CN114108146A - 一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纤维设备领域，尤其为一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，包括缠绕机构，用于以耐热超高分子量聚乙烯纤维为纱芯，在纱芯上缠绕包覆纱；浸水机构，包括内容有水的水容器，供绕过包覆纱的纱芯通过使得包覆纱吸水；冷冻机构，具有低温腔室，吸水后的包覆丝穿过低温腔室时其中的水凝结成冰，形成冰丝；以及包覆石蜡机构，用于将液态的石蜡包覆在冰丝的外部并且遇冷迅速凝结形成防止水汽逸散的致密石蜡层。本发明能够将水和石蜡作为相变储能材料包覆在超高分子量聚乙烯纤维外，并且石蜡作为相变储能材料的同时能够将水密封在超高分子量聚乙烯纤维外，从而热能在短时间内被阻隔在外，确保超高分子量聚乙烯纤维保持较高的拉伸强度。

Description

一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置

技术领域

本发明涉及纤维材料生产设备技术领域，一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置。

背景技术

常用电缆的设计标准之一：电缆在出现短路过载时，其能够承载最高温度为250摄氏度，高温持续时间不超过五秒；短时间内产生的高热量经由热传导必然会作用于主要承载机械力的铠装层。

另一方面超高分子量聚乙烯英文名 ultra-high molecular weightpolyethylene(简称 UHMWPE)，是分子量100万以上的聚乙烯。分子式：—(—CH2-CH2—)—n—，密度：0.936～0.964g/cm3。热变形温度(0.46MPa) 85℃，熔点130℃左右。 UHMWPE具有极好的耐磨性，良好的耐低温冲击性、自润滑性、无毒、耐水、 耐化学药品性，所以其使用范围主要受到高温变形的制约，如果能够耐受住使用时的热冲击，那么将显著提高其使用范围；尤其是以超高分子量聚乙烯纤维制作电缆铠装层时，如果超高分子量聚乙烯纤维不受热量影响，能够有效提高电缆的使用寿命。

中国发明专利CN201410704931X公布了一种增强阻燃保温复合材料，提出了利用石蜡制作相变蓄热材料，在实现吸热保温功能的同时满足一定的强度要求；但由于其发明目的旨在应用于建筑材料领域，因此虽然其在一定程度上提出了耐热并且确保拉伸强度的需求，但由于建筑物的温度上限通常不会超过70℃，因此虽然该专利技术方案能够一定程度上满足其作为建材的使用需求；但该技术方案不能借鉴应用于作为线缆铠装层等工业生产领域；具体存在如下技术问题：现有技术以石蜡作为主要成分制作相变蓄热材料，相变蓄热材料添附在支撑材料侧，以确保支撑材料不会因过热而大幅降低拉伸强度。但是在温度环境出现200摄氏度以上的瞬时高温时，为了确保支撑材料的状态，则需要使用的作为相变蓄热材料的石蜡用量则比较多，最终的复合材料整体质量大幅提升，使得应用场景受限；第二，石蜡蓄热后，逐步缓慢释放热量，使得支撑材料被长时间高温炙烤也会引起材料属性变劣；第三，复合材料在应用于线缆时不可能完全保持绝对水平状态，较大量的石蜡在遇热融化后会填补相变蓄热材料与支撑材料之间的间隙，使得液态石蜡向低点聚集，使得低点的耐热性加强，而其他点的耐热性几近丧失，并且复合材料的低点会非对称地拉拽支撑材料，形成易损坏点；第四，石蜡制作相变蓄热材料，现有技术需要四小时左右的冷却凝固过程，此过程中相变蓄热材料的难以收储，并且不利于持续生产。

发明内容

本专利申请人首先提出了一种在200摄氏度瞬时高温环境下依旧能保持较好拉伸强度的复合材料，这种复合材料具体工艺如下：在超高分子量聚乙烯纤维的外部缠绕包覆纱，包覆纱浸水后再行冰冻，而后在包覆纱外包覆液态石蜡，液态石蜡遇冷快速凝固为成品；为了生产上述的复合材料，申请人提供一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其中，耐热超高分子量聚乙烯纤维制品包括超高分子量聚乙烯纤维；以及，缠绕包覆在超高分子量聚乙烯纤维外的包覆纱，包覆纱中吸附有水；以及包覆在包覆纱的石蜡层；本发明具体由以下技术方案实现：

