一种超高分子量聚乙烯原丝的牵伸方法技术

本发明专利技术涉及一种超高分子量聚乙烯原丝的牵伸方法，其包括使超高分子量聚乙烯原丝在第一牵伸辊的牵引下通过依次设置的多级第一热箱进行多级牵伸并收卷的步骤，其中，使多级牵伸的牵伸形变速率逐级变小，且控制总牵伸形变速率为70~130秒-1，此外，控制超高分子量聚乙烯原丝在所述多级第一热箱中的总停留时间为60~130秒，且使多级牵伸中每一级的停留时间逐级减少。本发明专利技术通过多级拉伸中拉伸形变速率及丝束在热箱中的停留时间的变化控制拉伸过程中超分子结构的形成，从而减小拉伸过程中大分子链间的滑移，使超高分子量聚乙烯纤维得到有效拉伸，实现纤维力学性能的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE)具有比强度高、耐化学腐蚀、抗老化性能优良、 耐低温等优点，因此被广泛应用于防弹防护、复合材料运动装备及海洋工程等领域中，具体 如防弹衣、防切割手套、防爆服、皮艇、独木舟、自行车、船、钓鱼线、海洋绳缆、帆等。超高分 子量聚乙烯之所以有上述的优异性能，主要得益于超高分子量聚乙烯伸直链结构的形成。 在凝胶纺丝方法专利技术之前，当时的聚乙烯纤维纺丝方法只能形成聚乙烯的折叠链结构，折 叠链结构不能有效的传送载荷，因此纤维强度较低。而凝胶纺丝方法结合超倍拉伸技术的 应用，使得可以制备出具有伸直链结构的聚乙烯纤维，聚乙烯伸直链结构可以有效的传送 载荷，因此聚乙烯纤维的力学性能大大提高。由此可见，超高分子量聚乙烯纤维的力学性能 与形成纤维的超高分子量聚乙烯的链结构有着密切的联系，而后牵伸工艺对超高分子量聚 乙烯结构的形成起着至关重要的作用。如何优化后牵伸工艺，使超高分子量聚乙烯折叠链 结构有效的、最大程度的转变成伸直链结构对于制备高强高模聚乙烯纤维至关重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的超高分子量 聚乙烯原丝的牵伸方法以提高超高分子量聚乙烯纤维的力学性能。 为解决以上技术问题，本专利技术采用如下技术方案： -种超高分子量聚乙烯原丝的牵伸方法，其包括第一次牵伸，该第一次牵伸包括 使超高分子量聚乙烯原丝在第一牵伸辊的牵引下通过依次设置的多级第一热箱进行多级 牵伸并通过第一卷绕辊筒收卷的步骤，第一牵伸辊包括设置在多级第一热箱中第一级第一 热箱的前方的第一进料辊、设置在相邻二级第一热箱之间的第一中间辊、设置在多级第一 热箱中最后一级第一热箱的后方的第一出料辊，特别是，进行第一次牵伸时，使多级牵伸的 牵伸形变速率逐级变小，且控制第一次牵伸的总牵伸形变速率为70?130秒'各级的牵 伸形变速率为该级第一热箱后方的第一牵伸辊的卷绕速度与其前方的第一牵伸辊的卷绕 速度之差与该级第一热箱的长度的比值，所述的总牵伸形变速率为第一出料辊的卷绕速度 与第一进料辊的卷绕速度之差与所述多个第一热箱的总长度的比值，此外，控制所述的超 高分子量聚乙烯原丝在所述多级第一热箱中的总停留时间为60?130秒，且使所述多级牵 伸中每一级的停留时间逐级减少。 根据本专利技术，所述第一次牵伸的总倍数可以为5?100倍，优选为5?60倍，更优 选10?30倍。所述第一次牵伸优选共有3?5级牵伸。 优选地，多级第一热箱中第一级第一热箱的长度为多级第一热箱中其余第一热箱 的长度的0.6?0.9倍。 优选地，多级第一热箱的温度在100_165°C之间，且后一级第一热箱的温度大于前 一级第一热箱的温度。 优选地，第一牵伸辊中的第一进料辊和第一中间辊的温度分别为60?130°C，第 一出料辊的温度为10?40°C。 根据本专利技术的进一步优选方案：所述的牵伸方法还包括在第一次牵伸后进行的更 多次牵伸。