CN102115964B - 一种超高分子量聚乙烯纤维的干燥方法 - Google Patents

一种超高分子量聚乙烯纤维的干燥方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超高分子量聚乙烯纤维的干燥方法,包括:将卷曲后的超高分子量聚乙烯纤维的丝条送入干燥机依次进行第一级干燥、第二级干燥、第三级干燥;所述第一级干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的下方吹向上方;所述第二级干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的上方吹向下方;所述第三级干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的上方吹向下方。本发明提供的干燥方法可以避免在干燥过程中因传送带温度过高而造成的超高分子量聚乙烯纤维局部受热,稳定了超高分子量聚乙烯纤维的力学性能,从而使最终制得的防刺面料具有均一的力学性能,且具有较高的耐刺穿性。

Description

一种超高分子量聚乙烯纤维的干燥方法
技术领域
本发明涉及安全防护领域,特别涉及一种超高分子量聚乙烯纤维的干燥方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维也称高强高模聚乙烯(HSHMPE)纤维或伸长链(ECPE)聚乙烯纤维,它是由相对分子质量在(1~6)×106的聚乙烯经纺丝、超拉伸后制得。超高分子量聚乙烯纤维复合材料较其他纤维增强复合材料具有更轻的质量,更好的介电性和耐冲击性,因此被广泛应用于航空航天、海域防御、武器装备等领域。
由超高分子量聚乙烯纤维为原料制成的防刺面料在防刺防弹领域有着重要应用。目前制备超高分子量聚乙烯纤维防刺面料一般采用如下工艺步骤:将超高分子量聚乙烯长纤维丝条牵伸→卷曲→干燥→开松→梳理→铺网→针刺→上胶→热定型,所述干燥的目的是去除附着在丝条表面的水分,便于后续的上胶过程。现有技术的干燥方法一般为:将超高分子量聚乙烯纤维的丝条平铺在传送带上,送入干燥室进行烘干,在烘干室中,加热器设置在下部,即对丝条进行由下至上的烘干,而现有传送带通常为铁网,导热性好,加热温度过高易造成丝条在与铁网的接触面上局部受热过大,丝条受热不均匀,使干燥后超高分子量聚乙烯纤维丝条力学性能不稳定,由超高分子量聚乙烯纤维丝条制得的防刺面料表面各处的力学性能不均一,影响了防刺面料的防刺防弹性能;而加温温度过低虽然能减小超高分子量聚乙烯丝条的局部受热程度,但不能使丝条干燥充分,丝条上由于附着有水分,在上胶过程中易造成粘接不牢,从而降低最终制得的防刺面料的耐冲击性。
本发明人考虑,在对超高分子量聚乙烯纤维的丝条进行干燥时,将超高分子量聚乙烯丝条进行多级干燥,并改变干燥时热风吹送的方法,用以使丝条受热均匀,稳定丝条的力学性能,同时使附着在丝条上的水分充分烘干,进而保证最终制得的防刺布料各处力学性能均一,并具有较高的耐刺穿性。
发明内容
本发明解决的技术问题在于,提供一种稳定超高分子量聚乙烯纤维的力学性能、且能使超高分子量聚乙烯纤维表面水分充分干燥的干燥方法,进而保证制得力学性能均一防刺面料。
为了解决以上技术问题,本发明提供一种超高分子量聚乙烯纤维的干燥方法,包括:
将卷曲后的超高分子量聚乙烯纤维丝条送入干燥机依次进行第一级干燥、第二级干燥、第三级干燥;
所述第一级干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的下方吹向上方;
所述第二级干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的上方吹向下方;
所述第三级干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的上方吹向下方。
优选的,所述第一级干燥的加热温度为70℃~120℃。
优选的,所述第一级干燥的加热温度为85℃~110℃。
优选的,所述第二级干燥的加热温度为60℃~110℃。
优选的,所述第三级干燥的加热温度为50℃~100℃。
优选的,还包括:将所述超高分子量聚乙烯纤维的丝条进行三级干燥前进行预干燥。
优选的,所述预干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的上方吹向下方。
