專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超高分子量聚乙烯纖維牽伸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維牽伸方法，具體涉及超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE) 牽伸方法。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯纖維也稱(chēng)高強(qiáng)、高模聚乙烯(HSHMPE)纖維或伸長(zhǎng) 鏈聚乙烯(ECPE)纖維，是指相對(duì)分子質(zhì)量在(1~7) xi()S的聚乙烯，經(jīng) 紡絲一超拉伸后制成的超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維。它是繼碳纖維、芳綸纖維 之后的第三代高性能纖維。
超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與其它纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相比，具 有質(zhì)量輕、耐沖擊、介電性能高等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)和航空航天、海域防 御、武器裝備等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。同時(shí)，該纖維在汽車(chē)、船舶、 醫(yī)療器械、體育運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域亦有廣闊的應(yīng)用前景。因此，聚乙烯纖維自 問(wèn)世起就倍受重視、發(fā)展很快。
1979年，荷蘭DSM公司申請(qǐng)了采用凍膠技術(shù)制備超高分子量聚乙烯纖 維的專(zhuān)利(US4344908、特公昭64-8732、 US4422993 )。凍膠紡絲技術(shù)又稱(chēng) 凝膠紡絲技術(shù)，是指聚乙烯與合適的溶劑制成紡絲溶液，然后將紡絲溶液冷 卻到凝膠態(tài)得到凍膠原絲，采用萃取工藝將溶劑去除，干燥后，經(jīng)過(guò)30倍 160倍的超倍熱拉伸得到高強(qiáng)、高模聚乙烯纖維。由于凍膠紡絲法有利于形 成更高效傳輸張力負(fù)荷的伸長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，因此制備出的聚乙烯纖維具有非常高 的強(qiáng)度和模量，耐沖擊性能優(yōu)異，應(yīng)用比較廣泛。
在凍膠紡絲技術(shù)中，通常使用雙螺桿擠出機(jī)將紡絲溶液中的大分子進(jìn)行 解纏，然后通過(guò)噴絲板成型后驟冷使紡絲細(xì)流中的大分子仍基本上保持這種 低纏結(jié)狀態(tài)，同時(shí)對(duì)聚乙烯施加一定牽倍的噴頭拉伸得到超高分子量?jī)瞿z原 絲，為超倍熱拉伸奠定基礎(chǔ)。超倍熱拉伸是制備超高分子量聚乙烯的關(guān)鍵環(huán) 節(jié)，在超倍熱拉伸的過(guò)程中，聚乙烯大分子由折疊鏈向伸直鏈發(fā)生變化，伸 直鏈之間相互靠攏，彼此之間增加作用力增加，提高纖維的強(qiáng)度和模量。
一般認(rèn)為，超高分子量聚乙烯纖維的性能隨著拉伸比和拉伸溫度的提高級(jí)拉伸工藝制備超高分子量聚乙
烯纖維，隨著拉伸溫度的不斷提高，拉伸比也不斷增加。請(qǐng)參見(jiàn)圖3,為現(xiàn) 有技術(shù)牽伸聚乙烯纖維的方法，超高分子量聚乙烯原絲310依次經(jīng)過(guò)第一牽 伸機(jī)301、第二牽伸機(jī)302的兩級(jí)拉伸，第一牽伸機(jī)包括牽引輥組301a、電 機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置301b,第二牽伸機(jī)包括牽引輥組302a、電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置302b。由 于每個(gè)牽伸機(jī)是獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的，而且在實(shí)際生產(chǎn)中，需要對(duì)至少十幾束、甚至 多達(dá)上百束的纖維同時(shí)進(jìn)行拉伸。例如當(dāng)?shù)谝粻可鞕C(jī)對(duì)纖維施加Q倍的牽伸 后，第二牽伸機(jī)再對(duì)纖維施加牽伸時(shí)，由于纖維上的巨大拉力，會(huì)使第一牽 伸機(jī)實(shí)際的牽倍數(shù)降低，達(dá)不到Q倍，甚至出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象。顯然，這不利 于控制拉伸比，導(dǎo)致工藝不可控，而且還存在牽伸效率低下的問(wèn)題。
