CN106087497A - 一种深蓝渔业用纲索加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种深蓝渔业用纲索加工方法，其特征是将UHMWPE粉末、LLDPE粉末、纳米载银二氧化硅抗菌剂、白油、硅酮粉、羟基硬脂酸、抗氧剂1010、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、助抗氧剂DLTP、乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物预混合后倒入高速捏合锅中高速捏合，UHMWPE复合料经双螺杆挤出机熔融挤出，挤出物经双螺杆出口加装的计量泵从喷丝孔熔融挤出，挤出的初生丝经冷却和预牵伸，预牵伸丝经热牵伸，热定型后以使用力矩电动机的收丝机收卷熔纺丝束；以合股机将熔纺丝束初捻后获得S捻向的绳股；通过三股捻绳机将3根S捻向的绳股加工成Z捻的3股深蓝渔业用纲索。本方法产品还可在海洋工程、拦污工程使用。

Description

一种深蓝渔业用纲索加工方法
技术领域
本发明涉及极地和深远海生物资源开发利用技术领域的纲索。
背景技术
深蓝渔业是指瞄准极地和深远海生物资源的开发利用。在深蓝渔业中，由若干根绳股捻合而成的、直径大于4mm的绳索制品称为深蓝渔业用纲索。纲索是深蓝渔业必不可少的重要材料之一，无论是极地磷虾资源的开发利用，还是深远海鱼类养殖网箱与养殖围网等生产活动都离不开纲索。本领域将加工纲索用熔纺单丝简称熔纺丝。现有技术纲索用熔纺丝一般以单一高密度聚乙烯树脂(以下简称HDPE树脂)为原料，采用传统熔融纺丝工艺加工生产，这使得生产的熔纺丝及其纲索成品的破断强力较低(如现有纲索用丝断裂强度合格品指标仅为5.2cN/dtex、直径5mm聚乙烯纲索的破断强力指标仅为2730N)，HDPE树脂原料或线性低密度聚乙烯(简称LLDPE)树脂以传统熔融纺丝及制纲工艺根本无法生产深蓝渔业用纲索；超高分子量聚乙烯(简称UHMWPE)加工流动性极差，本领域目前尚无法以UHMWPE粉末、传统熔融纺丝及制纲工艺生产深蓝渔业纲索。极地和深远海生物资源开发利用的外部作业条件恶劣，容易发生纲索断裂事故。随着深蓝渔业的推进，对纲索及纲索用丝的安全性、耐磨性、破断强力、抗菌防污效果等力学性能与抗菌防污功能逐步提出了新要求。本领域用纲索与船舶运输、纺织生产、近海渔业、近海网箱等技术领域用的纲索差别悬殊，船舶运输、纺织生产、近海渔业、近海网箱领域用的纲索及纲索用丝的加工方法均不适合深蓝渔业用纲索。现有技术纲索及纲索用丝的综合性能较差、难以适应深蓝渔业发展要求，迫切需要生产安全性好、价格低(价格低于聚酰胺纲索)、耐磨性优、破断强力高、具有一定的抗菌防污效果的功能性高性能深蓝渔业用纲索。深蓝渔业用纲索加工方法为本领域长期悬而未决的技术难题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种安全性好、价格低、耐磨性优、破断强力高、并具有一定的抗菌防污效果的功能性高性能深蓝渔业用纲索加工方法，以降低深蓝渔业纲索断裂事故发生率，降低深蓝渔业纲索重量、水阻力和工作量，发展低碳型深蓝渔业。
本发明的技术方案采用UHMWPE粉末、LLDPE粉末、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、纳米载银二氧化硅抗菌剂、白油、硅酮粉、羟基硬脂酸、抗氧剂1010、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、助抗氧剂DLTP原料和计量泵、合股机、高速捏合机、三股捻绳机、双螺杆挤出机设备，其特征是UHMWPE粉末熔融指数为0.10g/10min-0.27g/10min，分子量130万-400万；LLDPE粉末熔融指数1.5g/10min-2.5g/10min，添加量为UHMWPE粉末重量的4.4％-5.6％；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的脆性温度<-60℃，添加量为UHMWPE粉末重量的1.6‰-3.3‰；纳米载银二氧化硅抗