优选的,所述预干燥的加热温度为60℃~110℃。
优选的,所述预干燥、第一级干燥、第二级干燥和第三级干燥的的干燥车速为80m/min~100m/min。
优选的,所述超高分子量聚乙烯为重均分子量为(1.5~4.5)×106的线性聚乙烯。
本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维的干燥方法,该方法是将卷曲后的超高分子量聚乙烯纤维丝条依次进行三级干燥,第一干燥中控制热风吹送方向为从超高分子量聚乙烯纤维的下方吹向上方,使纤维表面大部分水分蒸发干燥;第二级干燥中控制热风吹送方向为从超高分子量聚乙烯纤维的上方吹向下方,避免传送带温度过高造成的超高分子量聚乙烯纤维局部受热,稳定超高分子量聚乙烯纤维的力学性能;第三级干燥中控制热风吹送方向为从超高分子量聚乙烯纤维的上方吹向下方,使纤维表面水分充分蒸发,易于后续的上胶过程。进而使最终制得防刺面料具有均一的力学性能,且具有较高的耐刺穿性。
附图说明
图1为本发明提供的干燥方法的流程图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明,下面结合实施例对本发明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发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种超高分子量聚乙烯纤维的干燥方法,包括:将卷曲后的超高分子量聚乙烯纤维送入干燥机依次进行第一级干燥、第二级干燥、第三级干燥;
所述第一级干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的下方吹向上方;
所述第二级干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的上方吹向下方;
所述第三级干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的上方吹向下方。
参见图1为本发明中超高分子量聚乙烯纤维干燥过程的流程示意图,将卷曲后的超高分子量聚乙烯纤维4依次通过第一干燥室1、第二干燥室2、第三干燥室3进行第一级干燥、第二级干燥、第三级干燥,图中箭头的方向表示干燥过程中热风吹送的方向。
超高分子量聚乙烯纤维4在进行第一级干燥前,纤维表面附着有大量的水分,在进行第一级干燥时,纤维表面的部分水分会变成水蒸气向上方运动,故第一级干燥时控制热风方向是从超高分子量聚乙烯纤维4的下方吹至上方,加热方向与水蒸气运动方向一致,便于将纤维表面的大部分水分蒸发。
按照本发明,第一级干燥的加热温度优选为70℃~120℃,更优选为85℃~110℃,干燥车速优选为80m/min~100m/min。
超高分子量聚乙烯纤维4经第一级干燥后表面仍残留部分水,需对超高分子量聚乙烯纤维继续进行第二级干燥,而此时传送带5的温度已升至60℃~70℃,接近超高分子量聚乙烯的玻璃化转变温度,故控制第二级干燥中的热风方向从超高分子量聚乙烯纤维4的上方吹至下方,减少传送带温度的进一步升高,防止超高分子量聚乙烯纤维局部受热,稳定超高分子量聚乙烯纤维的力学性能。
按照本发明,第二级干燥的加热温度优选为60℃~110℃,更优选为75℃~105℃,干燥车速优选为80m/min~100m/min。
将超高分子量聚乙烯纤维4依次进行第一级干燥、第二级干燥后,纤维表面残余水量约为1%~1.5%,为了使超高分子量聚乙烯纤维4表面的水分充分干燥,将超高分子量聚乙烯纤维4进行第三级干燥,第三级干燥中,同样为了控制传送带的温度,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维4的上方吹至下方。
按照本发明,第三级干燥的加热温度优选为50℃~100℃,更优选为60℃~100℃,干燥车速优选为80m/min~100m/min。
按照本发明,优选将超高分子量聚乙烯纤维在进行第一级干燥前进行预干燥,在预干燥过程中,控制热风方向是从超高分子量聚乙烯纤维的下方吹至上方,加热温度优选为60℃~110℃,干燥车速优选为80m/min~100m/min。
对于干燥机,可以使用本领域技术人员熟知的设备,本发明对此并无特别限制。
所述卷曲后的超高分子量聚乙烯纤维的是将超高分子量聚乙烯纤维均匀铺展后经本领域技术人员熟知的方法进行牵伸、机械卷曲后形成。