一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，包括缠绕机构，用于以耐热超高分子量聚乙烯纤维为纱芯，在纱芯上缠绕包覆纱；浸水机构，包括内容有水的水容器，供绕过包覆纱的纱芯通过使得包覆纱吸水；冷冻机构，具有低温腔室，吸水后的包覆丝穿过该低温腔室时其中的水凝结成冰，形成冰丝；以及包覆石蜡机构，用于将液态的石蜡包覆在冰丝的外部并且遇冷迅速凝结形成防止水汽逸散的致密石蜡层。

所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其进一步设计在于，所述缠绕机构包括装载有超高分子量聚乙烯纤维的输出罗拉；以及若干可转动地设置在输出罗拉侧边的装载有包覆丝的环锭；以及收卷筒。

所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其进一步设计在于，冷冻机构包括箱体；连接于箱体的制冷单元，从而在箱体内部形成所述的低温腔室；箱体的侧壁相对开设有入口和出口。

所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其进一步设计在于，所述制冷单元为内部流通有冷盐水的夹套。

所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其进一步设计在于，所述包覆石蜡机构包括第一容器、第二容器以及导杆，所述第一容器设置在第二容器的上方，第一容器内容有液态石蜡，并且第一容器的底部开设有出液口，所述第二容器的上侧壁开设有进液口；所述导条的上端位于所述第一容器中，其下端竖向延伸插入所述进液口中；所述导杆位于出液口处的横截面小于所述出液口，所述导杆位于进液口处的横截面小于所述进液口，从而第一容器中的液态石蜡沿所述导杆下行流入第二容器，在导杆的中部外壁附着有下行的液态石蜡；冰丝贴近所述导杆行走时接触液态石蜡。

所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其进一步设计在于，所述导杆的上部纵向开凿有上导槽，上导槽的上端位于第一容器中，导杆的中部设置有截留板，所述截留板位于上导槽的下端；所述导杆的下部对称纵向开设有位于截留板下方的两条下导槽，所述下导槽延伸至第二容器。

所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其进一步设计在于，所述导杆的上端位于所述第一容器中，并且在上端连接有控制杆，所述控制杆上端继续向上延伸至第一容器上方；拉动所述控制杆可以调节上导槽位于第一容器中的长度，从而调节液态石蜡的出液速度。

所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其进一步设计在于，所述第二容器连接有加热机构，并且第二容器通过设置有输送泵的管路与第一容器连接。

本发明中的冰丝仅指超高分子量聚乙烯纤维缠绕包覆纱并且包覆纱吸水后快速冷凝结冰形成的纤维状物体。

本发明的有益效果在于：

本发明能够将水和石蜡作为相变储能材料包覆在超高分子量聚乙烯纤维外，并且石蜡作为相变储能材料的同时能够将水密封在超高分子量聚乙烯纤维外，水又减缓了石蜡的相变进程，从而热能在短时间内被阻隔在外，确保超高分子量聚乙烯纤维保持较高的拉伸强度；速冻而成的冰丝接触液态石蜡时，液态石蜡遇冷迅速凝固，从而便于后续收卷，易于大规模生产，并且包覆纱经由快冷快热，此过程中水分子的缔合力快速变化，包覆丝纤维在非对称径向力的作用下克服捻制以及缠绕过程残余的应力，使得包覆纱具有更好的水保持能力；采用本发明的包覆石蜡机构，而非喷涂装置等常用机构，可以避免在冰丝接触液态石蜡前受到温热气流影响而提前溶解；并且利用导杆对液态石蜡进行引流，相对于喷涂装置而言功耗更低；并且相对于喷涂装置，本发明的多余液态石蜡均被收集并再次利用，不会造成液态石蜡由于喷溅引起的浪费。