菌剂粒度范围为20nm-50nm，添加量为UHMWPE粉末重量的1.8％-5.2％；白油添加量为UHMWPE粉末重量的4.5‰-5.5‰；硅酮粉的有机硅含量65％-80％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.7‰-3.3‰；羟基硬脂酸的羟基值为148mgKOH/g-155mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.7％-1.7％；抗氧剂1010的初熔点≥110℃、挥发份≤0.5％且灰分≤0.1％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.8‰-2.5‰；纳米级硅藻土的SiO2含量≥90％、水分含量≤0.1％，添加量为UHMWPE粉末重量的0.7％-2.4％；纳米级硅灰石的粒径范围为5nm-48nm，添加量为UHMWPE粉末重量的1.3‰-2.1‰；助抗氧剂DLTP的酸值不大于0.05mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.8‰-1.2‰；将按配方称量后的UHMWPE粉末、LLDPE粉末、纳米载银二氧化硅抗菌剂、白油、硅酮粉、羟基硬脂酸、抗氧剂1010、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、助抗氧剂DLTP、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物预混合后倒入高速捏合锅中在756r/min-870r/min的转速下进行高速捏合25min-62min，当高速捏合锅中混合料温度升至79℃即可出料，获得UHMWPE混合料；UHMWPE混合料经双螺杆挤出机在料筒电加热区的第①区、第②区、第③区、第④区、第⑤区、第⑥区、第⑦区、第⑧区、第⑨区、第⑩区的温控范围分别为70℃-90℃、250℃-275℃、130℃-150℃、170℃-190℃、200℃-230℃、210℃-240℃、220℃-249℃、230℃-260℃、240℃-270℃、270℃-288℃下熔融挤出，挤出物经双螺杆出口加装的计量泵计量后从喷丝孔熔融挤出，双螺杆挤出机机头温度范围为250℃-275℃，双螺杆挤出机喷丝板长径比范围为1:25-1:50，喷丝板上喷丝孔的孔径为1.03mm、孔数为50孔，挤出的初生丝经冷却水箱10℃-32℃低温净化水和第一牵伸辊得到冷却和预牵伸，预牵伸丝经95℃-99℃高温第一牵伸水浴槽和第二牵伸辊、108.5℃-114.8℃高温第二牵伸甘油槽和第三牵伸辊、97℃-99℃高温第三牵伸水浴槽和第四牵伸辊进行三次热牵伸，第一牵伸水浴槽尺寸为2.5m长×0.9m宽×1.1m高、第二牵伸甘油槽尺寸为2.0m长×0.9m宽×0.6m高、第三牵伸水浴槽尺寸为2.5m长×0.9m宽×1.1m高；牵伸总倍数控制在20.6倍-22.8倍后，经规格为1.3m长×0.3m宽×0.3m高恒温箱热定型后以使用力矩电动机的收丝机收卷深蓝渔业熔纺丝束，恒温箱热定型温度范围为91℃-118℃；以合股机将深蓝渔业熔纺丝束以8T/m的内捻度初捻后获得S捻向的深蓝渔业绳股；通过三股捻绳机将3根S捻向的深蓝渔业绳股加工成捻距为25mm、捻向为Z捻的3股深蓝渔业用纲索，这就获得了直径5mm的一种深蓝渔业用纲索。
本发明首创一种深蓝渔业用纲索加工方法技术方案，在纲索用丝母料中添加特定剂量的LLDPE粉末、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等多种原料助剂，在特定条件下高速捏合后获得特种UHMWPE复合料，大幅度开拓了纲索用丝的原料组成，确保了纺丝生产的顺利进行；本发明在不同牵伸介质、生产成本、牵伸倍数与原料助剂组成的条件下进行无数开拓性试验论证，确保了纲索用丝的性能；本发明采用LLDPE粉末、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、羟基硬脂酸改进了纺丝的流动性，既使纲索用丝成本降低、性能与功能提高，又解决了UHMWPE加工