对于超高分子量聚乙烯的纺丝方法,优选为凝胶纺丝方法制备的纤维,例如可以通过在专利GB2042414A或WO01/73173中所描述的凝胶纺丝工艺来制备。凝胶纺丝工艺由以下步骤组成:制备具有高特性黏度的线性聚乙烯的溶液,将该溶液在高于溶解温度的温度下纺成丝,将该丝冷却到凝胶温度以下以产生凝胶,并且在除去溶剂之前、期间或以后拉伸丝以得到超高分子量聚乙烯纤维。按照本发明,优选采用重均分子量为(1.5~4.5)×106的线性聚乙烯按照上述方法进行纺丝。
将卷曲后的超高分子量聚乙烯纤维用本发明提供的干燥方法进行干燥后用本领域技术人员熟知的方法将其切割成55mm~95mm的超高分子量聚乙烯短纤维,将超高分子量聚乙烯短纤维送入开松机进行开松后导入梳理机进行梳理,将梳理后的超高分子量聚乙烯纤维在铺网机叠加铺网,优选将超高分子量聚乙烯短纤维进行三层铺网,然后将三层纤维网放入针刺机进行针刺工序,制得无纺布,针刺密度优选为1000针/cm2~4000针/cm2。将所述无纺布用含有聚苯乙烯弹性体的胶粘剂进行上胶,所述聚苯乙烯弹性体优选为聚苯乙烯三嵌段共聚体,更优选为SEBS,如科腾(KARTON)公司生产的KARTON G-1650、KARTON D-1161,无纺布中胶粘剂的含量优选为5wt%~15wt%。将上胶后的无纺布在80℃~100℃干燥后送入液压机进行热压成型,控制加热温度为80℃~150℃、压力为15Mpa~30Mpa、压制时间为5min~12min,热压成型后制得防刺面料。对于开松机、梳理机、针刺机和液压机可以使用本领域技术人员熟知的设备,本发明对此并无特别限制。
为了进一步了解本发明,下面结合实施例对本发明提供的干燥方法进行描述。
实施例1
1、将400旦宁波荣溢化纤科技有限公司生产的RYX90超高分子量聚乙烯纤维放置在纱架上,丝头经过集束架后导入卷曲机中机械卷曲成形。
2、将卷曲的超高分子量聚乙烯纤维5依次进行预干燥、第一级干燥、第二级干燥、第三级干燥:
预干燥
将卷曲的超高分子量聚乙烯纤维5导入预干燥室进行第一级干燥,控制热风方向从超高分子量聚乙烯纤维5下方吹向上方,干燥温度设为105℃,车速设为90m/min。
第一级干燥
将预干燥后的超高分子量聚乙烯纤维5导入第一干燥室1进行第一级干燥,控制热风方向从超高分子量聚乙烯纤维5下方吹向上方,干燥温度设为95℃,车速设为90m/min。
第二级干燥
将经第一级干燥后的超高分子量聚乙烯纤维5导入第二干燥室2进行第二级干燥,控制热风方向从超高分子量聚乙烯纤维5上方吹向下方,干燥温度设为85℃,车速设为90m/min。
第三级干燥
将经第二级干燥后的超高分子量聚乙烯纤维5导入第三干燥室3进行第三级干燥,控制热风方向从超高分子量聚乙烯纤维5上方吹向下方,干燥温度设为75℃,车速设为90m/min。
3、将干燥后的超高分子量聚乙烯纤维切断成75mm高分子量聚乙烯短纤维。
4、将所述超高分子量聚乙烯短纤维进行开松、梳理。
5、将梳理后的超高分子量聚乙烯纤维在铺网机进行三层叠加铺网。
6、将三层纤维网进行针刺,制得无纺布,针刺密度为3000针/cm2
7、将所述无纺布导入上胶槽中进行上胶,上胶槽中盛有如下成分的胶粘剂,无纺布中胶粘剂的含量为10wt%:
KARTON G-1650            13wt%;
松香                     2wt%;
120溶剂(2,3-丁二酮)     余量。
8、将上胶后的无纺布在90℃干燥后热压成型,设置热压温度为110℃、压力为22Mpa、热压时间为8min,制得防刺面料。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于:
2、将卷曲的超高分子量聚乙烯纤维5依次进行第一级干燥、第二级干燥、第三级干燥:
第一级干燥
将卷曲的超高分子量聚乙烯纤维5导入第一干燥室1进行第一级干燥,控制热风方向从超高分子量聚乙烯纤维5下方吹向上方,干燥温度设为100℃,车速设为85m/min。
第二级干燥
将经第一级干燥后的超高分子量聚乙烯纤维5导入第二干燥室2进行第二级干燥,控制热风方向从超高分子量聚乙烯纤维5上方吹向下方,干燥温度设为70℃,车速设为85m/min。
第三级干燥