因此，需要一種能夠控制拉伸比的超高分子量聚乙烯纖維的牽伸方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種牽伸比可控的超高分子量聚乙烯 纖維的牽伸方法。
為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種超高分子量聚乙烯纖維牽伸方法， 包括步驟
al)將待拉伸的超高分子量聚乙烯原絲依次喂入第一牽伸機(jī)、第二牽伸 機(jī)，所述第一牽伸機(jī)對(duì)原絲施加牽倍Qi為1倍~60倍的牽伸，所述第二牽 伸機(jī)對(duì)原絲施加牽倍Q2為1倍~ 60倍的牽伸后得到超高分子量聚乙烯纖維， 所述第一牽伸機(jī)和第二牽伸機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)傳動(dòng)軸加載。
優(yōu)選的，所述傳動(dòng)軸包括傳遞載荷的第一嚙合構(gòu)件和第二嚙合構(gòu)件，所 述第一牽伸機(jī)包括與所述第二嚙合構(gòu)件相嚙合的第三嚙合構(gòu)件，所述第二牽 伸機(jī)包括與所述第 一嚙合構(gòu)件相嚙合的第四嚙合構(gòu)件。
優(yōu)選的，所述步驟al )前還包括步驟
a0)將萃取后的超高分子量聚乙烯原絲喂入溫度為50°C -70。C的干燥裝 置進(jìn)行干燥，所述干燥裝置包括導(dǎo)絲輥組，所述導(dǎo)絲輥組由驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)傳 動(dòng)軸施力口載荷。
優(yōu)選的，將所述待拉伸的超高分子量聚乙烯原絲通過(guò)溫度為70°C~160 。C的第一熱甬道加熱后喂入第一牽伸機(jī)，所述第一熱甬道的長(zhǎng)度的米數(shù)L！與第一牽伸機(jī)的牽倍Q！滿(mǎn)足如下的關(guān)系:0.8 Qi 《2.0 Qlo
優(yōu)選的，所述第一熱甬道的長(zhǎng)度的米數(shù)"與第一牽伸機(jī)的牽倍Qr滿(mǎn)足 下面的關(guān)系0.5Qi《Li".5Q,。
優(yōu)選的，所述第二牽伸機(jī)的牽倍Q2小于第一牽伸機(jī)的牽倍QlD 優(yōu)選的，將所述第一牽伸機(jī)牽伸后的超高分子量聚乙烯原絲喂入溫度為 70°C ~ 160。C的第二熱甬道力口熱后再喂入第二牽伸機(jī)，所述第二熱甬道的長(zhǎng)度 L2與第 一熱甬道的長(zhǎng)度L！滿(mǎn)足如下的關(guān)系1. 1L!《L2 < 3 Lj 。
本發(fā)明提供一種超高分子量聚乙烯纖維牽伸方法，通過(guò)對(duì)超高分子量聚 乙烯原絲進(jìn)行連續(xù)拉伸制備聚乙烯纖維，由于本發(fā)明通過(guò)同一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置由 傳動(dòng)軸對(duì)兩個(gè)拉伸機(jī)同時(shí)傳遞載荷，因此兩臺(tái)牽伸機(jī)在對(duì)纖維進(jìn)行拉伸時(shí)， 牽引輥的旋轉(zhuǎn)比是固定的，也就是可以保持固定的拉伸比，不但有利于控制 拉伸工藝，而且提高拉伸效率。本發(fā)明提供的傳動(dòng)軸分別與兩個(gè)牽伸機(jī)形成 嚙合結(jié)構(gòu)對(duì)兩個(gè)牽伸機(jī)加載，由于嚙合結(jié)構(gòu)傳送比穩(wěn)定，因此有利于保持固 定的拉伸比。
