Uhmwpp与uhmwpe皮芯复合纤维、专用设备及其纺丝方法
【专利摘要】本发明涉及一种皮芯复合纤维，尤其涉及一种UHMWPP与UHMWPE皮芯复合纤维、专用设备及其纺丝方法。超高分子量聚乙烯层外套有超高分子量聚丙烯层。壳体的上部设有与壳体相固定的上盖体，壳体中设有组件内腔，上盖体的左端中设有与组件内腔相连通的超高分子量聚乙烯纺丝液物料进口，上盖体的右端中设有与组件内腔相连通的超高分子量聚丙烯纺丝液物料进口，组件内腔的底部设有喷丝板组件，喷丝板组件的上方设有分配板组件。按以下步骤进行：皮芯型冻胶丝条的制备→冻胶丝条的平衡→分批集束、预牵伸→萃取、干燥→多级加热牵伸→成品卷绕和检验。UHMWPP与UHMWPE皮芯复合纤维、专用设备及其纺丝方法具有耐高温，抗蠕变性能优良，截面粘结性能好。
【专利说明】UHMWPP与UHMWPE皮芯复合纤维、专用设备及其纺丝方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种皮芯复合纤维，尤其涉及一种UHMWPP与UHMWPE皮芯复合纤维、专用设备及其纺丝方法。
【背景技术】
[0002]超高分子量聚乙烯纤维耐温性低，较高温度下使用时，强度、模量等力学性能指标大幅度降低，纤维制品寿命缩短。由于超高分子量聚乙烯纤维内部分子机构呈现伸直链结构，使该纤维在一定的温度和外力下的蠕变现象明显增大。高度有序的内部分子结构及非极性性质导致该纤维做为复合材料原料纤维使用时，与树脂基体的界面粘结性不佳。例如，超高分子量聚乙烯纤维防弹复材料的抗冲击性能不够，因此，超高分子量聚乙烯纤维的上述缺陷，导致防弹材料、缆绳等产品具有一定的缺陷。
[0003]复合纤维是指由两种或两种以上聚合物，或具有不同性质的同一聚合物采用复合纺丝的方法制成的化学纤维，在纤维的截面上含有两种或两种以上不相混合的组份。按照结构划分，常见的复合纤维有并列型、皮芯型、海岛型、裂片型等。
[0004]超高分子量聚乙烯纤维一般是指相对分子质量在100万以上的聚乙烯长丝。该纤维取向度高、结晶度高、模量高、密度低，具有优良的耐紫外线辐射、耐磨损、耐化学腐蚀、抗冲击性等性能，是制作绳索、质防弹衣、轻质防弹头盔、防弹复合材料的理想材料，在医疗器械、体育运动器械、航天航空结构材料等领域亦有广阔的应用前景。
[0005]尽管超高分子量聚乙烯具有上述优异的性能，但其分子结构的缺陷及非极性性质，导致该纤维在应力作用下容易发生大分子间滑移，产生蠕变；耐温性较差，在120°C环境下使用4小时后，其强度和模量仅仅为初始强度及模量的50% ;另外，分子链上无极性基团，表面光滑，导致界面粘结性能差。上述缺陷，限制了超高分子量聚乙烯纤维防弹领域、海事缆绳领域等的应用。
[0006]目前，改善超高分子量聚乙烯性能的常规的技术方案为:在超高分子量聚乙烯的纺丝液中添加纳米微粒。例如:中国专利申请号为201210078324.8的文章超高分子量聚乙烯/石墨烯复合纤维的制备方法及其应用，所涉及是在超高分子量聚乙烯纺丝液中添加少量的纳米级的石墨烯，用来提高超高分子量聚乙烯纤维的拉伸强度及树脂基体的界面粘结性。
[0007]现有技术中，在超高分子量聚乙烯纺丝液中添加纳米微粒可以改善纤维力学性能，但纳米微粒添加物降低了纺丝液的流动性，纺丝难度增大；纳米微粒易发生团聚现象，堵塞喷丝孔；其次，纳米微粒在纤维内部使纤维聚集态结构中的弱点增多，外力下极易在微粒处形成断裂点。上述限制了纳米微粒在超高分子量聚乙烯纤维纺丝中的应用。
[0008]
【发明内容】
本发明主要是解决现有技术中存在的不足，提供一种超高分子量聚丙烯为皮层，形成一个内腔，将超高分子量聚乙烯包裹在内部，得到一种以超高分子量聚丙烯为皮，超高分子量聚乙烯纤维为芯的皮芯复合纤维，由于超高分子量聚丙烯与超高分子量聚乙烯具有相同的结构单元，分子间相容较高，利用超高分子量聚丙烯的力学性能避免超高分子量聚乙烯纤维的蠕变、树脂基体粘结性差、耐温性差等缺陷的UHMWPP与UHMWPE皮芯复合纤维、专用设备及其纺丝方法。
[0009]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
一种UHMWPP与UHMWPE的皮芯复合纤维，包括超高分子量聚丙烯层和超高分子量聚乙烯层，所述的超高分子量聚乙烯层外套有超高分子量聚丙烯层，超高分子量聚丙烯层为皮层，超高分子量聚乙烯层为芯层，超高分子量聚乙烯层的分子量为5X106?6X106g/mol，超高分子量聚丙烯层的分子量为5X105?6X105g/mol。
