CN106192049A - 一种网格式围网网具用纤维加工方法 - Google Patents

一种网格式围网网具用纤维加工方法 Download PDF

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Abstract

一种网格式围网网具用纤维加工方法，其特征是将按配方称量后的UHMWPE粉末、硅酮粉、纳米二氧化硅、HDPE粉末、纳米二氧化钛载银抗菌剂、抗氧剂B225、羟基硬脂酸、纳米级硅藻土、纳米级白炭黑、纳米级硅灰石、乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物预混合后倒入高速捏合锅中进行高速捏合，获得UHMWPE改性料；UHMWPE改性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，热定型后以使用力矩电动机的收丝机收卷纤维束，纤维束经分丝机分丝为纤维，获得了一种网格式围网网具用纤维。

Description

一种网格式围网网具用纤维加工方法
技术领域
本发明涉及网格式围网用纤维。
背景技术
在本技术领域，网格式围网是指呈网格式布置且主要养殖鱼虾贝藻、鸭鹅等生物的养殖围网，如田字形网格式围网、日字形网格式围网、目字形网格式围网等，成功案例如东海水产研究所石建高研究员主持设计的目字形网格式围网、田字形网格式围网等。在网格式围网生产中因污损生物附着导致网格式围网网具内外水体交换不畅，进一步导致养殖鱼类疾病多发、养成鱼类品质下降，养殖户为此怨声载道，人们只能通过清洗、换网等方法来进行网格式围网维护利用；而现有网格式围网网具用聚乙烯纤维的强度低，导致养殖生产中易发生网破事故，直接影响网格式围网的生产安全与经济效益。本领域中人们一般先将熔纺丝加工成绳网，再将绳网剪裁加工并安装属具、柱桩或框架后制成网格式围网，因此，纤维是本领域的重要材料，它直接关系到网格式围网的抑菌防污功能、断裂强度和作业安全性。随着现代网格式围网的发展，人们对本技术领域用纤维的抑菌防污功能、断裂强度和作业安全性都提出了新要求。本技术领域涉及的网具大(面积高达10多亩)、生产作业条件恶劣(水深浪大)，与网箱、塑料、纺织、近海捕捞等技术领域相差甚远，因此，上述领域的单丝、复丝、管材、型材、薄膜、裂膜生产方法均不能生产一种网格式围网网具用纤维。现有技术领域用聚乙烯纤维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，这使得生产的聚乙烯纤维没有抑菌防污功能、断裂强度低(现有聚乙烯纤维的断裂强度仅为5.2cN/dtex)，导致网格式围网网具生产中易发生污损生物严重附着事件、台风等恶劣作业条件下容易发生网格式围网网破鱼逃事故，现有技术领域聚乙烯纤维的断裂强度低且抑菌防污功能缺失，难以适应现代渔业生产需要，人们迫切需要加工生产圆度好、断裂强度高(断裂强度大于7.5cN/dtex)、断裂伸长率大(断裂伸长率大于9％)、具有抑菌防污功能(能有效防止海淡水污损生物的附着)的一种网格式围网网具用纤维。本领域HDPE树脂原料、传统熔融纺丝工艺与设备根本无法生产上述一种网格式围网网具用纤维，而超高分子量聚乙烯(简称UHMWPE)分子量太大、熔体黏度极高、加工流动性极差，因而难以用传统熔融纺丝工艺与设备直接进行纺丝，因此，一种网格式围网网具用纤维已成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圆度好、断裂强度高、断裂伸长率大、具有抑菌防污功能的网格式围网网具用纤维，提高网格式围网纤维的圆度、断裂强度、断裂伸长率和抑菌防污功能，减少网破鱼逃事故与污损生物附着，实现网格式围网的安全性与原材料消耗降低，发展网格式围网业。
本发明的技术方案采用UHMWPE粉末、硅酮粉、纳米二氧化硅、HDPE粉末、纳米二氧化钛载银抗菌剂、抗氧剂B225、羟基硬脂酸、纳米级硅藻土、纳米级白炭黑、纳米级硅灰石、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物原料和高速捏合机、计量泵、双螺杆挤出机设备，其特征是UHMWPE粉末熔融指数为0.09g/10min-0.25g/10min，分子量190万-270万；硅酮粉的有机硅含量65％-80％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.8‰-2.3‰；纳米二氧化硅纯度为99％、粒径为20nm、比表面积为156.16m2/g，添加量为UHMWPE粉末重量的1.0％-2.0％；HDPE粉末熔融指数2.2g/10min-10.5g/10min，分子量30万-40万，添加量为UHMWPE粉末重量的4.4％-5.6％；纳米二氧化钛载银抗菌剂粒度范围为26nm-30nm、银含量3.8％-4.2％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.5％-5.0％；抗氧剂B225的挥发份≤0.5％且灰分≤0.1％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.98‰-2.37‰；羟基硬脂酸的羟基值为148mgKOH/g-155mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.8％-1.3％；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％-2.1％；纳米级白炭黑的含水量<0.2％，添加量