所述更多次牵伸包括第二次牵伸，该第二次牵伸包括使第一次牵伸后的丝束在 第二牵伸辊的牵引下通过一级第二热箱或依次设置的多级第二热箱进行一级或多级牵伸 并通过第二卷绕辊筒收卷的步骤，第二牵伸辊包括位于一级第二热箱前方的第二进料辊、 位于所述一级第二热箱或多级第二热箱中最后一级第二热箱后方的第二出料辊和在第二 热箱有多级时位于相邻二个第二热箱之间的第二中间辊，进行第二次牵伸时，控制第二次 牵伸的总牵伸形变速率为40?80秒Λ第二次牵伸的总牵伸形变速率为第二出料辊的卷 绕速度与第二进料辊的卷绕速度之差与一级第二热箱的长度或多级第二热箱的总长度的 比值，如有多级牵伸，则使牵伸形变速率逐级变小，各级的牵伸形变速率为该级第二热箱后 方的第二牵伸辊的卷绕速度与其前方的第二牵伸辊的卷绕速度之差与该级第二热箱的长 度的比值；此外，控制丝束在所述一级或多级第二热箱中的总停留时间为40?70秒，如第 二次牵伸有多级牵伸，则使该多级牵伸的每一级牵伸的停留时间逐级减少。 采用多次牵伸的方案与仅采用一次的方案相比不仅有利于纤维力学性能的提高， 而且同时使牵伸工艺过程更易控制。 优选地，所述第二次牵伸的牵伸级数为一级、二级或三级，其中以一级或二级为更 优选。 优选地，第二牵伸辊中第二进料辊的温度为60?130°C，第二出料辊的温度为 10?40°C，第二热箱的温度在100-165°c之间。 根据一个具体方面，所述第二热箱有多级，第二次牵伸包括多级牵伸，多级第二热 箱中的第一级第二热箱的长度为其余第二热箱的长度的0. 6?0. 9倍，后一级第二热箱的 温度大于前一级第二热箱的温度，第二牵伸辊中的第二中间辊的温度为60?130°C。 根据本专利技术，所述更多次牵伸还可以包括第三次牵伸，第三次牵伸包括使第二次 牵伸后的丝束在第三牵伸辊的牵引下通过一级或依次设置的二级第三热箱进行一级或二 级牵伸并通过第三卷绕辊筒收卷的步骤，其中控制第三次牵伸的总牵伸形变速率为30? 60秒 '控制丝束在一级或二级第三热箱中的总停留时间为30?60秒，如为二级牵伸，则 控制后一级牵伸的停留时间小于前一级牵伸的停留时间。 根据本专利技术，所述更多次牵伸的总牵伸倍数可以为3?30倍，优选为3?20倍。 由于以上技术方案的实施，本专利技术与现有技术相比具有如下优势： 本专利技术通过多级拉伸中拉伸形变速率及丝束在热箱中的停留时间的变化控制拉 伸过程中超分子结构的形成，从而减小拉伸过程中大分子链间的滑移，使超高分子量聚乙 烯纤维得到有效拉伸，实现纤维力学性能的提高。本专利技术还进一步通过多次牵伸，使超高分 子量聚乙烯纤维中的折叠链结构最大化地转变成伸直链结构，从而提高超高分子量聚乙烯 纤维的机械性能，并减少生产中的毛丝、断头，提高产品质量及生产稳定性。 【附图说明】 下面结合附图和具体的实施方式对本专利技术做进一步详细的说明： 图1本专利技术实施例1、4及比较例1所采用的牵伸装置的示意图； 图2为本专利技术实施例2和5采用的牵伸装置的示意图； 图3为专利技术实施例3和6采用的牵伸装置的示意图； 其中：10、第一进料辊；11、第一中间辊；12、第一出料辊；13、第一卷绕辊筒；2、第 一热箱；30、第二进料辊；31、第二中间辊；32、第二出料辊；33、第二卷绕辊筒；4、第二热箱； 50、第三进料辊；51、第三出料辊；52、第三卷绕辊筒；6、第三热箱；7、张力架。 【具体实施方式】 下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅 仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技 术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范 围。 以下实施例及比较例中的原丝（干冻胶丝）均采用相同的制备工艺制得，由于 只是为了比较拉伸效果，干冻胶丝的制备不是重点，因此干冻胶丝的制备工艺简述如下： 超高分子量聚乙烯特性粘度20dl/g，溶剂为白油，含固量10%，喷丝板孔径1mm，溶解温度 250°C，萃取、干燥温度40°C。 