[0010]皮芯复合纤维的专用设备，包括壳体，所述的壳体的上部设有与壳体相固定的上盖体，所述的壳体中设有组件内腔，所述的上盖体的左端中设有与组件内腔相连通的超高分子量聚乙烯纺丝液物料进口，所述的上盖体的右端中设有与组件内腔相连通的超高分子量聚丙烯纺丝液物料进口，所述的组件内腔的底部设有喷丝板组件，所述的喷丝板组件的上方设有分配板组件，所述的分配板组件包括上分配板、中分配板和下分配板，所述的上分配板、中分配板和下分配板自上而下依次分布，所述的上分配板与中分配板间设有过滤网，所述的上分配板中设有超高分子量聚丙烯纺丝液导流口和超高分子量聚乙烯纺丝液导流口，所述的超高分子量聚丙烯纺丝液导流口与超高分子量聚丙烯纺丝液物料进口相连通，所述的超高分子量聚乙烯纺丝液导流口与超高分子量聚乙烯纺丝液物料进口相连通，所述的下分配板中设有超高分子量聚丙烯纺丝液出液口和超高分子量聚乙烯纺丝液出液口，所述的超高分子量聚丙烯纺丝液导流口通过中分配板与超高分子量聚丙烯纺丝液出液口相连通，所述的超高分子量聚乙烯纺丝液导流口通过中分配板与超高分子量聚乙烯纺丝液出液口相连通；所述的喷丝板组件包括喷丝上分配板、喷丝中分配板和喷丝下分配板，所述的喷丝上分配板、喷丝中分配板和喷丝下分配板自上而下依次分布，所述的喷丝上分配板中设有与超高分子量聚丙烯纺丝液出液口相连通的喷丝板超高分子量聚丙烯纺丝液导流口，所述的喷丝上分配板中设有与超高分子量聚乙烯纺丝液出液口相连通的喷丝板超高分子量聚乙烯纺丝液导流口，所述的喷丝下分配板中设有喷丝板导流槽、喷丝板环装导流圈、喷丝板超高分子量聚乙烯导孔、喷丝孔和喷丝板导流圈，所述的喷丝板导流槽与喷丝板超高分子量聚丙烯纺丝液导流口相连通，所述的喷丝板导流槽与喷丝板环装导流圈相连通，所述的喷丝板环装导流圈与喷丝孔相连通，所述的喷丝板导流圈与喷丝板超高分子量聚乙烯纺丝液导流口相连通，所述的喷丝板导流圈与喷丝板超高分子量聚乙烯导孔相连通，所述的喷丝板超高分子量聚乙烯导孔的底端伸至喷丝孔中，所述的喷丝板导流槽通过喷丝中分配板与喷丝板超高分子量聚丙烯纺丝液导流口相连通，所述的喷丝板导流圈通过喷丝中分配板与喷丝板超高分子量聚乙烯纺丝液导流口相连通，所述的喷丝上分配板与喷丝中分配板间设有喷丝过滤网，所述的喷丝孔位于喷丝下分配板的底部。
[0011]作为优选，所述的分配板组件共有7层，7层分配板组件自上而下依次分配在组件内腔中，7层分配板组件的最后一层设在喷丝板组件的上部。
[0012]作为优选，所述的上分配板与过滤网间、中分配板与过滤网间分别设有铝垫片，所述的喷丝上分配板与喷丝过滤网间、喷丝中分配板与喷丝过滤网间分别设有喷丝板铝垫片，所述的上盖体与壳体通过螺栓相固定。
[0013]作为优选，所述的超高分子量聚丙烯纺丝液导流口、超高分子量聚乙烯纺丝液导流口、超高分子量聚丙烯纺丝液出液口、超高分子量聚乙烯纺丝液出液口、喷丝板超高分子量聚丙烯纺丝液导流口和喷丝板超高分子量聚乙烯纺丝液导流口分别呈倾斜状分布。
[0014]皮芯复合纤维的纺丝方法，按以下步骤进行:
(1)、皮芯型冻胶丝条的制备:
a)、以超高分子量聚丙烯为第一组分原料，按10:1的质量比溶解于50?60°C的白油中，形成混合物，将混合物用高速乳化机进行充分乳化分散，然后向上述混合物中添加质量分数为0.5%的抗氧化剂、质量分数为0.001%的荧光增白剂KSN，再次在高速乳化机内充分乳化，接着升温至110?160°C进行溶胀，再经过第一组螺杆挤出机的挤压，挤出机的各区温度在90?285°C，第一组螺杆挤出机由16个温度区域组成，16个温度区域的温度范围分别为:108 ?109 O，175 ?176O，214 ?215O，237 ?238O，244 ?245O，248 ?2490C , 250 ?251 °C，250 ?251°C，255 ?256°C，258 ?260°C，269 ?270°C，274 ?275°C，275 ?278°C，277 ?282°C，283 ?285°C，283 ?285°C ;经过 16 个温度区域后使之成为熔融状态，再流经计量泵，计量后均匀分配到皮芯型复合组件的皮成份中；
b)、以超高分子量聚乙烯为第二组原料，按10:1的质量比溶解于50?60°C的白油中，形成混合物，将混合物用高速乳化机进行充分乳化分散，然后向上述混合物中添加质量分数为0.5%的抗氧化剂、质量分数为0.001%的荧光增白剂KSN，再次在高速乳化机内充分乳化，升温至100?130°C进行溶胀，再经过第二组螺杆挤压机，挤出机的各区温度在90?285°C，第二组螺杆挤压机由16个温度区域组成，16个温度区域的温度范围分别为:108?109°C，175 ?176°C，214 ?215°C，237 ?238°C，244 ?245°C，248 ?249°C，250 ?251°C , 250 ?251°C，255 ?256°C，258 ?260°C, 269 ?270°C, 274 ?275°C, 274 ?2750C，274?275°C，273?274°C，272?273°C ;经过16个温度区域后使之成为熔融状态，再流经计量泵，计量后均匀分配到皮芯结构组件的芯成份中；
