[發(fā)明專利]一種超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410237102.5
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN104005106A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 印振同;胡宗義;王天金;宋建清;付志合
• 申請（專利權(quán)）人: 山東陸宇塑膠工業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): D01D5/08
• 分類號(hào): D01D5/08;D01D10/00;D01F6/04
• 代理公司: 山東濟(jì)南齊魯科技專利事務(wù)所有限公司 37108
• 代理人: 楊彪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及纖維生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是超高分子量纖維生產(chǎn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超高分子量聚乙烯纖維(英文全稱：Ultra?High?Molecular?Weight?Polyethylene?Fiber，?簡稱UHMWPE)，又稱高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，是目前世界上比強(qiáng)度和比模量最高的纖維。上世紀(jì)七十年代后期，以粉末狀超高分子量聚乙烯為原料，采用全新的凍膠紡絲及超拉伸技術(shù)，制得了超高分子量的聚乙烯纖維，使化學(xué)纖維和化學(xué)纖維工業(yè)開始了新的飛躍。超高分子量聚乙烯纖維具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能，成為繼碳纖維和芳綸之后出現(xiàn)的第三代高性能纖維。就強(qiáng)度而言，目前超高分子量聚乙烯纖維繩索可以吊起來的最大重量是同樣直徑鋼絲繩吊起最大重量的八倍，是目前已經(jīng)工業(yè)化的纖維中強(qiáng)度最高的纖維。此外，超高分子量聚乙烯纖維的密度小于碳纖維和芳綸，具有優(yōu)異的耐化學(xué)性和耐氣候性，高能量吸收性，低導(dǎo)電性，防水性等特點(diǎn)。鑒于上述性能，該纖維成為繼碳纖維和芳綸之后又一種主要的高性能纖維。

但是，由于超高分子量聚乙烯纖維具有軸向高度取向(?>95?%)?和結(jié)晶度高(?>?99?%)?的光滑表面，本身由簡單的亞甲基組成，使得纖維表面不僅沒有任何反應(yīng)活性點(diǎn)，還不能與樹脂形成化學(xué)鍵合，使其表面能低且不易被樹脂潤濕，同時(shí)又無粗糙的表面以供形成機(jī)械嚙合點(diǎn)，這樣就嚴(yán)重限制了該纖維在樹脂基復(fù)合材料中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備及方法。其可以生產(chǎn)出一種能夠與聚乙烯材料緊密熔合，又能夠發(fā)揮UHMWPE纖維超強(qiáng)模量的復(fù)合纖維材料，以便提高UHMWPE纖維復(fù)合材料的承壓性能，使熱塑性塑料管道在高壓流體輸送領(lǐng)域得到應(yīng)用。

本發(fā)明中，添加了加工助劑的超高分子量聚乙烯混合料在塑化擠出的過程中，尤其當(dāng)熔融料在通過UHMWPE料坯成型模具的口模段時(shí)，受到瞬時(shí)高溫的加熱，使熔融料中的加工助劑析出到表面上，既有利于后續(xù)加工過程中的取向拉伸，又能夠增加纖維的純度，提高強(qiáng)度。由于在取向拉伸的過程中必然會(huì)產(chǎn)生表面粗糙現(xiàn)象，通過UHMWPE料坯牽伸成型及表面敷塑模具中設(shè)置的UHMWPE纖維表面敷塑熔體流道將聚乙烯涂覆到預(yù)拉伸的纖維表面，這一層聚乙烯熔融料在紡絲拉伸過程中必須保持熔融狀態(tài)，一方面能夠填充超高分子量聚乙烯纖維取向拉伸時(shí)產(chǎn)生的表面粗糙部位，使纖維表面光滑，另一方面由于這層聚乙烯能夠與纖維形成緊密的粘接形成了一薄層熔合界面，便于纖維成品在加工過程中的使用。這一薄層聚乙烯在進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)，例如復(fù)合管生產(chǎn)時(shí)將起到了關(guān)鍵作用：能夠保護(hù)超高分子量聚乙烯纖維在復(fù)合管加工中避免發(fā)生高溫解取向。

本發(fā)明提供了一種超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備，其包括超高分子量聚乙烯纖維擠出成型主機(jī)總成、超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具、紡絲總成。

優(yōu)選的，該生產(chǎn)設(shè)備還包括超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模具和第二擠出機(jī)，其中第二擠出機(jī)將聚乙烯材料熔融擠出進(jìn)入到超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模具的超高分子量聚乙烯纖維表面敷塑熔體流道中，涂覆在超高分子量聚乙烯纖維表面，形成具有一定厚度的聚乙烯涂層；所述的超高分子量聚乙烯纖維擠出成型主機(jī)總成包括第一擠出機(jī)，用于將帶有加工助劑的超高分子量聚乙烯原料熔融擠出到所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具中。

本發(fā)明還提供了一種超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)方法，其特征在于將超高分子量聚乙烯粉料或粒料作為原料與適量的加工助劑混合均勻后送入超高分子量聚乙烯纖維擠出成型主機(jī)總成中的第一擠出機(jī)，依次經(jīng)過輸送、壓實(shí)和加熱后，由第一擠出機(jī)擠出，從第一擠出機(jī)高壓擠出的熔點(diǎn)狀態(tài)的混合料進(jìn)入超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具，在料坯成型模具的噴絲口形成超高分子量聚乙烯熔融纖維料坯，熔融的超高分子量聚乙烯熔融纖維料坯進(jìn)入超高分子量聚乙烯纖維料坯調(diào)質(zhì)總成中，經(jīng)過調(diào)質(zhì)均化后，進(jìn)入呈錐形收縮的超高分子量聚乙烯熔融纖維牽伸成型及表面敷塑模具中，使纖維料坯取向拉伸，同時(shí)，通過第二擠出機(jī)將低分子量聚乙烯原料塑化熔融，進(jìn)入超高分子量聚乙烯熔融纖維牽伸成型及表面敷塑模具，在牽伸成型及表面敷塑模具的口模處附著在超高分子量聚乙烯熔融料坯表面上，附著有低分子量聚乙烯材料的纖維料坯在紡絲總成5的牽拉下進(jìn)行取向拉伸，完成具有易熔合界面的超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)。

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附圖說明

以下，將結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，其中：

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的超高分子量纖維生產(chǎn)設(shè)備的示意圖；

圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的超高分子量纖維生產(chǎn)設(shè)備的示意圖；