比较例1 本例提供一种采用传统牵伸装置和方法对冻胶丝进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高分子量聚乙烯原丝的牵伸方法，其包括第一次牵伸，所述第一次牵伸包括使超高分子量聚乙烯原丝在第一牵伸辊的牵引下通过依次设置的多级第一热箱进行多级牵伸并通过第一卷绕辊筒进行收卷的步骤，所述第一牵伸辊包括设置在所述多级第一热箱中第一级第一热箱的前方的第一进料辊、设置在相邻二级所述第一热箱之间的第一中间辊、设置在所述多级第一热箱中最后一级第一热箱的后方的第一出料辊，其特征在于：进行所述第一次牵伸时，使所述多级牵伸的牵伸形变速率逐级变小，且控制所述第一次牵伸的总牵伸形变速率为70～130秒‑1，各级的牵伸形变速率为该级第一热箱后方的第一牵伸辊的卷绕速度与其前方的第一牵伸辊的卷绕速度之差与该级第一热箱的长度的比值，所述的总牵伸形变速率为第一出料辊的卷绕速度与第一进料辊的卷绕速度之差与所述多个第一热箱的总长度的比值，此外，控制所述的超高分子量聚乙烯原丝在所述多级第一热箱中的总停留时间为60～130秒，且使所述多级牵伸中每一级的停留时间逐级减少。

【技术特征摘要】
1. 一种超高分子量聚乙烯原丝的牵伸方法，其包括第一次牵伸，所述第一次牵伸包括 使超高分子量聚乙烯原丝在第一牵伸辊的牵引下通过依次设置的多级第一热箱进行多级 牵伸并通过第一卷绕辊筒进行收卷的步骤，所述第一牵伸辊包括设置在所述多级第一热箱 中第一级第一热箱的前方的第一进料辊、设置在相邻二级所述第一热箱之间的第一中间 辊、设置在所述多级第一热箱中最后一级第一热箱的后方的第一出料辊，其特征在于：进行 所述第一次牵伸时，使所述多级牵伸的牵伸形变速率逐级变小，且控制所述第一次牵伸的 总牵伸形变速率为70?130秒'各级的牵伸形变速率为该级第一热箱后方的第一牵伸辊 的卷绕速度与其前方的第一牵伸辊的卷绕速度之差与该级第一热箱的长度的比值，所述的 总牵伸形变速率为第一出料辊的卷绕速度与第一进料辊的卷绕速度之差与所述多个第一 热箱的总长度的比值，此外，控制所述的超高分子量聚乙烯原丝在所述多级第一热箱中的 总停留时间为60?130秒，且使所述多级牵伸中每一级的停留时间逐级减少。2. 根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯原丝的牵伸方法，其特征在于：所述第一 次牵伸的总牵伸倍数为5?60倍，所述第一次牵伸共有3?5级牵伸。3. 根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯原丝的牵伸方法，其特征在于：所述多级 第一热箱中第一级第一热箱的长度为所述多级第一热箱中其余第一热箱的长度的〇. 6? 0? 9 倍。4. 根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯原丝的牵伸方法，其特征在于：所述多级 第一热箱的温度在l〇〇-165°C之间，且后一级第一热箱的温度大于前一级第一热箱的温度； 所述的第一牵伸辊中的第一进料辊和第一中间辊的温度分别为60?130°C，第一出料辊的 温度为10?40°C。5. 根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的超高分子量聚乙烯原丝的牵伸方法， 其特征在于：所述的牵伸方法还包括在所述第一次牵伸后进行的更多次牵伸，所述更多次 牵伸包括第二次牵伸，所述第二次牵伸包括使第一次牵伸后的丝束在第二牵伸辊的牵引下 通过一级第二热箱或依次设置的多级第二热箱进行一级或多级牵伸并通过第二卷绕辊筒 进行收卷的步骤，所述第二牵伸辊包括位于所述一级第二热箱前方的第二进料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振国，刘兆峰，丁洪昌，俞波，蔡建南，赵鸿丽，
申请(专利权)人：常熟绣珀纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32