上述超高分子量聚丙烯与超高分子量聚乙烯的质量比为2:8?4:6 ;上述白油的运动粘度为40°C下达65?75mPa.S ；
C)、分别将a)中的混合物和b)中的混合物分别通过喷丝板组件和分配板组件喷出的粘流态细丝，经水凝冷却后形成冻胶丝条；
(2)、冻胶丝条的平衡:
将形成的冻胶丝存放在温度22?30°C，湿度是65土5%的平衡间内，放置2?3天，消除内应力，冻胶丝即初生纤维；
(3)、分批集束、预牵伸:
平衡放置后，接着分批集束，预牵伸，初生纤维在集束架上进行分配排列，有序的导入四辊预牵伸机上，四辊预牵伸机运转产生的张力使初生纤维获得3飞倍的预牵伸力；
(4)、萃取、干燥:
将平衡好的冻胶丝条，经预牵伸后，用碳氢清洗剂在超声波槽内进行高频萃取，把纤维里面的白油置换出来，再在负压的干燥箱内烘干；
其中超声波槽中萃取液温度控制在30?40°C，萃取时间控制在2(T30min，干燥箱的温度控制在40?50°C，干燥时间控制在15?20min ；
(5)、多级加热牵伸:
将干燥后的纤维，在130?150°C的热箱内，进行3?4级的热牵伸:即纤维在规定的拉伸倍数下分别进入3或4个热箱组合，每个热箱的牵伸温度设置为130?150°C，热箱组合的总的牵伸热比为37?44，进行10?15倍热牵伸，制成皮芯型复合纤维；
(6)、成品卷绕和检验:
经过上述操作步骤，形成一定规格的超高分子量聚丙烯与超高分子量聚乙烯的皮芯复合纤维，在卷绕机上进行成品丝收卷，加工成一定重量或长度的丝卷，再经过断裂强度、纤度、白度、含油率、断裂模量、条干均匀性物理性能检测合格后，即可作为成品纤维出售。
[0015]UHMWPP是指超高分子量聚丙烯，UHMWPE是指超高分子量聚乙烯。
[0016]所用抗氧剂为B225型抗氧剂(抗氧剂1010与抗氧剂168的复配物)，所用二苯乙烯双苯并咪唑型化合物为荧光增白剂KSN。
[0017]以超高分子量聚丙烯/超高分子量聚乙烯(UHMWPP/UHMWPE)皮芯复合纤维与单组份超高分子量聚乙烯纤维相比，具有更高的耐温性，耐温温度可由120°C提高至138°C ；抗蠕变性能得到很大的改善，室温下，30%断裂强力负荷下，100h的蠕变率由0.378%下降至0.249% ;界面粘结性能提高，环氧树脂基体中的单丝拔出强度由5.86cN/dtex增加至
6.33cN/dtex0本发明涉及的复合纤维弥补了单组份超高分子量聚乙烯耐温性差、易蠕变的缺陷，能广泛应用于系泊绳缆等领域.UHMWPP/UHMWPE皮芯复合纤维，其皮层和芯层采用独立的螺杆挤压机挤出的，然后经专门设计的喷丝板组件形成皮芯型结构。以熔点较高，抗蠕变性能优良的超高分子量聚丙烯为皮层；以质量轻、强度高、模量高、耐冲击性好的超高分子量聚乙烯为芯层，制成皮芯结构的复合纤维，所得复合纤维既具有超高分子量聚乙烯质量轻、强度高、模量高、耐冲击等优点，又具有耐高温、抗蠕变性能优良、截面粘结性能好的特点。超高分子量聚乙烯熔点在150°C左右，而超高分子量聚丙烯熔点在180°C左右，UHMWPP/UHMWPE复合纤维的熔点为165。。。
[0018]作为皮层材料的超高分子量聚丙烯，与超高分子量聚乙烯芯层纤维材料化学结构类似，相容性良好，复合纤维不会发生皮芯剥离的现象，且利用超高分子量聚丙烯作为皮层，利用其较好的界面粘结性能，改善了单一组分超高分子量聚乙烯纤维与树脂基体粘结性较差的现象。
[0019]超高分子量聚乙烯具有质量轻、强度高、模量高、耐冲击等优点，是一种广泛使用的高新能纤维，但其耐温性差、在使用过程中易发生蠕变现象。而超高分子量聚丙烯耐温性高，抗蠕变性能优良，且具有较好的界面粘结性能，能承受纺丝过程中的高倍牵伸，与超高分子量聚乙烯均属柔性链高分子，极性相近，溶度参数相近，采用皮芯结构喷丝组件和超高分子量聚乙烯生产复合纤维时，两者间的接触面粘性较好，得到的皮芯型复合纤维结构稳定，具有皮层材料耐高温、抗蠕变性能优良的特点，又具有超高分子量聚乙烯纤维的质量轻、强度高、模量高、耐冲击的优点，复合纤维的综合使用性能优良。
[0020]超高分子量聚丙烯和超高分子量聚乙烯均属柔性链高分子，结构简单、极性相似、溶度参数相近，因此以超高分子量聚丙烯为皮，以超高分子量聚乙烯为芯的皮芯结构的复合纤维，在接触面在有很好的粘合性，从而可以保证这种复合纤维结构和性能的稳定性。
[0021]超高分子量聚乙烯在纺丝过程中需要经过高倍牵伸，所以所选的皮层材料也需要能承受高倍牵伸，而超高分子量聚丙烯是能承受高倍牵伸的。