过程中出现的熔体破裂问题，使UHMWPE粉末的加工流动性得到改善；本发明采用纳米载银二氧化硅抗菌剂既增强了产品的强度和耐老化性，又使产品具有了一定的抗菌防污功能、适当降低了深蓝渔业生产中污损生物附着；本发明采用硅酮粉改进了纺丝的润滑性，提高了UHMWPE复合料流动均匀性，确保了纺丝的顺利进行；本发明采用抗氧剂1010、助抗氧剂DLTP，保证了产品加工过程中不降解，改进了产品的抗氧化性，提高了产品的耐久性与使用寿命；本发明采用纳米级硅藻土改进了产品的耐磨性和破断强力，提高了产品的力学性能；本发明以纳米级硅灰石作为增强填料，它作为成核剂很好地补偿了因LLDPE粉末加入UHMWPE粉末母料而导致的产出深蓝渔业熔纺丝综合性能的降低；本发明创造不同介质下的组合式三次热牵伸，在通过特定高温高倍热牵伸大幅度提高熔纺丝产品分子取向的同时，经高温第三牵伸水浴槽清除了产品表面可能残留的甘油，大大提高了产品的质量和环保要求，增加了深蓝渔业熔纺丝束中熔纺丝之间的亲和力；本发明挤出物经双螺杆出口加装的计量泵计量后从喷丝孔熔融挤出，使压力均衡稳定，确保了纲索用丝生产的质量稳定性；本发明在收丝机收卷深蓝渔业熔纺丝束前经恒温箱热定型，使分子链有足够的松弛能力并消除了内应力，降低了产品的不匀率；本发明采用特殊的喷丝孔孔数，降低了绳股加工所需的分丝工序，方便生产中直接以合股机将含有50根深蓝渔业熔纺丝的深蓝渔业熔纺丝束以特殊内捻度初捻成深蓝渔业绳股，降低最终纲索产品的生产成本。本发明产出的直径5mm的一种深蓝渔业用纲索安全性好(同等直径及外部生产作业条件下纲索断裂事故发生率降低10％以上)、价格低(价格低于聚酰胺纲索3％以上)、耐磨性优(较现有聚乙烯纲索提高10％以上)、破断强力高(较现有领域同等规格纲索提高45％，纲索用丝断裂强度高达6.67cN/dtex、结节强度高达4.37cN/dtex)、具有一定的抗菌防污效果(使污损生物在纲索上的附着面积降低6％以上)的高性能与功能性深蓝渔业用纲索。试验或生产实践结果表明以本发明技术方案生产的一种深蓝渔业用纲索，在保持破断强力不变的前提下，可降低深蓝渔业纲索断裂事故发生率，降低深蓝渔业纲索重量、水阻力和工作量，本发明产品在深蓝渔业上的创新应用可助推低碳型深蓝渔业发展，助力蓝色粮仓建设，技术效果非常显著。
具体实施方式
这里以直径5mm的一种深蓝渔业用纲索为例，介绍本发明的具体实施方式。
本发明的技术方案采用UHMWPE粉末、LLDPE粉末、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、纳米载银二氧化硅抗菌剂、白油、硅酮粉、羟基硬脂酸、抗氧剂1010、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、助抗氧剂DLTP、计量泵、合股机、高速捏合机、三股捻绳机、双螺杆挤出机(为增加纺丝效果，本发明用双螺杆挤出机的流道可较普通双螺杆挤出机加长5cm-20cm)，将UHMWPE粉末(市售UHMWPE粉末，熔融指数为0.10g/10min-0.27g/10min，分子量130万-400万，英文为UltraMolecular Weight Polyethylene，简称为UHMWPE)、LLDPE粉末(市售LLDPE粉末，熔融指数1.5g/10min-2.5g/10min，添加量为UHMWPE粉末重量的4.4％-5.6％；若LLDPE粉末受潮，则以风吹、日晒、烘干等方式进行干燥处理)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(市售乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，脆性温度<-60℃，添加量为UHMWPE粉末重量的1.6‰-3.3‰)、纳米载银二氧化硅抗菌剂(市售纳米载银二氧化硅抗菌剂，粒度范围为20nm-50nm，添加量为UHMWPE粉末重量的1.8％-5.2％)、白油(市售白油，添加量为UHMWPE粉末重量的4.5‰-5.5‰)、硅酮粉(市售硅酮粉，有机硅含量65％-80％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