CN106544741B - 一种提高超高分子量聚乙烯纤维性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高纤维性能指标的方法，解决超高分子量聚乙烯纤维生产过程中产生的纤度不均、产品性能指标较低的情况，从而实现高性能聚乙烯纤维的工业化稳定生产以及纤维产品的市场竞争力，填补国内在高性能聚乙烯纤维高端产品生产的空白。对现有高性能聚乙烯纤维干法纺丝装置中的侧吹风箱体以及甬道进行改造，在侧吹风箱体内部增加一个可横向移动的热五辊/七辊牵伸机，在侧吹风箱体内部实现原丝的牵伸、卷绕。在甬道外部缠绕电加热带，改造成一个简易的牵伸热箱，实现甬道内部温度的可控，从而实现原丝在甬道内部的热牵伸。

Description

一种提高超高分子量聚乙烯纤维性能的方法
技术领域
本发明提供了一种提高超高分子量聚乙烯纤维性能指标以及均一性的办法，属高分子类。特别涉及一种提高高性能聚乙烯干法纺丝纤维产品的强度以及均一性的方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯纤维干法纺丝技术目前国外仅有荷兰帝斯曼公司以及日本的三井公司拥有，采用的是以十氢萘为溶剂体系的聚乙烯纤维生产技术，其生产的高强、高模聚乙烯纤维约占整个市场的40~50%，主要应用在国防、军工等方面。我国自20世纪80年代开展干法纺丝技术研究，目前仅有仪征化纤采用的南化研究院与中国纺织科学研究院开发的干法纺丝技术，产品以细旦、高强迅速占据国内市场，但其纤维性能指标仅能达到国内同类产品中低档次水平，缺少市场竞争力。尤其在高端纤维方面，由于国外长期的技术封锁，其纤维性能指标存在较大差距。
本发明依托南化集团研究院现有的30t/a高性能聚乙烯纤维干法纺丝扩试装置，进行技术改造，解决风场对与立式纺丝产生的横向、纵向干扰，增加一级牵伸系统，改变原有的立式纺丝形式，从而提升纤维产品的性能指标以及纤维的均一性。
发明内容
本发明的目的主要是解决目前国有高性能聚乙烯纤维干法纺丝产品性能不高，产品不一的问题，提供一种提高纤维性能指标的方法，解决超高分子量聚乙烯纤维生产过程中产生的纤度不均、产品性能指标较低的情况，从而实现高性能聚乙烯纤维的工业化稳定生产以及纤维产品的市场竞争力，填补国内在高性能聚乙烯纤维高端产品生产的空白。
本发明的技术方案：提高超高分子量聚乙烯纤维性能的方法，用于高性能聚乙烯纤维干法纺丝生产中，其特征是在侧吹风箱体内部增加一个可横向移动的热五辊/七辊牵伸机，通过轨道实现热辊在侧吹风箱体内部的自由排布以及纤维原丝的牵伸卷绕；将甬道设计为一个牵伸热箱，通过在甬道外表面缠绕可控电加热带，实现甬道内部风温、风量的循环可控，原丝在甬道内的持续牵伸。
一般地，本发明方法是：原料在经过溶胀以及双螺杆挤出机融解剪切后，经过计量泵挤出送至喷丝板挤出成型，在环冷套中进行溶剂闪蒸，实现溶剂十氢萘的充分挥发，闪蒸的十氢萘蒸汽在侧吹风箱体被侧吹循环风带到溶剂回收单元，成型丝条依靠重力作用进入甬道，经过甬道风进一步加热烘干，烘干后的纤维原丝在经过导丝辊进入后续的牵伸工序；待装置稳定后，调节侧吹风箱体内的五辊/七辊牵伸机，使其进行横向移动，实现纤维原丝在侧吹风箱体内部的集束卷绕，通过五辊/七辊的热作用，降低由于集束带来的原丝溶剂含量；调节侧吹风箱体内的五辊/七辊牵伸机的转速与后续的牵伸机的速度，提高纤维的整体牵伸倍率；通过牵伸热箱的甬道，纤维原丝在甬道内部牵伸，使原丝中的溶剂进一步挥发，提高溶剂的回收率。
所述的一种提高超高分子量聚乙烯纤维性能的方法采用的是在侧吹风箱体内部增加一个可横向移动的热五辊/七辊牵伸机，将原有的甬道改造成为一个简易的牵伸热箱。