[0022]因此，本发明的UHMWPP与UHMWPE皮芯复合纤维、专用设备及其纺丝方法，具有耐高温，抗蠕变性能优良，截面粘结性能好。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明中皮芯复合纤维的剖视结构示意图；
图2是本发明中专用设备的爆炸结构示意图；
图3是本发明中分配板组件的剖视结构示意图；
图4是本发明中喷丝板组件的的剖视结构示意图；
图5是本发明中专用设备的上盖体剖视结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面通过实施例，结构附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0025]实施例1:如图1、图2、图3、图4和图5所不,一种超闻分子量聚丙烯与超闻分子量聚乙烯的皮芯复合纤维，包括超高分子量聚丙烯层I和超高分子量聚乙烯层2，所述的超高分子量聚乙烯层2外套有超高分子量聚丙烯层1，超高分子量聚丙烯层I为皮层，超高分子量聚乙烯层2为芯层，超高分子量聚乙烯层2的分子量为5X 106?6X 106g/mol，超高分子量聚丙烯层I的分子量为5 X 105?6 X 105g/mol。
[0026]皮芯复合纤维的专用设备，包括壳体1，所述的壳体3的上部设有与壳体3相固定的上盖体4，所述的壳体3中设有组件内腔5，所述的上盖体4的左端中设有与组件内腔5相连通的超高分子量聚乙烯纺丝液物料进口 6，所述的上盖体4的右端中设有与组件内腔5相连通的超高分子量聚丙烯纺丝液物料进口 7，所述的组件内腔5的底部设有喷丝板组件8，所述的喷丝板组件8的上方设有分配板组件9，所述的分配板组件9包括上分配板10、中分配板11和下分配板12，所述的上分配板10、中分配板11和下分配板12自上而下依次分布，所述的上分配板10与中分配板11间设有过滤网13，所述的上分配板10中设有超高分子量聚丙烯纺丝液导流口 14和超高分子量聚乙烯纺丝液导流口 15，所述的超高分子量聚丙烯纺丝液导流口 14与超高分子量聚丙烯纺丝液物料进口 7相连通，所述的超高分子量聚乙烯纺丝液导流口 15与超高分子量聚乙烯纺丝液物料进口 6相连通，所述的下分配板12中设有超高分子量聚丙烯纺丝液出液口 16和超高分子量聚乙烯纺丝液出液口 17，所述的超高分子量聚丙烯纺丝液导流口 14通过中分配板11与超高分子量聚丙烯纺丝液出液口 16相连通，所述的超高分子量聚乙烯纺丝液导流口 15通过中分配板11与超高分子量聚乙烯纺丝液出液口 17相连通；所述的喷丝板组件8包括喷丝上分配板18、喷丝中分配板19和喷丝下分配板20，所述的喷丝上分配板18、喷丝中分配板19和喷丝下分配板20自上而下依次分布，所述的喷丝上分配板18中设有与超高分子量聚丙烯纺丝液出液口 16相连通的喷丝板超高分子量聚丙烯纺丝液导流口 21，所述的喷丝上分配板18中设有与超高分子量聚乙烯纺丝液出液口 17相连通的喷丝板超高分子量聚乙烯纺丝液导流口 22，所述的喷丝下分配板20中设有喷丝板导流槽23、喷丝板环装导流圈24、喷丝板超高分子量聚乙烯导孔25、喷丝孔26和喷丝板导流圈27，所述的喷丝板导流槽23与喷丝板超高分子量聚丙烯纺丝液导流口 21相连通，所述的喷丝板导流槽23与喷丝板环装导流圈24相连通，所述的喷丝板环装导流圈24与喷丝孔26相连通，所述的喷丝板导流圈24与喷丝板超高分子量聚乙烯纺丝液导流口 22相连通，所述的喷丝板导流圈27与喷丝板超高分子量聚乙烯导孔25相连通，所述的喷丝板超高分子量聚乙烯导孔25的底端伸至喷丝孔26中，所述的喷丝板导流槽23通过喷丝中分配板19与喷丝板超高分子量聚丙烯纺丝液导流口 21相连通，所述的喷丝板导流圈27通过喷丝中分配板19与喷丝板超高分子量聚乙烯纺丝液导流口 22相连通，所述的喷丝上分配板18与喷丝中分配板19间设有喷丝过滤网28，所述的喷丝孔26位于喷丝下分配板20的底部。
[0027]所述的分配板组件9共有7层，7层分配板组件9自上而下依次分配在组件内腔5中，7层分配板组件9的最后一层设在喷丝板组件8的上部。
[0028]所述的上分配板10与过滤网13间、中分配板11与过滤网13间分别设有铝垫片29，所述的喷丝上分配板18与喷丝过滤网28间、喷丝中分配板19与喷丝过滤网28间分别设有喷丝板铝垫片30，所述的上盖体4与壳体3通过螺栓相固定。
[0029]所述的超高分子量聚丙烯纺丝液导流口 14、超高分子量聚乙烯纺丝液导流口 15、超高分子量聚丙烯纺丝液出液口 16、超高分子量聚乙烯纺丝液出液口 17、喷丝板超高分子量聚丙烯纺丝液导流口 21和喷丝板超高分子量聚乙烯纺丝液导流口 22分别呈倾斜状分布。
[0030]皮芯复合纤维的纺丝方法，按以下步骤进行:
(1)、皮芯型冻胶丝条的制备:
a)、以超高分子量聚丙烯为第一组分原料，按10:1的质量比溶解于50°C的白油中，形成混合物，将混合物用高速乳化机进行充分乳化分散，然后向上述混合物中添加质量分数为0.5%的抗氧化剂、质量分数为0.001%的荧光增白剂KSN，再次在高速乳化机内充分乳化，接着升温至110°C进行溶胀，再经过第一组螺杆挤出机的挤压，挤出机的各区温度在90?285°C，第一组螺杆挤出机由16个温度区域组成，16个温度区域的温度范围分别为:1080C，1750C，2140C，237°C，244°C，248°C，250°C，250°C，255°C，258°C, 269°C,2740C, 2750C, 277°C, 283°C, 283°C ;经过16个温度区域后使之成为熔融状态，再流经计量泵，计量后均匀分配到皮芯型复合组件的皮成份中；
b)、以超高分子量聚乙烯为第二组原料，按10:1的质量比溶解于50°C的白油中，形成混合物，将混合物用高速乳化机进行充分乳化分散，然后向上述混合物中添加质量分数为0.5%的抗氧化剂、质量分数为0.001%的荧光增白剂KSN，再次在高速乳化机内充分乳化，升温至100°C进行溶胀，再经过第二组螺杆挤压机，挤出机的各区温度在90?285 °C，第二组螺杆挤压机由16个温度区域组成，16个温度区域的温度范围分别为:1080C，1750C，2140C，237°C，244°C，248°C，250°C，250°C，255°C，258°C, 269°C,274 °C, 274 °C, 274 °C, 273 °C, 272 0C ;经过16个温度区域后使之成为熔融状态，再流经计量泵，计量后均匀分配到皮芯结构组件的芯成份中；
上述超高分子量聚丙烯与超高分子量聚乙烯的质量比为2:8 ;上述白油的运动粘度为40°C 下达 65mPa.S ；
C)、分别将a)中的混合物和b)中的混合物分别通过喷丝板组件和分配板组件喷出的粘流态细丝，经水凝冷却后形成冻胶丝条；
(2)、冻胶丝条的平衡:
将形成的冻胶丝存放在温度22°C，湿度是60%的平衡间内，放置2天，消除内应力，冻胶丝即初生纤维； (3)、分批集束、预牵伸:
平衡放置后，接着分批集束，预牵伸，初生纤维在集束架上进行分配排列，有序的导入四辊预牵伸机上，四辊预牵伸机运转产生的张力使初生纤维获得3倍的预牵伸力；
(4)、萃取、干燥:
将平衡好的冻胶丝条，经预牵伸后，用碳氢清洗剂在超声波槽内进行高频萃取，把纤维里面的白油置换出来，再在负压的干燥箱内烘干；
其中超声波槽中萃取液温度控制在30°C，萃取时间控制在20min，干燥箱的温度控制在40°C，干燥时间控制在15min ；
(5)、多级加热牵伸:
将干燥后的纤维，在130°C的热箱内，进行3级的热牵伸:即纤维在规定的拉伸倍数下分别进入3个热箱组合，每个热箱的牵伸温度设置为130°C，热箱组合的总的牵伸热比为37，进行10倍热牵伸，制成皮芯型复合纤维；
(6)、成品卷绕和检验:
经过上述操作步骤，形成一定规格的超高分子量聚丙烯与超高分子量聚乙烯的皮芯复合纤维，在卷绕机上进行成品丝收卷，加工成一定重量或长度的丝卷，再经过断裂强度、纤度、白度、含油率、断裂模量、条干均匀性物理性能检测合格后，即可作为成品纤维出售。
[0031]实施例2:皮芯复合纤维的纺丝方法，按以下步骤进行:
(1)、皮芯型冻胶丝条的制备:
a)、以超高分子量聚丙烯为第一组分原料，按10:1的质量比溶解于55°C的白油中，形成混合物，将混合物用高速乳化机进行充分乳化分散，然后向上述混合物中添加质量分数为0.5%的抗氧化剂、质量分数为0.001%的荧光增白剂KSN，再次在高速乳化机内充分乳化，接着升温至140°C进行溶胀，再经过第一组螺杆挤出机的挤压，挤出机的各区温度在90?2850C，第一组螺杆挤出机由16个温度区域组成，16个温度区域的温度范围分别为:108.5 0C，175.5 0C，214.5 °C，237.5 °C，244.5 °C，248.5 °C，250.5 °C，250.5 °C，255.5 °C，259°C, 269.5°C, 274.5°C, 276°C, 280°C, 284°C, 284°C ;经过 16 个温度区域后使之成为熔融状态，再流经计量泵，计量后均匀分配到皮芯型复合组件的皮成份中；
b)、以超高分子量聚乙烯为第二组原料，按10:1的质量比溶解于55°C的白油中，形成混合物，将混合物用高速乳化机进行充分乳化分散，然后向上述混合物中添加质量分数为