将经第二级干燥后的超高分子量聚乙烯纤维5导入第三干燥室3进行第三级干燥,控制热风方向从超高分子量聚乙烯纤维5上方吹向下方,干燥温度设为60℃,车速设为85m/min。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于:
2、将卷曲的超高分子量聚乙烯纤维5依次进行第一级干燥、第二级干燥、第三级干燥:
第一级干燥
将卷曲的超高分子量聚乙烯纤维5导入第一干燥室1进行第一级干燥,控制热风方向从超高分子量聚乙烯纤维5下方吹向上方,干燥温度设为110℃,车速设为95m/min。
第二级干燥
将经第一级干燥后的超高分子量聚乙烯纤维5导入第二干燥室2进行第二级干燥,控制热风方向从超高分子量聚乙烯纤维5上方吹向下方,干燥温度设为100℃,车速设为95m/min。
第三级干燥
将经第二级干燥后的超高分子量聚乙烯纤维5导入第三干燥室3进行第三级干燥,控制热风方向从超高分子量聚乙烯纤维5上方吹向下方,干燥温度设为95℃,车速设为95m/min。
比较例1
本比较例与实施例1的区别在于:
2、将卷曲的超高分子量聚乙烯纤维只进行一级干燥,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维下方吹向上方,干燥温度设为110℃,车速设为80m/min。
将实施例1至3和对比例1制得的防刺面料分别编号为a、b、c、d,将每块样布沿对角线方向截取三块50cm×50cm的测试布料,编号依次为a1、a2、a3,b1、b2、b3,c1、c2、c3,d1、d2、d3,将所述测试布料进行耐刺穿试验。
耐刺穿试验测试标准:将质量为2.6kg的双尖刀匕首以一定高度置于测试布料上方,匕首下落次戳测试布料,观察布料刺破程度,刺破程度分为三个等级:未刺破,轻微刺破,完全刺穿,测试结果列与表1。
表1耐刺穿性能测试结果
Figure G2009102653961D00091
由上述结果可知,按照本发明提供的干燥方法对超高分子量聚乙烯纤维进行干燥,可以使超高分子量聚乙烯纤维受热均匀且使其表面水分充分蒸发,稳定纤维的力学性能,在制备防刺面料的过程中使用本发明提供的干燥方法对超高分子量聚乙烯纤维进行干燥后,经切断、开松、梳理、铺网、针刺、上胶、热压成型后制得的防刺面料各处力学性能均一,均可承受25J的刺戳能量,具有较高的防刺等级。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明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,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种超高分子量聚乙烯纤维的干燥方法,包括:
将卷曲后的超高分子量聚乙烯纤维的丝条送入干燥机依次进行第一级干燥、第二级干燥、第三级干燥;
所述第一级干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的下方吹向上方;所述第一级干燥的加热温度为70℃~120℃;
所述第二级干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的上方吹向下方;所述第二级干燥的加热温度为60℃~110℃;
所述第三级干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的上方吹向下方;所述第三级干燥的加热温度为50℃~100℃。
2.根据权利要求1所述的干燥方法,其特征在于,所述第一级干燥的加热温度为85℃~110℃。
3.根据权利要求1所述的干燥方法,其特征在于,还包括:将所述超高分子量聚乙烯纤维丝条进行三级干燥前进行预干燥。
4.根据权利要求3所述的干燥方法,其特征在于,所述预干燥中,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的上方吹向下方。
5.根据权利要求4所述的干燥方法,其特征在于,所述预干燥的加热温度为60℃~110℃。
6.根据权利要求5所述的干燥方法,其特征在于,所述预干燥、第一级干燥、第二级干燥和第三级干燥的的干燥车速为80m/min~100m/min。
7.根据权利要求1至6任一项所述的干燥方法,其特征在于,所述超高分子量聚乙烯为重均分子量为(1.5~4.5)×106的线性聚乙烯。
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