第一热风箱、第二牵伸机、第二热风
箱、第三牵伸机、热定型箱、第四牵伸机、张力机、络筒成型机构成拉伸机的整体系统。在该
专利文献中，用于牵伸聚乙烯纤维的拉伸装置内包括三个热牵伸箱或者热定型箱，因此需
要在这几个有限的热牵伸箱或者热定型箱内完成对超高分子量聚乙烯纤维的超倍拉伸，由
于每级拉伸之间的拉伸比例偏大，形变速率过快，这样会导致聚乙烯分子链结构遭到破坏，
使纤维变形不匀，因此会降低高强高模聚乙烯纤维的综合力学性能。 因此，需要一种可以使高强高模聚乙烯纤维产生均匀、稳定变形的牵伸装置。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题在于，提供一种用于制备高强高模聚乙烯纤维的牵伸 装置，通过该牵伸装置，使高强高模聚乙烯纤维产生均匀、稳定的变形。 为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于制备高强高模聚乙烯纤维的牵 伸装置，从原丝供入端一侧依次包括原丝喂入机、热辊牵伸机和舒张机，所述热辊牵伸机由 多个从原丝的供入端一侧旋转速度逐渐增加的热辊组成。 优选的，所述多个热辊中后一级热辊的旋转速度是与其相邻的前一级热辊的旋转 速度的1.5倍 l.Ol倍。 优选的，所述原丝喂入机包括多个旋转速度相同的转辊，在每个转辊上设置有橡 胶辊和加压装置。 优选的，所述舒张机包括多个旋转速度相同的冷辊，所述冷辊的温度为5°C 20°C。[0011] 本实用新型还提供一种用于制备高强高模的生产线，从原丝供入端开始依次包括 原丝架、导丝机、原丝预处理机、萃取装置、干燥机、上述技术方案所述的牵伸装置和收丝 机。 优选的，所述原丝预处理机包括多个纵向排列的导丝辊、和设置在所述转辊上的 橡胶压辊和加压装置。 优选的，所述萃取装置包括密闭连通、且从原丝供入端由低向高排列的多个萃取
箱，所述萃取箱内的萃取液从最高位置的萃取依次流向低位置的萃取箱。 优选的，所述萃取箱底部还连接有压縮空气送入装置。 优选的，所述干燥机从原丝供入端一侧依次包括室温干燥段、中温干燥段、高温干 燥段。 优选的，所述生产线还包括与干燥机连接的气体回收机。 本实用新型提供一种用于制备高强高模聚乙烯纤维的牵伸装置。现有技术相比， 本实用新型提供的热辊牵伸机由多个旋转速度逐渐增加的热辊组成，因此聚乙烯在所述多 个热辊之间可以实现逐步的拉伸，从而最终实现超倍拉伸。与带有热牵伸箱的牵伸装置相 比，由于相邻热辊之间的拉伸比例较小，因此在牵伸时能保护聚乙烯纤维的分子链结构，使 聚乙烯纤维产生均匀的拉伸变形，因此有利于纤维细旦化，改善纤维条干均匀性，提高纤维 综合力学性能指标。 本实用新型还提供一种用于制备高强高模聚乙烯纤维的生产线。与现有技术相 比，该生产线内的牵伸装置由多个旋转速度逐渐增加的热辊组成，因此聚乙烯在所述多个 热辊之间可以实现逐步的拉伸，从而最终实现超倍拉伸。与带有热牵伸箱的牵伸装置相比， 由于相邻热辊之间的拉伸比例较小，因此在牵伸时能保护聚乙烯纤维的分子链结构，使聚 乙烯纤维产生均匀的拉伸变形，因此有利于纤维细旦化，改善纤维条干均匀性，提高纤维综 合力学性能指标。
图1为本实用新型提供的制备高强高模聚乙烯纤维的牵伸装置的一种具体实施 方式的示意图； 图2为本实用新型提供的制备高强高模聚乙烯纤维的生产线的一种具体实施方 式的示意图。
具体实施方式为了进一步了解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描 述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用 新型权利要求的限制。 请参见图l，为本实用新型提供的制备高强高模聚乙烯纤维的牵伸装置的一种具 体实施方式的示意图。如图l所示，所述牵伸装置从纤维供入端一侧依次包括原丝喂入机 11、牵伸机12和舒张机13，图中箭头101即为纤维的前进方向。 