所述的可移动的热五辊/七辊牵伸机，通过轨道实现热辊在侧吹风箱体内部的自由排布以及纤维原丝的牵伸卷绕，五辊/七辊牵伸机内部可通过电加热或热媒的方式实现辊子的持续稳定加热，优选七辊牵伸机。
所述的甬道改造成一个简易的牵伸热箱，主要是通过将现有的甬道外表面缠绕可控电加热带，从而实现甬道内部风温、风量的循环可控。
所述的一种提高超高分子量聚乙烯纤维性能的方法，采用热五辊/七辊在侧吹风箱体内实现上辊牵伸，最大程度的降低了纤维受侧吹风、甬道风带来的横向以及纵向抖动，提高原丝纤维的结晶度；
所述的一种提高超高分子量聚乙烯纤维性能的方法，采用热五辊/七辊电加热系统，可以实现在辊上对纤维原丝进行加热，降低纤维原丝中溶剂十氢萘的含量，提高溶剂的回收率；
所述的一种提高超高分子量聚乙烯纤维性能的方法，可以降低侧吹风至常温，实现纤维原丝的骤冷快速成型；
所述的一种提高超高分子量聚乙烯纤维性能的方法，调整侧吹风箱体内的五辊/七辊牵伸机的牵伸速率，与后续的牵伸机建立对应的倍率关系，可以进一步提高纤维的整体牵伸倍率；
所述的一种提高超高分子量聚乙烯纤维性能的方法，甬道由原来的辅助烘干系统变成一个简易的牵伸热箱，纤维原丝在甬道内部牵伸，有利于原丝中的溶剂进一步挥发，提高溶剂的回收率；
所述的一种提高超高分子量聚乙烯纤维性能的方法，由于纤维的整体牵伸倍率得到大幅提升，纤维产品呈现细旦、高强、高模优势。
所述的一种提高超高分子量聚乙烯纤维性能的方法，主要是针对高性能聚乙烯纤维干法纺丝生产路线，溶剂是十氢萘溶剂。
本发明技术，提升了纤维的整体牵伸倍率，消除了风量抖动带来的纤维差异，生产的纤维纤度均一，性能优异，特别适应于高性能聚乙烯纤维干法纺丝领域。
附图说明
图1为现有装置部分示意图。
图2为实施例装置部分示意图。
图3为实施例运行示意图。
图中，1-侧吹风箱体；2-喷丝板；3-环冷套；4-甬道。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明加以详细描述。
以下实施例均采用的是聚乙烯/十氢萘体系，原料浓度6.5%（质量体积比）溶体温度148-155℃，纺丝温度200℃
扩试装置（见附图1）没有改造之前的纤维性能指标，溶剂回收率97.5%
改造后的具体实施例
如附图2和3所示，对现有的30t/a高性能聚乙烯纤维干法纺丝扩试装置中的侧吹风箱体以及甬道进行改造，在侧吹风箱体内部增加一个可横向移动的热五辊/七辊牵伸机，在侧吹风箱体内部实现原丝的牵伸、卷绕。在甬道外部缠绕电加热带，改造成一个简易的牵伸热箱，实现甬道内部温度的可控，从而实现原丝在甬道内部的热牵伸。
具体流程如下：原料在经过溶胀以及双螺杆挤出机融解剪切后，经过计量泵挤出送至喷丝板（2）挤出成型，在环冷套（3）中进行溶剂闪蒸，实现溶剂十氢萘的充分挥发，闪蒸的十氢萘蒸汽在侧吹风箱体（1）被侧吹循环风带到溶剂回收单元，成型丝条依靠重力作用进入甬道（4），经过甬道风进一步加热烘干，烘干后的纤维原丝在经过导丝辊进入后续的牵伸工序。待装置稳定后，调解侧吹风箱体内的五辊/七辊牵伸机，使其进行横向移动，实现纤维原丝在侧吹风箱体内部的集束卷绕，通过五辊/七辊的电加热作用，解决由于集束带来的原丝溶剂含量过高的问题，调解侧吹风箱体内的五辊/七辊牵伸机的转速与后续的牵伸机的速度，将原有的甬道通过电加热带变更为一个垂直的牵伸热箱进行使用。
实施例1
侧吹风温度120℃，热辊温度120℃，喷头拉伸倍率8倍，侧吹风箱体内部的五辊/七辊牵伸机牵伸倍率2倍，整体牵伸倍率224倍，溶剂回收率99.17%，纤维性能检测指标见下表
实施例2