0.5%的抗氧化剂、质量分数为0.001%的荧光增白剂KSN，再次在高速乳化机内充分乳化，升温至120°C进行溶胀，再经过第二组螺杆挤压机，挤出机的各区温度在90?285°C，第二组螺杆挤压机由16个温度区域组成，16个温度区域的温度范围分别为:108.5°C，175.5°C，214.5°C , 237.5°C , 244.5°C , 248.5°C , 250.5°C , 250.5°C , 255.5°C , 259°C, 269.5°C,274.5°C，274.5°C，274.5°C，273.5°C，272.5°C;经过16个温度区域后使之成为熔融状态，再流经计量泵，计量后均匀分配到皮芯结构组件的芯成份中；
上述超高分子量聚丙烯与超高分子量聚乙烯的质量比为4:6 ;上述白油的运动粘度为40°C 下达 70mPa.S ；
C)、分别将a)中的混合物和b)中的混合物分别通过喷丝板组件和分配板组件喷出的粘流态细丝，经水凝冷却后形成冻胶丝条；
(2)、冻胶丝条的平衡: 将形成的冻胶丝存放在温度28°C，湿度是65%的平衡间内，放置3天，消除内应力，冻胶丝即初生纤维；
(3)、分批集束、预牵伸:
平衡放置后，接着分批集束，预牵伸，初生纤维在集束架上进行分配排列，有序的导入四辊预牵伸机上，四辊预牵伸机运转产生的张力使初生纤维获得4倍的预牵伸力；
(4)、萃取、干燥:
将平衡好的冻胶丝条，经预牵伸后，用碳氢清洗剂在超声波槽内进行高频萃取，把纤维里面的白油置换出来，再在负压的干燥箱内烘干；
其中超声波槽中萃取液温度控制在35°C，萃取时间控制在25min，干燥箱的温度控制在45°C，干燥时间控制在18min ；
(5)、多级加热牵伸:
将干燥后的纤维，在140°C的热箱内，进行4级的热牵伸:即纤维在规定的拉伸倍数下分别进入4个热箱组合，每个热箱的牵伸温度设置为140°C，热箱组合的总的牵伸热比为40，进行13倍热牵伸，制成皮芯型复合纤维；
(6)、成品卷绕和检验:
经过上述操作步骤，形成一定规格的超高分子量聚丙烯与超高分子量聚乙烯的皮芯复合纤维，在卷绕机上进行成品丝收卷，加工成一定重量或长度的丝卷，再经过断裂强度、纤度、白度、含油率、断裂模量、条干均匀性物理性能检测合格后，即可作为成品纤维出售。
[0032]实施例3:皮芯复合纤维的纺丝方法，按以下步骤进行:
(I)、皮芯型冻胶丝条的制备:
a)、以超高分子量聚丙烯为第一组分原料，按10:1的质量比溶解于60°C的白油中，形成混合物，将混合物用高速乳化机进行充分乳化分散，然后向上述混合物中添加质量分数为0.5%的抗氧化剂、质量分数为0.001%的荧光增白剂KSN，再次在高速乳化机内充分乳化，接着升温至160°C进行溶胀，再经过第一组螺杆挤出机的挤压，挤出机的各区温度在90?285°C，第一组螺杆挤出机由16个温度区域组成，16个温度区域的温度范围分别为:1090C , 176°C , 215°C , 238°C , 245°C , 249°C , 251°C , 251 °C，256°C , 260°C，270°C，275°C, 278°C, 282°C, 285°C, 285°C ;经过16个温度区域后使之成为熔融状态，再流经计量泵，计量后均匀分配到皮芯型复合组件的皮成份中；
b)、以超高分子量聚乙烯为第二组原料，按10:1的质量比溶解于60°C的白油中，形成混合物，将混合物用高速乳化机进行充分乳化分散，然后向上述混合物中添加质量分数为0.5%的抗氧化剂、质量分数为0.001%的荧光增白剂KSN，再次在高速乳化机内充分乳化，升温至130°C进行溶胀，再经过第二组螺杆挤压机，挤出机的各区温度在90?285 °C，第二组螺杆挤压机由16个温度区域组成，16个温度区域的温度范围分别为:1090C , 176°C , 215°C , 238°C , 245°C , 249°C , 251 °C，251°C , 256°C , 260°C，270°C，275°C, 275°C, 275°C, 274°C, 273°C ;经过16个温度区域后使之成为熔融状态，再流经计量泵，计量后均匀分配到皮芯结构组件的芯成份中；
上述超高分子量聚丙烯与超高分子量聚乙烯的质量比为4:6 ;上述白油的运动粘度为40°C 下达 75mPa.S ；
C)、分别将a)中的混合物和b)中的混合物分别通过喷丝板组件和分配板组件喷出的粘流态细丝，经水凝冷却后形成冻胶丝条；
(2)、冻胶丝条的平衡:
将形成的冻胶丝存放在温度22?30°C，湿度是65±5%的平衡间内，放置3天，消除内应力，冻胶丝即初生纤维；
(3)、分批集束、预牵伸:
平衡放置后，接着分批集束，预牵伸，初生纤维在集束架上进行分配排列，有序的导入四辊预牵伸机上，四辊预牵伸机运转产生的张力使初生纤维获得5倍的预牵伸力；
(4)、萃取、干燥:
将平衡好的冻胶丝条，经预牵伸后，用碳氢清洗剂在超声波槽内进行高频萃取，把纤维里面的白油置换出来，再在负压的干燥箱内烘干；
