专利名称：一种超高分子量聚乙烯原丝的热牵伸方法
技术领域：
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种超高分子量聚乙烯(UHMWPE)原丝的 热牵伸方法。
背景技术：
超高分子量聚乙烯纤维是上世纪七十年代末研制成功、并于八十年代初进行产业 化的一种高强高模聚乙烯纤维。超高分子量聚乙烯纤维与碳纤维、芳纶纤维并称为三大高 性能纤维。由于超高分子量聚乙烯纤维具有超轻、高比强度、高比模量、优越的能量吸收性、 较好的耐磨、耐腐蚀、耐光等多重优异性能，已经在航空航天、国防军事、安全防护、海洋工 程、体育器材、电力通讯、医用材料以及民用绳网等领域得到了广泛的应用。超高分子量聚乙烯纤维通常是通过冻胶纺丝工艺制备而成的。冻胶纺丝工艺是先 将超高分子量聚乙烯与合适的溶剂制成纺丝溶液，然后经过挤出成型后生成冻胶丝，再将 冻胶丝内的溶剂萃取干燥，最后经过超倍热拉伸得到超高分子量聚乙烯纤维。现有的热牵伸工艺通常是在超倍热牵伸的过程中全部使用冷辊或全部使用热辊。 如果全部使用冷辊，由于萃取干燥后的原丝在进入热箱之前温度较低，进入热箱后，在被拉 伸过程中，原丝温度不能立即上升到与热箱环境相同的温度，因此原丝的拉伸性能较差，易 出现断丝等问题；如果全部使用热辊，原丝经过热牵伸后温度不能降下来，高温热牵伸形成 的高取向结构不能固定下来，影响最终形成的纤维的力学性能。因此，需要一种生产效率 高、产品质量好的超高分子量聚乙烯原丝的热牵伸方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种生产效率高、产品质量好的超 高分子量聚乙烯原丝的热牵伸方法。本发明的热牵伸方法通过2 5级牵伸将超高分子量聚乙烯原丝进行总倍数为 10 60倍的牵伸；每一级牵伸的方法是超高分子量聚乙烯原丝首先经过热辊进入热箱， 从热箱出来后，再经过冷辊进入下一级牵伸，各级牵伸中热辊和热箱的温度逐级升高。所述的待牵伸的超高分子量聚乙烯原丝为将超高分子量聚乙烯冻胶丝经过萃取、 干燥后得到的原丝；所述的热辊温度为60 150°C，热箱温度为80 150°C，冷辊温度为10 30°C ；所述的热箱中气流运动方向与纤维运动方向相同；所述的各级牵伸的牵伸倍率逐级降低，后一级热牵伸的牵伸倍率与前一级热牵伸 的牵伸倍率之比为0. 5 0. 98。本发明采用进入热箱前使用热辊、从热箱出来后使用冷辊的多级热牵伸方法，更 有利于热牵伸的稳定和高取向结构的固定，提高了产品质量，得到高强度(33cN/dteX以 上)高模量(llOOcN/dtex以上)的超高分子量聚乙烯纤维。
具体实施例方式下面通过实施例进一步描述发明的实施方式，但本发明的范围不只限制于这这些 实施案例，所给的这些实施案例仅仅是说明性的，不可理解为是对本发明的限制。本领域的 普通专业人员根据发明的内容，对发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保 护范围。实施例1将萃取干燥后的超高分子量聚乙烯原丝进行两级热牵伸，每一级牵伸的方法是 超高分子量聚乙烯原丝首先经过热辊进入热箱，从热箱出来后，再经过冷辊进入下一级牵 伸。其中，一级热牵伸热辊温度为60°C，热箱温度为80°C，冷辊温度为10°C，牵伸倍数为4 倍；二级热牵伸热辊温度为80°C，热箱温度为110°C，冷辊温度为10°C，牵伸倍数为2. 5倍， 二级热牵伸与一级热牵伸的牵伸比为0. 