一种高强聚乙烯纤维的生产工艺的制作方法

本发明属于高强聚乙烯纤维技术领域，尤其涉及一种高强聚乙烯纤维的生产工艺。

背景技术：

超高分子量聚乙烯纤维由于其较低的密度而成为比强度最高的材料，如在相同质量下，超高分子量聚乙烯纤维的强度是钢丝绳的15倍，比芳纶还要高40％，现在被大量用于制造渔网、船帆及船舶用缆绳、建材吊绳、防护网、安全帽、运动衣、滑雪板、球拍、登山绳、钓鱼线、防切割手套、车辆牵引绳、柔性集装箱起吊绳索、传送带、过滤材料、电缆线或汽车缓冲板

目前高强聚乙烯纤维的有些生产工艺是用温度控制区和匹配的分子量原液浓度喷丝孔的孔径长径比与挤出数率等参数，通过调节纺丝原液或纺丝熔体挤出后的纵向拉伸流变，已使部分大分子缠结点解除，得到具有适宜超分子结构的原丝，经后道拉伸得到高强度聚乙烯纤维，熔体经过过滤从喷丝孔中吐出后，形成熔体细流，熔体细流在成形过程中，粘度、速度、应力和温度，在其路径上存在着连续发生变化，固化的纤维所具有的性能与这些变化关系很大，熔体细流凝固以后，纤维的温度在一段区域内仍高于玻璃化温度，在一定的张力下，可产生部分形变取向。

技术实现要素：

本发明提供一种高强聚乙烯纤维的生产工艺，旨在解决熔体经过过滤从喷丝孔中吐出后，形成熔体细流，熔体细流在成形过程中，粘度、速度、应力和温度，在其路径上存在着连续发生变化，固化的纤维所具有的性能与这些变化关系很大，熔体细流凝固以后，纤维的温度在一段区域内仍高于玻璃化温度，在一定的张力下，可产生部分形变取向的问题。

本发明是这样实现的，一种高强聚乙烯纤维的生产工艺，包括以下步骤，步骤1、原料的制备，按照比例选择原料并投入双螺杆挤压机中；步骤2、制备初生纤维，将混合原料添加到双螺杆挤压机中加工，并通过熔体管道、熔体过滤器进入到纺丝箱中，在纺丝箱中经过喷丝板形成熔体细流；步骤3、冷却预拉伸，溶体细流流入到升降水槽中，引导预拉伸形成冻胶丝；步骤4、加工并卷绕成型，冻胶丝经过萃取、干燥、加热牵伸最后加工并卷绕成型；其中，所述步骤3中的升降水槽用于对溶体细流进行冷却，且其内部设置有导丝辊，所述导丝辊用于给熔体在凝固为丝条后有一定的牵伸张力。

优选的，所述步骤2中的所述导丝辊设置有两根，且两根纵向排列。

优选的，所述导丝辊与所述导丝辊之间设置有一定的拉伸比，且拉伸比设置为0.5。

优选的，所述步骤1中的所述双螺杆挤压机内部的熔融温度设置为150-300℃。

优选的，所述步骤1中的原材料设置为高分子量聚乙烯。

优选的，所述步骤2中的所述喷丝机设置有多个喷丝孔，所述喷丝孔通过空气间隙与所述升降水槽相通。

优选的，所述喷丝孔和所述空气间隙中的溶体细流也设置有拉伸比，拉伸比至少为1.1。

优选的，所述步骤2中的所述纺丝箱内部设置有一定的温度范围，温度范围为170度～190度之间。

优选的，所述步骤3中的冷却可采用液体冷却或者气体冷却，且优选用液体冷却，冷却的温度为5度～20度之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种高强聚乙烯纤维的生产工艺，通过在所述升降水槽中设置两根所述导丝辊，熔体从所述喷丝孔中出来进入所述升降水槽里的水中，用两根所述导丝辊给熔体在凝固为丝条后有一定的牵伸张力，使得熔体凝固成丝条的时在一定的张力下内部的大分子链产生部分取向，这样得到的冻胶丝条，再经后道超倍拉伸得到聚乙烯纤维的强度有明显的提升。