所述原丝喂入机包括旋转速度相同的七个转辊lla，在每个转辊lla上都安装有 橡胶辊llb，所述橡胶辊llb通过加压装置(未示出)加压与转辊lla接触，然后在转辊lla的带动下，橡胶辊llb被动旋转。原丝在转辊lla和橡胶辊llb之间穿过，这样，通过加压 装置施加在橡胶辊lib上的压力，增加原丝在每个转辊lla上的摩擦力，使高强高模聚乙烯 纤维冻胶原丝均匀的喂入牵伸机12。对于转辊11a的温度，优选是温度为室温的冷辊。 所述牵伸机12由多个从原丝供入端开始旋转速度逐渐增加的热辊12a组成，热辊 12a的温度从原丝供入端开始逐渐增加，热辊12a的温度优选为90°C 160°C。对于相邻的 热辊12a，后一级热辊的旋转速度是前一级热辊的旋转速度的1. 5倍 1. 01倍，优选为1. 4 倍 1. 1倍。对于相邻的热辊12a，后一级热辊的温度比前一级热辊的温度优选高出3°C 10°C。对于热辊12a的排列方式，优选为上下两层排列，原丝经过上层的热辊后，再经过相 邻的下层的热辊，然后再经过上层的相邻的热辊。 在每个热辊12a上都安装有橡胶辊12b，所述橡胶辊12b通过加压装置(未示出) 加压与热辊12a接触，然后在热辊12a的带动下，橡胶辊12b被动旋转。原丝在热辊12a与 橡胶辊12b之间穿过，这样，通过加压装置施加在橡胶辊12b上的压力，增加原丝在每个热 辊12a上的摩擦力，可以达到更好的拉伸效果。对于热辊12a的数量，优选为大于100个。 在本实用新型提供的牵伸装置中，聚乙烯原丝的总的牵伸是在每个相邻的热辊之间通过很 小的牵伸，然后依次叠加实现的。与现有技术中的热牵伸箱的方式相比，由于相邻热辊之间 的拉伸比例较小，因此在牵伸时能够保护聚乙烯纤维的分子链结构，使聚乙烯纤维产生均 匀的拉伸变形，因此有利于纤维细旦化，改善纤维条干均匀性，提高高强高模聚乙烯纤维力 学性能指标。 原丝经过牵伸机12的牵伸后，进入本领域技术人员熟知的舒张机13，所述舒张机 由多个旋转速度相同的冷辊组成(未示出)，对于舒张机的辊子的温度，优选为室温。舒张 机的作用是消除纤维巻绕成形前的内应力，防止筒管变形，同时为后续的收丝机提供牵引 力。 本实用新型还提供一种制备高强高模聚乙烯纤维的生产线，如图2所示，为所述 生产线的示意图。从原丝供入端开始依次包括原丝架201、导丝机202、原丝预处理机203、 萃取装置204、干燥机205，图1所示的牵伸装置、收丝机206。 所述原丝架201属于本领域技术人员熟知的装置，用于安装聚乙烯纤维原丝。 所述导丝机202属于本领域技术人员熟知的装置，包括多个导丝辊(未示出)，用 于引导聚乙烯纤维进入后续装置。 所述原丝预处理机203包括多个纵向排列的导丝辊203a，在每个导丝辊上安装有 耐油橡胶压辊203b，所述耐油橡胶压辊203b与加压装置连接，通过所述加压装置对耐油橡 胶压辊203b施加压力，从而将原丝内的一部分溶剂油挤出，而改善后续萃取装置的萃取效 果，原丝预处理机还包括回收油槽(未示出)。 所述萃取装置204用于去除原丝中的溶剂油，在本实施方式中，该萃取装置204包
括四个密闭连通、且从原丝供入端由低向高排列的萃取箱204a、204b、204c、204d，萃取箱内
的萃取液从最高位置的萃取箱204d依次流向最低位置的萃取箱204a，由于原丝的喂入方
向从最低位置的萃取箱204a逐渐喂入到最高位置的萃取箱204b，与萃取液的流向方向相
反，因此可以有效的回收利用含有低浓度溶剂油的萃取液，并且提高萃取效果。 在每个萃取箱的底部，还连接有压縮空气送入装置(未示出)，用于向萃取箱内供