其中超声波槽中萃取液温度控制在40°C，萃取时间控制在30min，干燥箱的温度控制在50°C，干燥时间控制在20min ；
(5)、多级加热牵伸:
将干燥后的纤维，在150°C的热箱内，进行4级的热牵伸:即纤维在规定的拉伸倍数下分别进入4个热箱组合，每个热箱的牵伸温度设置为150°C，热箱组合的总的牵伸热比为44，进行15倍热牵伸，制成皮芯型复合纤维；
(6)、成品卷绕和检验:
经过上述操作步骤，形成一定规格的超高分子量聚丙烯与超高分子量聚乙烯的皮芯复合纤维，在卷绕机上进行成品丝收卷，加工成一定重量或长度的丝卷，再经过断裂强度、纤度、白度、含油率、断裂模量、条干均匀性物理性能检测合格后，即可作为成品纤维出售。
【权利要求】
1.一种UHMWPP与UHMWPE的皮芯复合纤维，其特征在于:包括超高分子量聚丙烯层(I)和超高分子量聚乙烯层(2)，所述的超高分子量聚乙烯层(2)外套有超高分子量聚丙烯层(1)，超高分子量聚丙烯层(I)为皮层，超高分子量聚乙烯层(2)为芯层，超高分子量聚乙烯层(2)的分子量为5 X 106?6 X 106g/mol,超高分子量聚丙烯层(I)的分子量为5 X 105?6X105g/molο
2.根据权利要求1所述的皮芯复合纤维的专用设备，其特征在于:包括壳体(3)，所述的壳体(3)的上部设有与壳体(3)相固定的上盖体(4)，所述的壳体(3)中设有组件内腔(5)，所述的上盖体(4)的左端中设有与组件内腔(5)相连通的超高分子量聚乙烯纺丝液物料进口(6)，所述的上盖体(4)的右端中设有与组件内腔(5)相连通的超高分子量聚丙烯纺丝液物料进口(7)，所述的组件内腔(5)的底部设有喷丝板组件(8)，所述的喷丝板组件(8)的上方设有分配板组件(9 )，所述的分配板组件(9 )包括上分配板(10 )、中分配板(11)和下分配板(12)，所述的上分配板(10)、中分配板(11)和下分配板(12)自上而下依次分布，所述的上分配板(10)与中分配板(11)间设有过滤网(13)，所述的上分配板(10)中设有超高分子量聚丙烯纺丝液导流口( 14)和超高分子量聚乙烯纺丝液导流口( 15)，所述的超高分子量聚丙烯纺丝液导流口(14)与超高分子量聚丙烯纺丝液物料进口(7)相连通，所述的超高分子量聚乙烯纺丝液导流口(15)与超高分子量聚乙烯纺丝液物料进口(6)相连通，所述的下分配板(12)中设有超高分子量聚丙烯纺丝液出液口(16)和超高分子量聚乙烯纺丝液出液口( 17)，所述的超高分子量聚丙烯纺丝液导流口( 14)通过中分配板(11)与超高分子量聚丙烯纺丝液出液口(16)相连通，所述的超高分子量聚乙烯纺丝液导流口(15)通过中分配板(11)与超高分子量聚乙烯纺丝液出液口(17)相连通；所述的喷丝板组件(8)包括喷丝上分配板(18)、喷丝中分配板(19)和喷丝下分配板(20)，所述的喷丝上分配板(18)、喷丝中分配板(19)和喷丝下分配板(20)自上而下依次分布，所述的喷丝上分配板(18)中设有与超高分子量聚丙烯纺丝液出液口(16)相连通的喷丝板超高分子量聚丙烯纺丝液导流口(21)，所述的喷丝上分配板(18)中设有与超高分子量聚乙烯纺丝液出液口(17)相连通的喷丝板超高分子量聚乙烯纺丝液导流口(22)，所述的喷丝下分配板(20)中设有喷丝板导流槽(23)、喷丝板环装导流圈(24)、喷丝板超高分子量聚乙烯导孔(25)、喷丝孔(26)和喷丝板导流圈(27)，所述的喷丝板导流槽(23)与喷丝板超高分子量聚丙烯纺丝液导流口(21)相连通，所述的喷丝板导流槽(23)与喷丝板环装导流圈(24)相连通，所述的喷丝板环装导流圈(24)与喷丝孔(26)相连通，所述的喷丝板导流圈(24)与喷丝板超高分子量聚乙烯纺丝液导流口(22)相连通，所述的喷丝板导流圈(27)与喷丝板超高分子量聚乙烯导孔(25)相连通，所述的喷丝板超高分子量聚乙烯导孔(25)的底端伸至喷丝孔(26)中，所述的喷丝板导流槽(23 )通过喷丝中分配板(19 )与喷丝板超高分子量聚丙烯纺丝液导流口( 21)相连通，所述的喷丝板导流圈(27)通过喷丝中分配板(19)与喷丝板超高分子量聚乙烯纺丝液导流口(22)相连通，所述的喷丝上分配板(18)与喷丝中分配板(19)间设有喷丝过滤网(28)，所述的喷丝孔(26)位于喷丝下分配板(20)的底部。
3.根据权利要求2所述的皮芯复合纤维的专用设备，其特征在于:所述的分配板组件(9)共有7层，7层分配板组件(9)自上而下依次分配在组件内腔(5)中，7层分配板组件(9)的最后一层设在喷丝板组件(8)的上部。
4.根据权利要求2或3所述的皮芯复合纤维的专用设备，其特征在于:所述的上分配板(10)与过滤网(13)间、中分配板(11)与过滤网(13)间分别设有铝垫片(29)，所述的喷丝上分配板(18)与喷丝过滤网(28)间、喷丝中分配板(19)与喷丝过滤网(28)间分别设有喷丝板铝垫片(30)，所述的上盖体(4)与壳体(3)通过螺栓相固定。