附图说明

图1为本发明的整体流程示意图；

图2为本发明的步骤示意图；

图3为本发明的导丝辊示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种高强聚乙烯纤维的生产工艺，包括以下步骤，步骤1、原料的制备，按照比例选择原料并投入双螺杆挤压机中；步骤2、制备初生纤维，将混合原料添加到双螺杆挤压机中加工，并通过熔体管道、熔体过滤器进入到纺丝箱中，在纺丝箱中经过喷丝板形成熔体细流；步骤3、冷却预拉伸，溶体细流流入到升降水槽中，引导预拉伸形成冻胶丝；步骤4、加工并卷绕成型，冻胶丝经过萃取、干燥、加热牵伸最后加工并卷绕成型；其中，步骤3中的升降水槽用于对溶体细流进行冷却，且其内部设置有导丝辊，导丝辊用于给熔体在凝固为丝条后有一定的牵伸张力。

在本实施方式中，首先将原料高分子量聚乙烯倒入到双螺杆挤压机中，在熔融温度为150-300℃下，使部分大分子缠结点解除，得到具有适宜超分子结构的溶体，熔体经过过滤从喷丝机的多个喷丝孔中吐出形成熔体细流，熔体细流在成形过程中，粘度、速度、应力和温度，在其路径上存在着连续发生变化，固化的纤维所具有的性能与这些变化关系很大，纤维的温度在一段区域内仍高于玻璃化温度，在一定的张力下，可产生部分形变取向，在通过升降水槽水冷，并被内部的导丝辊进行拉伸，然后通过萃取、干燥、加热牵伸最后卷绕成型。

进一步的，步骤2中的导丝辊设置有两根，且两根纵向排列；导丝辊与导丝辊之间设置有一定的拉伸比，且拉伸比设置为0.5。

在本实施方式中，两根导丝辊给熔体细流在凝固为丝条后有一定的牵伸张力，使得熔体细流凝固成丝条的时在一定的张力下内部的大分子链产生部分取向，这样得到的冻胶丝条再经后道超倍拉伸得到聚乙烯纤维的强度有明显的提升，反复经过试验，高强聚乙烯纤维的断裂强度由以前的35cn/dt提高到37cn/dt～39cn/dt。

进一步的，步骤1中的双螺杆挤压机内部的熔融温度设置为150-300℃。

在本实施方式中，将高分子量聚乙烯加入双螺杆挤出机内熔融，熔融温度为150-300℃，已使部分大分子缠结点解除，得到具有适宜超分子结构的原丝，从而获得一种粘度适合拉伸的聚乙烯熔体，使后拉伸更容易进行。

进一步的，步骤1中的原材料设置为高分子量聚乙烯。

在本实施方式中，由高分子量聚乙烯制成的超高分子量聚乙烯纤维由于其较低的密度而成为比强度最高的材料，如在相同质量下，超高分子量聚乙烯纤维的强度是钢丝绳的15倍，比芳纶还要高40％。

进一步的，步骤2中的喷丝机设置有多个喷丝孔，喷丝孔通过空气间隙与升降水槽相通；喷丝孔和空气间隙中的溶体细流也设置有拉伸比，拉伸比至少为1.1。

在本实施方式中，升降水槽可以对溶体细流进行水冷，具体的对于喷丝孔、空气隙中的溶体细流给予一定拉伸比进行拉伸，液体细丝拉伸比至少1.1，为了制备冻胶丝，可以使用适用于冻胶纺丝的已知液体细丝拉伸工艺的任意一种。

进一步的，步骤2中的纺丝箱内部设置有一定的温度范围，温度范围为170度～190度之间。

在本实施方式中，将制备高分子量聚乙烯在170度～190度之间的纺丝温度下融成溶体细流后经多个喷丝孔喷出，最后经过风冷或者水冷进行成型。

进一步的，步骤3中的冷却可采用液体冷却或者气体冷却，且优选用液体冷却，冷却的温度为5度～20度之间。

在本实施方式中，液体冷却采用的是将溶体细流引导到液体中进行水浴，从而对溶体细流进行骤冷凝固，从而冷却成型，制成初生纤维，再用导丝辊拉伸。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。