为UHMWPE粉末重量的2.6‰-3.7‰；纳米级硅灰石的粒径范围为5nm-48nm，添加量为UHMWPE粉末重量的1.9‰-2.4‰；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2.7‰-3.9‰；将按配方称量后的UHMWPE粉末、硅酮粉、纳米二氧化硅、HDPE粉末、纳米二氧化钛载银抗菌剂、抗氧剂B225、羟基硬脂酸、纳米级硅藻土、纳米级白炭黑、纳米级硅灰石、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物预混合后倒入高速捏合锅中在780r/min-820r/min的转速下进行高速捏合32min-60min，当高速捏合锅中混合料温度升至79℃出料，获得UHMWPE改性料；UHMWPE改性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72℃-88℃、257℃-273℃、132℃-148℃、172℃-188℃、212℃-228℃、222℃-238℃、232℃-248℃、242℃-258℃、252℃-268℃、277℃-289℃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256℃-278℃，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1.1mm、孔数为70孔，挤出的初生丝经冷却水箱10℃-34℃低温水和第一牵伸辊得到冷却和预牵伸，预牵伸丝经96.5℃-99.7℃高温第一牵伸水浴槽和第二牵伸辊、97.3℃-99.8℃高温第二牵伸水浴槽和第三牵伸辊、98.0℃-99.9℃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、第二牵伸水浴槽尺寸为3m长×0.9m宽×1.1m高、第三牵伸水浴槽尺寸为3.5m长×0.9m宽×1.1m高；牵伸总倍数控制在21.7倍-23.5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纤维束，恒温箱热定型温度范围为110℃-138℃，纤维束在分丝张力下经分丝机分丝为纤维，分丝张力控制在纤维断裂强力的4.2％-5.9％；这就获得了一种网格式围网网具用纤维。
本发明创造了一种网格式围网网具用纤维技术方案，在UHMWPE粉末母料中添加特定剂量的硅酮粉、纳米二氧化硅、HDPE粉末、纳米二氧化钛载银抗菌剂、抗氧剂B225等原料助剂，在特定时间、转速和温度下高速捏合后获得特种UHMWPE改性料，大大改进了纤维纺丝用原料的组成、流动性与可纺性，确保了纺丝生产的顺利进行；本发明在不同原料、不同热牵伸介质、不同生产成本、不同牵伸倍数条件下进行大量开拓性试验论证，获得本发明的最终技术方案，确保产出的纤维可纺性好、综合性能好，产业化生产中无断丝现象；本发明采用HDPE粉末、羟基硬脂酸、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物改进了纺丝的加工流动性，有效解决了UHMWPE加工过程中出现的熔体破裂问题，不仅使UHMWPE粉末的加工流动性得到显著改善，而且生产成本降低、综合性能大幅度提高；本发明采用硅酮粉改进了纺丝的润滑性，提高了UHMWPE改性料流动的均匀性和挤出质量，确保了纺丝的顺利进行；本发明在UHMWPE改性料中添加了纳米二氧化硅，在促进最终产品增强的同时，改进了产品的抗紫外老化性；本发明采用纳米二氧化钛载银抗菌剂既使产品具有了较好的抑菌防污功能，又增强了产品的强度和抗紫外老化性；本发明采用抗氧剂B225改进了产品的抗氧化性能与抗紫外老化性能，提高了产品的使用期限；本发明采用纳米级硅藻土改进了产品的断裂强度和耐磨性，提高了产品的综合性能；本发明采用纳米级白炭黑大大改进了产品的耐磨性，提高了产品的使用寿命；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HDPE粉末加入UHMWPE粉末母料而导致的产品综合性能的降低；本发明牵伸总倍数控制在21.7倍-23.5倍，在低于25倍的牵伸倍数下产出的一种网格式围网网具用纤维综合性能明显高于现有技术领域聚乙烯纤维强度；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，确保了纺丝生产的质量稳定性；本发明创造了组合式三次热牵伸以及特殊牵伸倍数，通过特定高倍高温热牵伸大大提高产品取向度，大幅度提高了产品的断裂强度；本发明在收丝机收卷纤维束前经规格为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纤维束，降低了产品的不匀率与变异系数；本发明采用特定的分丝工艺、特殊的分丝张力，从而提高了纤维产品的综合性能；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，同时将双螺杆挤出机喷丝板长径比加长到1:25-1:50，这样纺丝生产中不容易出现熔体破裂，提高了产品的外观质量。如本方法生产出的直径0.38mm的一种网格式围网网具用纤维的外观质量好、断裂强度高[其断裂强度高达8.33cN/dtex，较传统熔融纺丝工艺加工生产的聚乙烯纤维标准指标提高60.2％]、抑菌效果好[网格式围网上的污损生物附着可减少27％以上]、断裂伸长率为11％[延伸性完全符合本技术领域需要]。本产品的高断裂强度是在0.38mm的大直径下获得的，如果我们将产品进一步牵伸，可以进一步提高产品的断裂强度。试验结果或生产实践均表明以本发明技术方案生产的产品加工网格式围网，在保持网格式围网网具强力不变的前提下，既可使网格式围网网具抑菌防污功能大幅度提高、又可使网格式围网网具重量及水阻力降低；本发明产品可大幅度减少网破鱼逃事故与污损生物附着，实现网格式围网的安全性与原材料消耗降低，发展网格式围网业，技术效果非常显著，产品的产业化前景很好。