625，总牵伸倍数为10倍，经热牵伸后得到超高分 子量聚乙烯纤维。对纤维取样进行力学性能测试，每次取10个样，结果取平均值，将结果列于表1。实施例2将萃取干燥后的超高分子量聚乙烯原丝进行三级热牵伸，每一级牵伸的方法是 超高分子量聚乙烯原丝首先经过热辊进入热箱，从热箱出来后，再经过冷辊进入下一级牵 伸。其中，一级热牵伸热辊温度为60°C，热箱温度为80°C，冷辊温度为20°C，牵伸倍数为4 倍，二级热牵伸热辊温度为80°C，热箱温度为110°C，冷辊温度为20°C，牵伸倍数为3倍， 二级热牵伸与一级热牵伸的牵伸比为0. 75，三级热牵伸热辊温度为110°C，热箱温度为 130°C，冷辊温度为20°C，牵伸倍数为2倍，三级热牵伸与二级热牵伸的牵伸比为0. 667，总 牵伸倍数为24倍，经热牵伸后得到超高分子量聚乙烯纤维。对纤维取样进行力学性能测试，每次取10个样，结果取平均值，将结果列于表1。实施例3将萃取干燥后的超高分子量聚乙烯原丝进行四级热牵伸，每一级牵伸的方法是 超高分子量聚乙烯原丝首先经过热辊进入热箱，从热箱出来后，再经过冷辊进入下一级牵 伸。其中，一级热牵伸热辊温度为60°C，热箱温度为80°C，冷辊温度为20°C，牵伸倍数为 4. 2倍，二级热牵伸热辊温度为80°C，热箱温度为110°C，冷辊温度为20°C，牵伸倍数为3. 4 倍，二级热牵伸与一级热牵伸的牵伸比为0. 86，三级热牵伸热辊温度为110°C，热箱温度为 130°C，冷辊温度为20°C，牵伸倍数为2倍，三级热牵伸与二级热牵伸的牵伸比为0. 59，四级 热牵伸热辊温度为130°C，热箱温度为140°C，冷辊温度为20°C，牵伸倍数为1.4倍，四级热 牵伸与三级热牵伸的牵伸比为0. 7，总牵伸倍数为40倍，经热牵伸后得到超高分子量聚乙 烯纤维。对纤维取样进行力学性能测试，每次取10个样，结果取平均值，将结果列于表1。实施例4将萃取干燥后的超高分子量聚乙烯原丝进行五级热牵伸，每一级牵伸的方法是 超高分子量聚乙烯原丝首先经过热辊进入热箱，从热箱出来后，再经过冷辊进入下一级牵 伸。其中，一级热牵伸热辊温度为60°C，热箱温度为80°C，冷辊温度为30°C，牵伸倍数为 4倍，二级热牵伸热辊温度为80°C，热箱温度为110°C，冷辊温度为30°C，牵伸倍数为3. 92 倍，二级热牵伸与一级热牵伸的牵伸比为0. 98，三级热牵伸热辊温度为110°C，热箱温度为130°C，冷辊温度为30°C，牵伸倍数为1. 96倍，三级热牵伸与二级热牵伸的牵伸比为0. 5，四 级热牵伸热辊温度为130°C，热箱温度为140°C，冷辊温度为30°C，牵伸倍数为1. 5倍，四级 热牵伸与三级热牵伸的牵伸比为0. 77，五级热牵伸热辊温度为150°C，热箱温度为150°C， 冷辊温度为30°C，牵伸倍数为1. 3倍，五级热牵伸与四级热牵伸的牵伸比为0. 87，总牵伸倍 数为60倍，经热牵伸后得到超高分子量聚乙烯纤维。对纤维取样进行力学性能测试，每次取10个样，结果取平均值，将结果列于表1。比较例1将萃取干燥后的超高分子量聚乙烯原丝进行三级热牵伸，其中，一级热牵伸热箱 温度为80°C，冷辊温度为20°C，牵伸倍数为4倍，二级热牵伸热箱温度为110°C，冷辊温度为 20°C，牵伸倍数为3倍，二级热牵 伸与一级热牵伸的牵伸比为0. 75，三级热牵伸热箱温度为 130°C，冷辊温度为20°C，牵伸倍数为2倍，三级热牵伸与二级热牵伸的牵伸比为0. 67，总牵 伸倍数为24倍，经热牵伸后得到超高分子量聚乙烯纤维。