附图说明

图1是缠绕机构的结构示意图。

图2是冷冻机构以及包覆石蜡机构的结构示意图。

图3是冷冻机构的纵向端面示意图。

图4是包覆石蜡机构的结构示意图。

图5是包覆石蜡机构的一个工作状态示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图以及实施例对本发明进行进一步说明：

一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，包括缠绕机构，用于以耐热超高分子量聚乙烯纤维为纱芯，在纱芯上缠绕包覆纱；浸水机构，包括内容有水的水容器，供绕过包覆纱的纱芯通过使得包覆纱吸水；冷冻机构，具有低温腔室，吸水后的包覆丝穿过该低温腔室时其中的水凝结成冰，形成冰丝；以及包覆石蜡机构，用于将液态的石蜡包覆在冰丝的外部并且遇冷迅速凝结形成防止水汽逸散的致密石蜡层，则制成了所述的耐热超高分子量聚乙烯纤维制品。

具体而言，如图1所示，缠绕机构包括装载有超高分子量聚乙烯纤维的输出罗拉1；以及两个可转动地设置在输出罗拉侧边的装载有包覆丝的环锭2；以及收卷筒，用于收卷完成包覆作业的丝线。

将超高分子量聚乙烯丝卷装放置在输出罗拉上，包覆用丝设置在下排中空环锭上；在牵伸罗拉的牵引下，超高分子量聚乙烯丝退卷并从下排中空环锭的锭心通过；下排中空环锭上的包覆用丝通过环锭的旋转退绕出来并包覆在聚乙烯丝上形成初次包覆纱；将二次包覆用丝设置在上排中空环锭上；初次包覆纱从上排中空环锭的锭心通过，上排中空环锭上的二次包覆用丝通过环锭的旋转退绕出来包覆在初次包覆纱上形成复合包覆纱；包覆纱在牵引罗拉（图中未画出）的牵引下，在收卷筒上被收卷。首次包覆用丝以s捻包覆在聚乙烯丝外。二次包覆用丝以Z捻包覆在聚乙烯丝外。

结合图2和图3所示，冷冻机构包括箱体3；连接于箱体的制冷单元4，从而在箱体内部形成的低温腔室；箱体的侧壁相对开设有入口31和出口32。箱体的侧壁开凿有纵向延伸的开口，开口处可拆卸地封堵设置有进丝片33；进丝片33延伸至箱体的纵向两端面，并且两端连接有用于组成入口和出口的半圆筒，便于丝线进入箱体内部。

制冷单元4为内部流通有冷盐水的夹套，当然也可以为冷凝器等常用装置。

结合图2、图4所示，包覆石蜡机构包括第一容器5、第二容器6以及导杆7，第一容器设置在第二容器的上方，第一容器内容有液态石蜡，并且第一容器的底部开设有出液口51，第二容器的上侧壁开设有进液口61；导条的上端位于第一容器中，其下端竖向延伸插入进液口中；导杆位于出液口处的横截面小于出液口，导杆位于进液口处的横截面小于进液口，从而第一容器中的液态石蜡沿导杆下行流入第二容器，在导杆的中部外壁附着有下行的液态石蜡；冰丝贴近导杆行走时接触液态石蜡。

导杆7的上端位于第一容器中，并且在上端连接有控制杆74，控制杆上端继续向上延伸至第一容器上方并且连接有衔铁，衔铁上方设置电磁铁（图中未画出）；电磁铁通电时吸合衔铁，拉动控制杆可以增加上导槽71位于第一容器中的长度，从而增大液态石蜡的出液速度；在电磁铁断电时，控制杆以及导杆下行，上导槽位于第一容器中的长度减小，降低液态石蜡的出液速度。

上述实施例只要导杆的直径小于出液口、进液口的内径即可，但此时液态石蜡是沿着导杆的全部外表面下行，为了对液态石蜡的流动路径进行引导集中，增强石蜡包覆的匀称性，实施例作如下优化：

