CN201634797U

CN201634797U - 超高分子量聚乙烯纤维生产中的热牵伸设备

Info

Publication number: CN201634797U
Application number: CN2009202779768U
Authority: CN
Inventors: 谭琳; 尹晔东
Original assignee: BEIJING TESIDUN NEW MATERIALS TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: BEIJING TESIDUN NEW MATERIALS TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2019-12-17

Abstract

本实用新型涉及超高分子量聚乙烯纤维生产中的热牵伸设备，属于高分子材料制造领域。该设备由依次相连的多级热牵伸装置组成，每一级的热牵伸装置由相互连接的进口牵伸机、牵伸热箱、出口的牵伸机组成；每级牵伸热箱分为下层惰性气体加热区域和上层纤维加热区域，所述下层气体加热区设置有电感加热器，上下两层均设置有环状惰性气体气道，两层气道分别由牵伸热箱前端和后端的通道连接，下层加热惰性气体由前端进入上层气道，第一级牵伸热箱的侧面下部设置惰性气体入口。本实用新型不仅可以有效地减少毛丝、断丝等不良现象，提高产品品质，而且在保持总牵伸倍率不降低的基础上也可以提高入丝速度，提高生产能力。

Description

超高分子量聚乙烯纤维生产中的热牵伸设备

技术领域

本实用新型属于高分子材料制造领域，特别涉及一种超高分子量聚乙烯纤维生产中的热牵伸设备改进。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维，又称高强度高模量聚乙烯纤维、高取向度聚乙烯纤维、高性能聚乙烯纤维。超高分子量聚乙烯纤维具有高强度、高模量、高取向度，广泛用于防弹防护用品、绳索、缆绳、鱼网、运动器材的制造。超高分子量聚乙烯纤维是现在比强度最高的商业化高性能纤维。

现在世界上常见的凝胶纺丝法制造超高分子量聚乙烯纤维的主要工艺步骤有：将超高分子量聚乙烯溶于第一溶剂配制成聚乙烯溶液，该溶液由螺杆挤出机挤出，经纺丝箱体喷出后，冷却凝固成凝胶纤维，用挥发性的第二溶剂萃取出第一溶剂，干燥，超倍数牵伸，最终获得成品纤维。

在化纤生产过程中，经凝固纺丝成型后的纤维，统称为初生纤维。由于初生纤维的结构尚不稳定，纤维的超分子结构序态比较低，物理机械性能还不能满足使用要求，必须通过一系列后加工工序，其中最重要的过程就是牵伸和热定型。牵伸，又称拉伸。拉伸过程的机理是促进大分子沿纤维轴方向的取向，形成并增加了分子间力，纤维承受外加张力的分子链数目增加，从而使纤维的断裂强度显著提高，延伸度下降，耐磨性和对各种不同类型形变的疲劳强度也明显提高。

初生纤维的拉伸可以一次完成，有的必须进行分段拉伸。纤维的总拉伸倍数是各段拉伸倍数的乘积。采用冻胶纺丝法生产的高强高模纤维，一般拉伸倍数可以达到几十甚至上百倍。

包括超高分子量聚乙烯纤维在内的采用凝胶纺丝法进行生产的纤维工艺，以获得高取向度的产品，都需要在干燥完成后进行热牵伸，即在较高温度下，聚合物处于高弹态时，分子链在外力作用下发生伸展、取向，经冷却后分子链保持取向，从而获得高取向度的产品。这一过程称为热牵伸，或者后牵伸。高取向度既是超高分子量聚乙烯纤维的特征之一，也是其具有高强度、高模量的保证，是生产过程中最重要的步骤之一。

一般热牵伸设备主要由牵伸机和牵伸热箱组成。在牵伸热箱的进口处和出口处分别各有一台牵伸机，用以对纤维运动提供动力，并使纤维在进出口保持一定的速度，从而产生一定的牵伸倍率。牵伸机根据牵伸辊的数量，可以有三辊牵伸机，五辊牵伸机，七辊牵伸机等。纤维牵伸热箱用于加热纤维，使纤维达到一定的温度，实现热牵伸的目的。

一般牵伸热箱多采用电阻丝加热的方式加热气体，这种方式结构简单，是常见的电加热方式，但是电阻丝温度高，如果纤维携带的残留萃取剂气化或者混入其他气体，容易引起燃烧甚至爆炸，存在一定的安全隐患。另外电阻丝升高温度和降低温度需要一定时间，操作灵活性不高。

在中国专利CN201077870中，提出一种超高分子量聚乙烯纤维牵伸热箱，由箱体、箱盖、横隔板、进丝口、出丝口、热风机构成。进丝口、出丝口分别设在箱体的左右端的侧壁上，在箱体内的中部固定上横隔板、热风机固定在箱体的底板和横隔板之间，在横隔板的上面板上固定上牵伸热板装置。采用牵伸热板进行加热，牵伸热板由电热铝板等部件构成。