本發(fā)明通過(guò)進(jìn)一 步提供第 一 熱閨道和第二熱閨道對(duì)聚乙烯原絲進(jìn)行預(yù) 熱，并且第二牽伸機(jī)對(duì)原絲的牽倍小于第一牽伸機(jī)對(duì)原絲的牽倍。當(dāng)?shù)谝粻?伸機(jī)對(duì)原絲進(jìn)行較大倍數(shù)的拉伸后，在原絲內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)經(jīng)過(guò)第二甬 道加熱后再由第二牽伸機(jī)進(jìn)行牽伸時(shí)，由于第二熱甬道的長(zhǎng)度大于第一熱甬 道的長(zhǎng)度，但是原絲在這一階段的牽倍小，因此原絲的內(nèi)應(yīng)力在第二熱甬道 內(nèi)會(huì)得到有效的釋放，有利于提高最終纖維的力學(xué)性能。


圖l是本發(fā)明第一種實(shí)施方式中牽伸裝置示意圖； 圖2是本發(fā)明第二種實(shí)施方式中牽伸裝置示意圖； 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中牽伸裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種超高分子量聚乙烯纖維的牽伸方法，包括步驟 al)將待拉伸的超高分子量聚乙烯原絲依次喂入第一牽伸機(jī)、第二牽伸 機(jī)，所述第一牽伸機(jī)對(duì)原絲施加牽倍Q!為1倍~60倍的牽伸，所述第二牽 伸機(jī)對(duì)原絲施加牽倍Q2為l倍-60倍的牽伸后得到超高分子量聚乙烯纖維，所述第一牽伸機(jī)和第二牽伸機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)傳動(dòng)軸加載。
參見(jiàn)圖1,為本發(fā)明連續(xù)拉伸超高分子量聚乙烯纖維裝置的第一種實(shí)施
方式。從圖1中可知，該實(shí)施例的裝置包括第一牽伸機(jī)101、第二牽伸機(jī)102、 驅(qū)動(dòng)電機(jī)103、傳動(dòng)軸104、干燥裝置105、第一熱甬道106、第二熱甬道107。
其中，第一牽伸機(jī)101包括第三嚙合構(gòu)件101a、為了對(duì)牽伸機(jī)進(jìn)行加載， 這里的第三嚙合構(gòu)件為錐形齒輪101a。在對(duì)原絲進(jìn)行拉伸時(shí)，需要根據(jù)工藝 調(diào)整第一牽伸機(jī)上的牽引輥101d的轉(zhuǎn)速來(lái)對(duì)原絲進(jìn)行不同倍率的拉伸，所以 第一牽伸機(jī)還包括變速箱101b，變速箱可以采用齒輪變速等本領(lǐng)域技術(shù)人員 熟知的變速機(jī)構(gòu)。經(jīng)過(guò)變速后，再通過(guò)齒4侖傳動(dòng)副101c帶動(dòng)通過(guò)軸承101e 固定在牽伸箱上的牽引輥101 d旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)原絲的拉伸，本實(shí)施例采用五輥牽 伸結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，牽引輥的數(shù)量不受限制，可以根據(jù)不同要求來(lái)決定牽 引輥的數(shù)量，由于牽伸輥數(shù)量越多，越有利于牽伸效率的提高，但是牽引輥 過(guò)多時(shí)，負(fù)載過(guò)大，不利于牽伸，因此可以釆用多級(jí)牽伸的方式。
為了實(shí)現(xiàn)多級(jí)拉伸，本實(shí)施例提供了第二牽伸機(jī)102,第二牽伸機(jī)具有 和第一牽伸機(jī)相同的結(jié)構(gòu)，包括第四嚙合構(gòu)件即錐形齒輪102a。
由于超高分子量聚乙烯原絲一般在70°C ~ 160。C的溫度進(jìn)行拉伸，因此 在拉伸前，需要對(duì)其進(jìn)行加熱，因此本實(shí)施例的制備超高分子量聚乙烯纖維 的裝置還包括第一熱甬道106和第二熱甬道107。本發(fā)明中的熱甬道是指本 領(lǐng)域人員熟知的對(duì)連續(xù)運(yùn)行的纖維進(jìn)行預(yù)熱的通道，可以為長(zhǎng)形的管子、箱 體、圓筒等，在其中通入為纖維加熱的高溫氣體，可以為水蒸氣、氮?dú)狻?氣等不會(huì)和原絲發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體。對(duì)于熱萄道的界面形狀，本發(fā)明并無(wú)
特別的限制，可以為矩形、梯形、圓形、橢圓形、三角形或其他已知的形狀。 在本實(shí)施例中，熱萄道為只有原絲的進(jìn)口和出口的密閉的箱體，在箱體內(nèi)通 入為原絲進(jìn)行加熱的熱氮?dú)?，為了便于控制拉伸工藝，熱閨道的長(zhǎng)度可以根 據(jù)工藝的需要進(jìn)行調(diào)整。