导杆7的上部纵向开凿有上导槽71，上导槽的上端位于第一容器中，导杆的中部设置有截留板72，截留板位于上导槽的下端；导杆的下部对称纵向开设有位于截留板下方的两条下导槽73，下导槽延伸至第二容器。此时，冰丝贴近于截留板72上侧面。此时，考虑到前述的竖向移动导杆从而调节液态石蜡流量的需要，如图5所示，可以将导杆设置为由上导杆和下导杆组成，上导杆的下端经由定位柱插接在下导杆上端的插接孔中，截留板72位于下导杆的上部。

第二容器6连接有加热机构8，并且第二容器通过设置有输送泵9的管路与第一容器连接；第二容器中的液态石蜡可以泵入第一容器，从而继续投入使用；当然，由于液态石蜡总是在被消耗的，需要适时向第一容器或者第二容器中进行补充。

利用实施例制取一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的具体过程如下：取一段拉伸强度为36.12cN/dtex，质量为0.4405g的超高分子量聚乙烯纤维，在其四周包覆SAF吸水纤维棉，包覆后质量为0.5645g，用水浸润后，冷冻，最后在其表面涂上52号石蜡，最终制品为0.6603g。将其放入200℃环境中，50秒后取出，再次测试其拉伸强度为33.15cN/dtex，强度仅降低了8.22%。

Claims (8)

1.一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其特征在于包括缠绕机构，用于以耐热超高分子量聚乙烯纤维为纱芯，在纱芯上缠绕包覆纱；设置于缠绕机构一侧的浸水机构，包括内容有水的水容器，供绕过包覆纱的纱芯通过使得包覆纱吸水；设置于浸水机构一侧的冷冻机构，具有低温腔室，吸水后的包覆丝穿过该低温腔室时其中的水凝结成冰，形成冰丝；以及设置于冷冻机构一侧的包覆石蜡机构，用于将液态的石蜡包覆在冰丝的外部并且遇冷迅速凝结形成防止水汽逸散的致密石蜡层。

2.根据权利要求1所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其特征在于，所述缠绕机构包括装载有超高分子量聚乙烯纤维的输出罗拉；以及若干可转动地设置在输出罗拉侧边的装载有包覆丝的环锭；以及收卷筒。

3.根据权利要求1所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其特征在于，冷冻机构包括箱体；连接于箱体的制冷单元，从而在箱体内部形成所述的低温腔室；箱体的侧壁相对开设有入口和出口。

4.根据权利要求3所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其特征在于，所述制冷单元为内部流通有冷盐水的夹套。

5.根据权利要求1所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其特征在于，所述包覆石蜡机构包括第一容器、第二容器以及导杆，所述第一容器设置在第二容器的上方，第一容器内容有液态石蜡，并且第一容器的底部开设有出液口，所述第二容器的上侧壁开设有进液口；所述导条的上端位于所述第一容器中，其下端竖向延伸插入所述进液口中；所述导杆位于出液口处的横截面小于所述出液口，所述导杆位于进液口处的横截面小于所述进液口，从而第一容器中的液态石蜡沿所述导杆下行流入第二容器，在导杆的中部外壁附着有下行的液态石蜡；冰丝贴近所述导杆行走时接触液态石蜡。

6.根据权利要求5所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其特征在于，所述导杆的上部纵向开凿有上导槽，上导槽的上端位于第一容器中，导杆的中部设置有截留板，所述截留板位于上导槽的下端；所述导杆的下部对称纵向开设有位于截留板下方的两条下导槽，所述下导槽延伸至第二容器。

7.根据权利要求5或6所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其特征在于，所述导杆的上端位于所述第一容器中，并且在上端连接有控制杆，所述控制杆上端继续向上延伸至第一容器上方；拉动所述控制杆可以调节上导槽位于第一容器中的长度，从而调节液态石蜡的出液速度。

8.根据权利要求5所述的一种耐热超高分子量聚乙烯纤维制品的制备装置，其特征在于，所述第二容器连接有加热机构，并且第二容器通过设置有输送泵的管路与第一容器连接。

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