发明内容

本实用新型的目的是对已有技术进行改进，提供一种新型的超高分子量聚乙烯纤维生产中的热牵伸设备，该设备采用电感方式加热惰性气体的牵伸热箱；具有成品品质的稳定、最终产品的强度高、牵伸操作安全、环保等诸多特点。

本实用新型提出的一种超高分子量聚乙烯纤维生产中的热牵伸设备，其特征在于，由依次相连的多级热牵伸装置组成，每一级的热牵伸装置由相互连接的进口牵伸机、牵伸热箱、出口的牵伸机组成；每级牵伸热箱分为下层惰性气体加热区域和上层纤维加热区域，所述下层气体加热区设置有电感加热器，上下两层均设置有环状惰性气体气道，两层气道分别由牵伸热箱前端和后端的通道连接，下层加热惰性气体由前端进入上层气道，第一级牵伸热箱的侧面下部设置惰性气体入口。

本实用新型的特点及效果：

本实用新型的牵伸热箱通入惰性气体，以保证生产过程安全操作。采用电感加热器加热惰性气体，可以较为迅速地调节温度，便于操作人员调整工艺参数，并且较为安全。

本设备进一步可在第一级热牵伸装置设置密封罩，使牵伸操作安全、环保。

本实用新型还可采用两套热牵伸设备相连组成两段工艺，不仅可以有效地减少毛丝、断丝等不良现象，提高产品品质，而且在保持总牵伸倍率不降低的基础上也可以提高入丝速度，提高生产能力。

附图说明

图1是本实用新型在第一级牵伸工序设置密封罩的实施例结构示意图。

图2是本实用新型牵伸热箱实施例结构示意图。

图3是本实用新型以三级热牵伸装置为例的工艺流程示意图。

图4是采用两套本实用新型的两段三级热牵伸的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提出的超高分子量聚乙烯纤维生产中的热牵伸设备，结合附图及实施例详细说明如下：

本实用新型提出的超高分子量聚乙烯纤维生产中的热牵伸设备，其组成结构如图1所示，由依次相连的多级热牵伸装置组成(多级热牵伸装置为二级，或者三级，或者四级以上不超过六级，图中以三级为例)，每一级的热牵伸装置由相互连接的进口牵伸机102、104、106，牵伸热箱103、105、107，出口的牵伸机104、106、108组成，其中牵伸机104和106即为上级的出口牵伸机又同时作为下级的入口牵伸机。

本实用新型的一种实施例是将第一级牵伸装置的进口牵伸机102和牵伸热箱103置于密封罩内110中，密封罩顶部设置废气排放口111，排气口上方设置有鼓风机112，并排出的废气113送入气体回收处理装置(图中未示出)相连。惰性气体贮存于钢瓶或者贮藏罐114内，经压缩机115，惰性气体116从第一级牵伸热箱103的底部进入箱体内部。

本实用新型的牵伸热箱的结构实施例如图2所示(图中以第一级为例)，每级牵伸热箱分为下层惰性气体加热区域和上层纤维加热区域，所述下层气体加热区设置有电感加热器203，电感加热器203两端设置有通风机202，提供动力在风道内流动，上下两层均设置有环状惰性气体气道201、205，两层气道分别由牵伸热箱前端和后端的通道连接，在连接处设置有气体分配器204，使气体在通道中分布均匀，还在气体分布装置上方设置温度探测仪(图中未示出)。下层加热惰性气体由前端进入上层气道，纤维加热风道上部由箱盖206与外部隔离。第一级牵伸热箱的侧面下部设置惰性气体入口207，并连接有减压阀208，以控制惰性气体的压力。从干燥工段出来的纤维209由牵伸热箱的左侧进入纤维加热风道内，与下层流入的热气接触加热。

本实用新型的牵伸热箱上盖可以开启，开启时可以进行施行人工带纤维操作，以及断丝等处理工作。牵伸热箱的上盖一端与箱体以合页等可转动装置相连，可以自由转动。

本实用新型的多级热牵伸的工艺流程如图3所示(以三级为例进行说明)。从干燥工段出来的干燥的纤维301，经过第一级牵伸机302，进入第一级牵伸热箱303，而后经过第二级牵伸机304，进入第二级牵伸热箱305，经过第三级牵伸机306，进入第三级牵伸热箱307，经过第四级牵伸机308，而后在卷绕机309卷绕成型。