侧吹风温度60℃，热辊温度120℃，喷头拉伸倍率8倍，侧吹风箱体内部的五辊/七辊牵伸机牵伸倍率3倍，整体牵伸倍率240倍，溶剂回收率99.09%，纤维性能检测指标见下表
实施例3
侧吹风温度常温，热辊温度125℃，喷头拉伸倍率8倍，侧吹风箱体内部的五辊/七辊牵伸机牵伸倍率4倍，整体牵伸倍率280倍，溶剂回收率99.01%，纤维性能检测指标见下表
从上述实例中，可以明显看出，采用本方法生产的纤维，其性能指标远高于改造前的纤维水平，达到国外同类产品的先进水平，且纤维的均一性得到大幅提升，溶剂回收率也得到有效提高。

Claims (10)

1.一种提高超高分子量聚乙烯纤维性能的方法，用于高性能聚乙烯纤维干法纺丝生产中，其特征是在侧吹风箱体内部增加一个可横向移动的热五辊/七辊牵伸机，通过轨道实现热辊在侧吹风箱体内部的自由排布以及纤维原丝的牵伸卷绕；将甬道设计为一个牵伸热箱，通过在甬道外表面缠绕可控电加热带，实现甬道内部风温、风量的循环可控，原丝在甬道内的持续牵伸。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于原料在经过溶胀以及双螺杆挤出机融解剪切后，经过计量泵挤出送至喷丝板挤出成型，在环冷套中进行溶剂闪蒸，实现溶剂十氢萘的充分挥发，闪蒸的十氢萘蒸汽在侧吹风箱体被侧吹循环风带到溶剂回收单元，成型丝条依靠重力作用进入甬道，经过甬道风进一步加热烘干，烘干后的纤维原丝在经过导丝辊进入后续的牵伸工序；待装置稳定后，调节侧吹风箱体内的五辊/七辊牵伸机，使其进行横向移动，实现纤维原丝在侧吹风箱体内部的集束卷绕，通过五辊/七辊的热作用，降低由于集束带来的原丝溶剂含量；调节侧吹风箱体内的五辊/七辊牵伸机的转速与后续的牵伸机的速度，提高纤维的整体牵伸倍率；通过牵伸热箱的甬道，纤维原丝在甬道内部牵伸，使原丝中的溶剂进一步挥发，提高溶剂的回收率。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于热五辊/七辊牵伸机内部通过电加热或热媒的方式实现热辊的持续稳定加热，使原丝中溶剂快速挥发。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于牵伸机为七辊牵伸机。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于采用热五辊/七辊在侧吹风箱体内实现上辊牵伸，降低纤维受侧吹风、甬道风带来的横向以及纵向抖动，提高原丝纤维的结晶度。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于采用牵伸热箱降低侧吹风温度，实现纤维原丝的骤冷快速成型，侧吹风风温范围在0-140℃。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于侧吹风风温在20-35℃。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于通过调整侧吹风箱体内的五辊/七辊牵伸机的牵伸速率，与后续的牵伸机建立对应的倍率关系，提高纤维的整体牵伸倍率，牵伸倍率范围在1-5倍。
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于牵伸倍率范围在2.5-3倍。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述溶剂是十氢萘溶剂。
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