对纤维取样进行力学性能测试，每次取10个样，结果取平均值，将结果列于表1。比较例2将萃取干燥后的超高分子量聚乙烯原丝进行三级热牵伸，其中，一级热牵伸热辊 温度为60°C，热箱温度为80°C，牵伸倍数为4倍，二级热牵伸热辊温度为80°C，热箱温度为 110°C，牵伸倍数为3倍，二级热牵伸与一级热牵伸的牵伸比为0. 75，三级热牵伸热辊温度 为110°C，热箱温度为130°C，牵伸倍数为2倍，三级热牵伸与二级热牵伸的牵伸比为0. 67， 总牵伸倍数为24倍，经热牵伸后得到超高分子量聚乙烯纤维。对纤维取样进行力学性能测试，每次取10个样，结果取平均值，将结果列于表1。表1、超高分子量聚乙烯纤维实施例和比较例性能对照表
热牵伸 S Si Si 伸长率^ _总倍数_(dtex) (cN/dtex) (cN/dtex)_(%)
实施例 110.06.733. 2±1. 11112±214.0
实施例224.03.935.3土 1.21243±193.权利要求
一种超高分子量聚乙烯原丝的热牵伸方法，其特征在于该热牵伸方法通过2～5级牵伸将超高分子量聚乙烯原丝进行总倍数为10～60倍的牵伸；每一级牵伸的方法是超高分子量聚乙烯原丝首先经过热辊进入热箱，从热箱出来后，再经过冷辊进入下一级牵伸，各级牵伸中热辊和热箱的温度逐级升高；所述的热辊温度为60～150℃，热箱温度为80～150℃，冷辊温度为10～30℃。
2.如权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯原丝的热牵伸方法，其特征在于所述 的热箱中气流运动方向与纤维运动方向相同。
3.如权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯原丝的热牵伸方法，其特征在于所述 的各级牵伸的牵伸倍率逐级降低，后一级热牵伸的牵伸倍率与前一级热牵伸的牵伸倍率之 比为0. 5 0. 98。
4.如权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯原丝的热牵伸方法，其特征在于所述 的待牵伸的超高分子量聚乙烯原丝为将超高分子量聚乙烯冻胶丝经过萃取、干燥后得到的 原丝。
全文摘要
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯原丝的热牵伸方法。现有工艺全部使用冷辊或全部使用热辊，存在各种问题。本发明的热牵伸方法通过2～5级牵伸将超高分子量聚乙烯原丝进行总倍数为10～60倍的牵伸；每一级牵伸的方法是超高分子量聚乙烯原丝首先经过热辊进入热箱，从热箱出来后，再经过冷辊进入下一级牵伸，各级牵伸中热辊和热箱的温度逐级升高，各级牵伸的牵伸倍率逐级降低。其中热辊温度为60～150℃，热箱温度为80～150℃，冷辊温度为10～30℃。本发明采用进入热箱前使用热辊、从热箱出来后使用冷辊的多级热牵伸方法，更有利于热牵伸的稳定和高取向结构的固定，提高了产品质量，得到高强度高模量的超高分子量聚乙烯纤维。
文档编号D01D5/16GK101967691SQ201010288700
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者严庆, 乌学东, 施文涛, 洪亮, 王宗宝, 苟曲廷, 葛华伟, 陈鹏, 顾群, 鲁力 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所