具体实施方式
这里以直径0.38mm的一种网格式围网网具用纤维为例，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、硅酮粉、纳米二氧化硅、HDPE粉末、纳米二氧化钛载银抗菌剂、抗氧剂B225、羟基硬脂酸、纳米级硅藻土、纳米级白炭黑、纳米级硅灰石、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、高速捏合机、计量泵、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)，其特征是将按配方称量后的UHMWPE粉末(市售UHMWPE粉末，熔融指数为0.09g/10min-0.25g/10min，分子量190万-270万，英文为Ultra Molecular Weight Polyethylene，简称为UHMWPE)、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1.8‰-2.3‰)、纳米二氧化硅(市售纳米二氧化硅，纯度为99％、粒径为20nm、比表面积为156.16m2/g，添加量为UHMWPE粉末重量的1.0％-2.0％)、HDPE粉末(市售HDPE粉末，熔融指数2.2g/10min-10.5g/10min，分子量30万-40万，添加量为UHMWPE粉末重量的4.4％-5.6％；若HDPE粉末受潮，则以日晒、风干、烘箱干燥等方式进行干燥处理)、纳米二氧化钛载银抗菌剂(市售纳米二氧化钛载银抗菌剂，粒度范围为26nm-30nm、银含量3.8％-4.2％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.5％-5.0％)、抗氧剂B225(市售抗氧剂B225，挥发份≤0.5％且灰分≤0.1％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.98‰-2.37‰)、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0.8％-1.3％)、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％-2.1％)、纳米级白炭黑(市售纳米级白炭黑，含水量<0.2％，添加量为UHMWPE粉末重量的2.6‰-3.7‰)、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1.9‰-2.4‰)、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2.7‰-3.9‰；将按配方称量后的UHMWPE粉末、硅酮粉、纳米二氧化硅、HDPE粉末、纳米二氧化钛载银抗菌剂、抗氧剂B225、羟基硬脂酸、纳米级硅藻土、纳米级白炭黑、纳米级硅灰石、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物预混合后倒入高速捏合锅中在780r/min-820r/min的转速下进行高速捏合32min-60min，当高速捏合锅中混合料温度升至79℃即可出料，获得UHMWPE改性料；UHMWPE改性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72℃-88℃、257℃-273℃、132℃-148℃、172℃-188℃、212℃-228℃、222℃-238℃、232℃-248℃、242℃-258℃、252℃-268℃、277℃-289℃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256℃-278℃，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1.1mm、孔数为70孔，挤出的初生丝经冷却水箱10℃-34℃低温水和第一牵伸辊得到冷却和预牵伸，预牵伸丝经96.5℃-99.7℃高温第一牵伸水浴槽和第二牵伸辊、97.3℃-99.8℃高温第二牵伸水浴槽和第三牵伸辊、98.0℃-99.9℃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、第二牵伸水浴槽尺寸为3m长×0.9m宽×1.1m高、第三牵伸水浴槽尺寸为3.5m长×0.9m宽×1.1m高；牵伸总倍数控制在21.7倍-23.5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纤维束，恒温箱热定型温度范围为110℃-138℃，纤维束在分丝张力下经分丝机分丝为纤维，分丝张力控制在纤维断裂强力的4.2％-5.9％；这就获得了一种网格式围网网具用纤维。本发明首创一种网格式围网网具用纤维，它很适合本领域产业化生产要求。
本发明产品的综合性能优异，除本领域外，还可在网箱、拖网等领域使用。本发明可产业化生产，产出的纤维圆度好、断裂强度高、断裂伸长率大和抑菌防污功能好，减少网破鱼逃事故与污损生物附着，实现网格式围网的安全性与原材料消耗降低，发展网格式围网业，本发明技术效果非常显著，综合效益显著。