5.根据权利要求2或3所述的皮芯复合纤维的专用设备，其特征在于:所述的超高分子量聚丙烯纺丝液导流口(14)、超高分子量聚乙烯纺丝液导流口(15)、超高分子量聚丙烯纺丝液出液口(16)、超高分子量聚乙烯纺丝液出液口(17)、喷丝板超高分子量聚丙烯纺丝液导流口(21)和喷丝板超高分子量聚乙烯纺丝液导流口(22)分别呈倾斜状分布。
6.根据权利要求1或2或3所述的皮芯复合纤维的纺丝方法，其特征在于按以下步骤进行: (1)、皮芯型冻胶丝条的制备: a)、以超高分子量聚丙烯为第一组分原料，按10:1的质量比溶解于50?60°C的白油中，形成混合物，将混合物用高速乳化机进行充分乳化分散，然后向上述混合物中添加质量分数为0.5%的抗氧化剂、质量分数为0.001%的荧光增白剂KSN，再次在高速乳化机内充分乳化，接着升温至110?160°C进行溶胀，再经过第一组螺杆挤出机的挤压，挤出机的各区温度在90?285°C，第一组螺杆挤出机由16个温度区域组成，16个温度区域的温度范围分别为:108 ?109O，175 ?176O，214 ?215O，237 ?238O，244 ?245O，248 ?2490C , 250 ?251 °C，250 ?251°C，255 ?256°C，258 ?260°C，269 ?270°C，274 ?275°C，275 ?278°C，277 ?282°C，283 ?285°C，283 ?285°C ;经过 16 个温度区域后使之成为熔融状态，再流经计量泵，计量后均匀分配到皮芯型复合组件的皮成份中； b)、以超高分子量聚乙烯为第二组原料，按10:1的质量比溶解于50?60°C的白油中，形成混合物，将混合物用高速乳化机进行充分乳化分散，然后向上述混合物中添加质量分数为0.5%的抗氧化剂、质量分数为0.001%的荧光增白剂KSN，再次在高速乳化机内充分乳化，升温至100?130°C进行溶胀，再经过第二组螺杆挤压机，挤出机的各区温度在90?285°C，第二组螺杆挤压机由16个温度区域组成，16个温度区域的温度范围分别为:108?109°C，175 ?176°C，214 ?215°C，237 ?238°C，244 ?245°C，248 ?249°C，250 ?2510C , 250 ?251°C, 255 ?256°C，258 ?260°C, 269 ?270°C, 274 ?275°C, 274 ?2750C，274?275°C，273?274°C，272?273°C;经过16个温度区域后使之成为熔融状态，再流经计量泵，计量后均匀分配到皮芯结构组件的芯成份中； 上述超高分子量聚丙烯与超高分子量聚乙烯的质量比为2:8?4:6 ;上述白油的运动粘度为40°C下达65?75mPa.S ； C)、分别将a)中的混合物和b)中的混合物分别通过喷丝板组件和分配板组件喷出的粘流态细丝，经水凝冷却后形成冻胶丝条； (2)、冻胶丝条的平衡: 将形成的冻胶丝存放在温度22?30°C，湿度是65土5%的平衡间内，放置2?3天，消除内应力，冻胶丝即初生纤维； (3)、分批集束、预牵伸: 平衡放置后，接着分批集束，预牵伸，初生纤维在集束架上进行分配排列，有序的导入四辊预牵伸机上，四辊预牵伸机运转产生的张力使初生纤维获得3飞倍的预牵伸力； (4)、萃取、干燥: 将平衡好的冻胶丝条，经预牵伸后，用碳氢清洗剂在超声波槽内进行高频萃取，把纤维里面的白油置换出来，再在负压的干燥箱内烘干； 其中超声波槽中萃取液温度控制在30?40°C，萃取时间控制在2(T30min，干燥箱的温度控制在40?50°C，干燥时间控制在15?20min ； (5)、多级加热牵伸: 将干燥后的纤维，在130?150°C的热箱内，进行3?4级的热牵伸:即纤维在规定的拉伸倍数下分别进入3或4个热箱组合，每个热箱的牵伸温度设置为130?150°C，热箱组合的总的牵伸热比为37?44，进行10?15倍热牵伸，制成皮芯型复合纤维； (6)、成品卷绕和检验: 经过上述操作步骤，形成一定规格的超高分子量聚丙烯与超高分子量聚乙烯的皮芯复合纤维，在卷绕机上进行成品丝收卷，加工成一定重量或长度的丝卷，再经过断裂强度、纤度、白度、含油率、断裂模量、条干均匀性物理性能检测合格后，即可作为成品纤维出售。
【文档编号】D01D13/00GK104195658SQ201410367399
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】王景景, 包剑峰, 王冬峰, 刘耀信 申请人:杭州翔盛高强纤维材料股份有限公司