入压縮空气，进一步提高萃取效果。[0033] 在萃取装置204后面为干燥机205，所述干燥机205从原丝喂入端开始依次包括室 温干燥段205a、中温干燥段205b、高温干燥段205c，中温干燥段的干燥温度为50°C 70°C， 高温干燥段的干燥温度为70°C 90°C ，在干燥机内，萃取剂被从聚乙烯纤维上分离出来。 对于中温干燥度和高温干燥段的干燥方式，优选使用预定温度的热蒸汽进行干燥，当然，也 可以采用其它干燥方式，对此本实用新型并无特别限制。 在干燥机的上方，还连接有气体回收机207，所述气体回收机分别与室温干燥段 205a、中温干燥段205b、高温干燥段205c连接，通过气体回收机207将萃取剂回收。 干燥机后面设置有本实用新型提供的牵伸装置，用于牵伸经过干燥后的聚乙烯纤 维原丝。 在牵伸装置后面，为本领域技术人员熟知的收丝机206，经过舒张机的聚乙烯纤维 在收丝机内被收成巻筒。 与现有技术相比，该生产线内的牵伸装置由多个旋转速度逐渐增加的热辊组成， 因此聚乙烯在所述多个热辊之间可以实现逐步的拉伸，从而最终实现超倍拉伸。与带有热 牵伸箱的牵伸装置相比，由于相邻热辊之间的拉伸比例较小，因此在牵伸时能保护聚乙烯 纤维的分子链结构，使聚乙烯纤维产生均匀的拉伸变形，因此有利于纤维细旦化，改善纤维 条干均匀性，提高纤维综合力学性能指标。 以上对本实用新型提供的制备高强高模聚乙烯纤维的牵伸装置和生产线进行了 详细的介绍，行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行 了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。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，还可以对本实 用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求一种用于制备高强高模聚乙烯纤维的牵伸装置，其特征在于，从原丝供入端一侧依次包括原丝喂入机、热辊牵伸机和舒张机，所述热辊牵伸机由多个从原丝的供入端一侧旋转速度逐渐增加的热辊组成。
2. 根据权利要求1所述的牵伸装置，其特征在于，所述多个热辊中后一级热辊的旋转 速度是与其相邻的前一级热辊的旋转速度的1. 5倍 1. 01倍。
3. 根据权利要求1所述的牵伸装置，其特征在于，所述原丝喂入机包括多个旋转速度 相同的转辊，每个转辊上设置有橡胶辊和加压装置。
4. 根据权利要求1所述的牵伸装置，其特征在于，所述舒张机包括多个旋转速度相等 的冷辊，所述冷辊的温度为5°C 20°C。
5. —种用于制备高强高模聚乙烯纤维的生产线，从原丝供入端开始依次包括原丝架、 导丝机、原丝预处理机、萃取装置、干燥机、权利要求1至4任一项所述的牵伸装置、收丝机。
6. 根据权利要求5所述的生产线，其特征在于，所述原丝预处理机包括多个纵向排列 的导丝辊、和设置在所述转辊上的橡胶压辊和加压装置。
7. 根据权利要求5所述的生产线，其特征在于，所述萃取装置包括密闭连通、且从原丝 供入端由低向高排列的多个萃取箱，所述萃取箱内的萃取液从最高位置的萃取箱依次流向 低位置的萃取箱。
8. 根据权利要求7所述的生产线，其特征在于，所述萃取箱底部还连接有送气装置。
9. 根据权利要求5所述的生产线，其特征在于，所述干燥机从原丝供入端一侧依次包 括室温干燥段、中温干燥段、高温干燥段。
10. 根据权利要求5所述的生产线，其特征在于，还包括与干燥机连接的气体回收机。
专利摘要本实用新型提供一种用于制备高强高模聚乙烯纤维的牵伸装置，其特征在于，从原丝供入端一侧依次包括原丝喂入机、热辊牵伸机和舒张机，所述热辊牵伸机由多个从原丝供入端一侧旋转速度逐渐增加的热辊组成。与现有技术相比，本实用新型提供的热辊牵伸机由多个旋转速度逐渐增加的热辊组成，因此聚乙烯在所述多个热辊之间可以实现逐步的拉伸，从而最终实现超倍拉伸。与带有热牵伸箱的牵伸装置相比，由于相邻热辊之间的拉伸比例较小，因此在牵伸时能保护聚乙烯纤维的分子链结构，使聚乙烯纤维产生均匀的拉伸变形，因此有利于纤维细旦化，改善纤维条干均匀性，提高纤维综合力学性能。
文档编号D01D11/00GK201495320SQ200920170179
公开日2010年6月2日 申请日期2009年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者吴传清, 吴志泉, 张远军, 林明清, 高波 申请人:湖南中泰特种装备有限责任公司