.7‰-3.3‰)、羟基硬脂酸(市售羟基硬脂酸，羟基值为148mgKOH/g-155mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.7％-1.7％)、抗氧剂1010(市售抗氧剂1010，初熔点≥110℃、挥发份≤0.5％且灰分≤0.1％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.8‰-2.5‰)、纳米级硅藻土(市售纳米级硅藻土，SiO2含量≥90％、水分含量≤0.1％，添加量为UHMWPE粉末重量的0.7％-2.4％)、纳米级硅灰石(市售纳米级硅灰石，粒径范围为5nm-48nm，添加量为UHMWPE粉末重量的1.3‰-2.1‰)、助抗氧剂DLTP(市售助抗氧剂DLTP，酸值不大于0.05mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.8‰-1.2‰)；将按配方称量后的UHMWPE粉末、LLDPE粉末、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、纳米载银二氧化硅抗菌剂、白油、硅酮粉、羟基硬脂酸、抗氧剂1010、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、助抗氧剂DLTP预混合后倒入高速捏合锅中在756r/min-870r/min的转速下进行高速捏合25min-62min，当高速捏合锅中混合料温度升至79℃即可出料，获得UHMWPE复合料；UHMWPE复合料经双螺杆挤出机在料筒电加热区的第①区、第②区、第③区、第④区、第⑤区、第⑥区、第⑦区、第⑧区、第⑨区、第⑩区的温控范围分别为70℃-90℃、250℃-275℃、130℃-150℃、170℃-190℃、200℃-230℃、210℃-240℃、220℃-249℃、230℃-260℃、240℃-270℃、270℃-288℃下熔融挤出，挤出物经双螺杆出口加装的计量泵计量后从喷丝孔熔融挤出，双螺杆挤出机机头温度范围为250℃-275℃，双螺杆挤出机喷丝板长径比范围为1:25-1:50，喷丝板上喷丝孔的孔径为1.03mm、孔数为50孔，挤出的初生丝经冷却水箱10℃-32℃低温净化水和第一牵伸辊得到冷却和预牵伸，预牵伸丝经95℃-99℃高温第一牵伸水浴槽和第二牵伸辊、108.5℃-114.8℃高温第二牵伸甘油槽和第三牵伸辊、97℃-99℃高温第三牵伸水浴槽和第四牵伸辊进行三次热牵伸，第一牵伸水浴槽尺寸为2.5m长×0.9m宽×1.1m高、第二牵伸甘油槽尺寸为2.0m长×0.9m宽×0.6m高、第三牵伸水浴槽尺寸为2.5m长×0.9m宽×1.1m高；牵伸总倍数控制在20.6倍-22.8倍后，经规格为1.3m长×0.3m宽×0.3m高恒温箱热定型后以使用力矩电动机的收丝机收卷深蓝渔业熔纺丝束，恒温箱热定型温度范围为91℃-118℃；以合股机将深蓝渔业熔纺丝束以8T/m的内捻度初捻后获得S捻向的深蓝渔业绳股；通过三股捻绳机将3根S捻向的深蓝渔业绳股加工成捻距为25mm、捻向为Z捻的3股深蓝渔业用纲索，这就获得了直径5mm的一种深蓝渔业用纲索。本发明产品的力学性能优异、抗菌防污功能较好，除本领域外，还可在海洋工程、拦污工程等领域使用。本发明可产业化生产，产出的纲索安全性好、价格低于聚酰胺纲索、耐磨性优于聚乙烯纲索、破断强力大大高于同等规格聚乙烯纲索且具有一定的抗菌防污效果。本发明可降低深蓝渔业纲索断裂事故发生率，降低深蓝渔业纲索重量、水阻力和工作量，技术效果非常明显，产业化前景广阔。

Claims (2)