本实用新型采将上述两套设备相连进行两段热牵伸工艺操作，其流程如图4所示。干燥后的纤维401，进入第1段热牵伸工段，经过第1级牵伸机402，进入第1级牵伸热箱403，而后经过第2级牵伸机404，第2级牵伸热箱405，第3级牵伸机406，第3级牵伸热箱407，在卷绕机408上卷绕成筒，其中卷绕机408线速度高于406，起到牵伸机的作用。而后将纤维置于方丝架409上，进行第2段热牵伸，经过第1级牵伸机410，进入第1级牵伸热箱411，而后经过第2级牵伸机412，第2级牵伸热箱413，第3级牵伸机414，第3级牵伸热箱415，第4级牵伸机416，最后在卷绕机417上卷绕成型。

本实用新型各部件的具体实施例说明如下：

本实用新型设备中的牵伸机可采用已知常规的牵伸机，牵伸热箱结构如图2所示，其中的各部件均可采用常规产品。

本实施例采用二级或者三级牵伸，或者四级牵伸，最多不超过六级牵伸。最好为三级或者四级牵伸。根据实际生产效果和制造方便考虑，本实施例每级牵伸热箱的长度为2～8米，最适宜的长度为5～6.5米。每级进口牵伸机、出口的牵伸机和牵伸热箱的直线距离不超过0.5米。

每级牵伸的牵伸倍率不宜过大，以免造成纤维断裂，但是牵伸倍率也不宜过小，影响设备的使用效率，经过实际生产的实践，表明一般每级牵伸的较为适宜的牵伸倍率为1.02～3，最好为1.1～2.5。每级热牵伸倍率D由以下公式确定：

D＝v_n+1/v_n

其中D为热牵伸倍率，v_n+1是该级热牵伸中牵伸热箱出口处牵伸机牵伸辊的线速度，v_n是该级热牵伸中牵伸热箱入口处牵伸机牵伸辊的线速度。两者均可以通过控制牵伸机牵伸辊的转速保持确定的线速度。

后一级热牵伸的牵伸倍率与前一级热牵伸的牵伸倍率之比较为适宜的范围为0.6～0.98。

本实施例设置密封罩将第一级牵伸机、第一级牵伸热箱，以及第二级牵伸机与后续的牵伸设备隔离。通过风机不断将罩内的的气体抽出，以保持一定的负压。但是负压不宜过大，一般罩内气压保持绝对压强低于大气压5～100帕。气压过低，虽然抽气效果较好，但是能源消耗过大，不宜采用。

除了采用密封罩的措施外，本实施例第一级牵伸热箱也可以同时或者单独采用通入惰性气体的方式以保证生产过程安全操作。惰性气体由牵伸热箱的下部通入，由气道出口排出。惰性气体可以是氮气，或者氩气，或者二氧化碳，或者三种中其中两种或者三种的混合物。为节省费用，一般采用氮气。惰性气体流量不低于0.001立方米/秒，一般保持在0.02～0.001立方米/秒。

本实施例的热牵伸温度的适宜范围为125～150℃，并且牵伸温度逐级不断升高，但升高幅度不宜过大，一般相邻两级牵伸的温度差不超过10℃，最好不超过5℃。热牵伸温度高于150℃，将明显影响最终产品的强度，因此牵伸温度不宜高于150℃。

在本实用新型中采用的牵伸热箱的内部气体流道分为上下两层，上层为纤维加热区域，下层为气体加热区域。上下两层分别在牵伸热箱的前端和后端相通，加热气体从前端的通道流入上层气道。

本实施例的牵伸热箱前端联通通道处设置气体分布装置采用多层筛板，后端联通通道处也设置气体分布装置，一般采用多层筛板。两处的筛板层数可以相同，也可以不同。

Claims

1.一种超高分子量聚乙烯纤维生产中的热牵伸设备，其特征在于，该设备由依次相连的多级热牵伸装置组成，每一级的热牵伸装置由相互连接的进口牵伸机、牵伸热箱、出口的牵伸机组成；每级牵伸热箱分为下层惰性气体加热区域和上层纤维加热区域，所述下层气体加热区设置有电感加热器，上下两层均设置有环状惰性气体气道，两层气道分别由牵伸热箱前端和后端的通道连接，下层加热惰性气体由前端进入上层气道，第一级牵伸热箱的侧面下部设置惰性气体入口。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述的牵伸热箱惰性气体气道连接处设置有气体分配器，在气体分布装置上方设置温度探测仪；所述第一级牵伸热箱的侧面下部的惰性气体入口连接有减压阀。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述的多级热牵伸装置为二级，或者三级，或者四级以上不超过六级。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述第一级牵伸装置置于密封罩内，密封罩顶部设置废气排放口，排气口上方设置有鼓风机，并与气体回收处理装置相连。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述每级牵伸装置的牵伸热箱的长度为2～8米。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述每级牵伸装置的进口牵伸机、出口的牵伸机和牵伸热箱的直线距离不超过0.5米。