Claims (2)

1.一种网格式围网网具用纤维加工方法，采用UHMWPE粉末、硅酮粉、纳米二氧化硅、HDPE粉末、纳米二氧化钛载银抗菌剂、抗氧剂B225、羟基硬脂酸、纳米级硅藻土、纳米级白炭黑、纳米级硅灰石、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物原料和高速捏合机、计量泵、双螺杆挤出机设备，其特征是UHMWPE粉末熔融指数为0.09g/10min-0.25g/10min，分子量190万-270万；硅酮粉的有机硅含量65％-80％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.8‰-2.3‰；纳米二氧化硅纯度为99％、粒径为20nm、比表面积为156.16m2/g，添加量为UHMWPE粉末重量的1.0％-2.0％；HDPE粉末熔融指数2.2g/10min-10.5g/10min，分子量30万-40万，添加量为UHMWPE粉末重量的4.4％-5.6％；纳米二氧化钛载银抗菌剂粒度范围为26nm-30nm、银含量3.8％-4.2％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.5％-5.0％；抗氧剂B225的挥发份≤0.5％且灰分≤0.1％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.98‰-2.37‰；羟基硬脂酸的羟基值为148mgKOH/g-155mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.8％-1.3％；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％-2.1％；纳米级白炭黑的含水量<0.2％，添加量为UHMWPE粉末重量的2.6‰-3.7‰；纳米级硅灰石的粒径范围为5nm-48nm，添加量为UHMWPE粉末重量的1.9‰-2.4‰；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2.7‰-3.9‰；将按配方称量后的UHMWPE粉末、硅酮粉、纳米二氧化硅、HDPE粉末、纳米二氧化钛载银抗菌剂、抗氧剂B225、羟基硬脂酸、纳米级硅藻土、纳米级白炭黑、纳米级硅灰石、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物预混合后倒入高速捏合锅中在780r/min-820r/min的转速下进行高速捏合32min-60min，当高速捏合锅中混合料温度升至79℃出料，获得UHMWPE改性料；UHMWPE改性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72℃-88℃、257℃-273℃、132℃-148℃、172℃-188℃、212℃-228℃、222℃-238℃、232℃-248℃、242℃-258℃、252℃-268℃、277℃-289℃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256℃-278℃，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1.1mm、孔数为70孔，挤出的初生丝经冷却水箱10℃-34℃低温水和第一牵伸辊得到冷却和预牵伸，预牵伸丝经96.5℃-99.7℃高温第一牵伸水浴槽和第二牵伸辊、97.3℃-99.8℃高温第二牵伸水浴槽和第三牵伸辊、98.0℃-99.9℃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、第二牵伸水浴槽尺寸为3m长×0.9m宽×1.1m高、第三牵伸水浴槽尺寸为3.5m长×0.9m宽×1.1m高；牵伸总倍数控制在21.7倍-23.5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纤维束，恒温箱热定型温度范围为110℃-138℃，纤维束在分丝张力下经分丝机分丝为纤维，分丝张力控制在纤维断裂强力的4.2％-5.9％；这就获得了一种网格式围网网具用纤维。
2.根据权利要求1所述的一种网格式围网网具用纤维加工方法，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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