1.一种深蓝渔业用纲索加工方法，采用UHMWPE粉末、LLDPE粉末、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、纳米载银二氧化硅抗菌剂、白油、硅酮粉、羟基硬脂酸、抗氧剂1010、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、助抗氧剂DLTP原料和计量泵、合股机、高速捏合机、三股捻绳机、双螺杆挤出机设备，其特征是UHMWPE粉末熔融指数为0.10g/10min-0.27g/10min，分子量130万-400万；LLDPE粉末熔融指数1.5g/10min-2.5g/10min，添加量为UHMWPE粉末重量的4.4％-5.6％；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的脆性温度<-60℃，添加量为UHMWPE粉末重量的1.6‰-3.3‰；纳米载银二氧化硅抗菌剂粒度范围为20nm-50nm，添加量为UHMWPE粉末重量的1.8％-5.2％；白油添加量为UHMWPE粉末重量的4.5‰-5.5‰；硅酮粉的有机硅含量65％-80％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.7‰-3.3‰；羟基硬脂酸的羟基值为148mgKOH/g-155mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.7％-1.7％；抗氧剂1010的初熔点≥110℃、挥发份≤0.5％且灰分≤0.1％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.8‰-2.5‰；纳米级硅藻土的SiO2含量≥90％、水分含量≤0.1％，添加量为UHMWPE粉末重量的0.7％-2.4％；纳米级硅灰石的粒径范围为5nm-48nm，添加量为UHMWPE粉末重量的1.3‰-2.1‰；助抗氧剂DLTP的酸值不大于0.05mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.8‰-1.2‰；将按配方称量后的UHMWPE粉末、LLDPE粉末、纳米载银二氧化硅抗菌剂、白油、硅酮粉、羟基硬脂酸、抗氧剂1010、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、助抗氧剂DLTP、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物预混合后倒入高速捏合锅中在756r/min-870r/min的转速下进行高速捏合25min-62min，当高速捏合锅中混合料温度升至79℃即可出料，获得UHMWPE复合料；UHMWPE复合料经双螺杆挤出机在料筒电加热区的第①区、第②区、第③区、第④区、第⑤区、第⑥区、第⑦区、第⑧区、第⑨区、第⑩区的温控范围分别为70℃-90℃、250℃-275℃、130℃-150℃、170℃-190℃、200℃-230℃、210℃-240℃、220℃-249℃、230℃-260℃、240℃-270℃、270℃-288℃下熔融挤出，挤出物经双螺杆出口加装的计量泵计量后从喷丝孔熔融挤出，双螺杆挤出机机头温度范围为250℃-275℃，双螺杆挤出机喷丝板长径比范围为1:25-1:50，喷丝板上喷丝孔的孔径为1.03mm、孔数为50孔，挤出的初生丝经冷却水箱10℃-32℃低温净化水和第一牵伸辊得到冷却和预牵伸，预牵伸丝经95℃-99℃高温第一牵伸水浴槽和第二牵伸辊、108.5℃-114.8℃高温第二牵伸甘油槽和第三牵伸辊、97℃-99℃高温第三牵伸水浴槽和第四牵伸辊进行三次热牵伸，第一牵伸水浴槽尺寸为2.5m长×0.9m宽×1.1m高、第二牵伸甘油槽尺寸为2.0m长×0.9m宽×0.6m高、第三牵伸水浴槽尺寸为2.5m长×0.9m宽×1.1m高；牵伸总倍数控制在20.6倍-22.8倍后，经规格为1.3m长×0.3m宽×0.3m高恒温箱热定型后以使用力矩电动机的收丝机收卷深蓝渔业熔纺丝束，恒温箱热定型温度范围为91℃-118℃；以合股机将深蓝渔业熔纺丝束以8T/m的内捻度初捻后获得S捻向的深蓝渔业绳股；通过三股捻绳机将3根S捻向的深蓝渔业绳股加工成捻距为25mm、捻向为Z捻的3股深蓝渔业用纲索，这就获得了直径5mm的一种深蓝渔业用纲索。
2.根据权利要求1所述的一种深蓝渔业用纲索加工方法，其特征是双螺杆挤出机的流道较普通双螺杆挤出机加长5cm-20cm。
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