本實(shí)施例中提供了兩級(jí)熱拉伸，但是由于拉伸纖維的級(jí)數(shù)越多，原絲變 形越緩和，就越有利于提高纖維的性能，因此在允許的情況下，應(yīng)盡可能提 高拉伸的級(jí)數(shù)，因此對(duì)于牽伸機(jī)和熱甬道的數(shù)量，本發(fā)明并無(wú)具體的限制。 但是拉伸級(jí)數(shù)越多，成本越高，因此，比較優(yōu)選的方案是采用三級(jí)拉伸。在對(duì)超高分子量聚乙烯原絲進(jìn)行拉伸前，需要對(duì)原絲進(jìn)行干燥處理，因 此本實(shí)施例中的裝置還包括干燥裝置105,它包括第六嚙合構(gòu)件即錐形齒輪
105a、導(dǎo)絲輥105d，干燥箱105e，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與牽伸機(jī)相同。對(duì)原絲進(jìn)行干燥 的主要目的是去除原絲中的揮發(fā)性溶劑，因此對(duì)原絲進(jìn)行干燥時(shí)，在干燥箱 內(nèi)通入加熱氣體，可以為氮?dú)饣驓鍤獾?，同時(shí)采用抽風(fēng)系統(tǒng)將溶劑去除。另 外，在干燥時(shí)，對(duì)原絲可以不用施加牽伸，因此導(dǎo)絲輥只起到導(dǎo)絲的作用。
本實(shí)施例制備超高分子量聚乙烯纖維的裝置還包括電機(jī)103、和將電機(jī) 的載荷傳遞給牽伸機(jī)和干燥裝置的傳動(dòng)軸104,傳動(dòng)軸104包括第一嚙合構(gòu) 件即錐形齒輪104a、第二錐形齒輪104b、第三錐形齒輪104c，第一錐形齒 輪104a和第二牽伸機(jī)的第四錐形齒輪102a嚙合形成齒輪副，對(duì)第二牽伸機(jī) 傳遞載荷；第二錐形齒輪104b和第一牽伸機(jī)的第三錐形齒輪101a嚙合形成 齒輪副，對(duì)第第一牽伸機(jī)傳遞載荷；第三錐形齒輪104c和干燥裝置的錐形齒 輪105a嚙合形成齒輪副，對(duì)干燥裝置的齒輪變速箱傳遞載荷。
' 將超高分子量聚乙烯原絲110按照?qǐng)D1中箭頭所示的方向依次喂入干燥 裝置105、第一熱離道106、第一牽伸機(jī)IOI、第二熱萄道107、第二牽伸機(jī) 102機(jī)進(jìn)行干燥和熱拉伸后制得超高分子量聚乙烯纖維。由于第一牽伸機(jī)101 和第二牽伸機(jī)102全都通過(guò)傳動(dòng)軸104由電機(jī)103傳遞載荷釆用齒輪副結(jié)構(gòu) 傳遞載荷，因此，在牽伸的過(guò)程中，可以保持固定的牽伸比，可以準(zhǔn)確控制 牽伸工藝。并且，干燥裝置105也由傳動(dòng)軸103傳遞載荷，因此有利于降低 功耗。
很顯然，為了達(dá)到本發(fā)明的目的，當(dāng)進(jìn)行三級(jí)或三級(jí)以上的拉伸時(shí)，可 以在傳動(dòng)軸上裝有多個(gè)嚙合結(jié)構(gòu)用于傳遞載荷；另外，對(duì)于傳動(dòng)軸的具體實(shí) 現(xiàn)方式，也可以有多種，可以采用多段短軸和齒輪配合的形式傳遞載荷，本 發(fā)明對(duì)此并無(wú)具體限制。
參見(jiàn)圖2,為本發(fā)明連續(xù)拉伸超高分子量聚乙烯纖維裝置的另一種實(shí)施
方法。從圖1中可知，與第一種實(shí)施方式相比的區(qū)別在于，在本實(shí)施方式中，
考慮到實(shí)際工作環(huán)境的限制，當(dāng)需要多級(jí)拉伸時(shí)，只用一根傳動(dòng)軸將載荷傳 遞給多個(gè)牽伸裝置和干燥裝置可能會(huì)降低裝置的穩(wěn)定性。
在本實(shí)施方式中，傳動(dòng)軸包括第一傳動(dòng)軸104，第二傳動(dòng)軸108,第三傳
7動(dòng)軸109。其中，第一傳動(dòng)軸104包括錐形齒輪104a,錐形齒輪104a與第二 牽伸機(jī)的錐形齒輪102a相嚙合形成齒輪副，電機(jī)103通過(guò)齒輪102a將載荷 傳遞給第二牽伸機(jī)。
第二傳動(dòng)軸108包括第一錐形齒輪108a和第二錐形齒輪108b，第一錐 形齒輪108a與第二牽伸機(jī)的錐形齒輪102a相嚙合，第二錐形齒輪108b與第 一牽伸機(jī)的錐形齒輪101a相嚙合，第二傳動(dòng)軸將載荷傳遞給第一牽伸機(jī)。
第三傳動(dòng)軸109包括第三錐形齒輪109a和第四錐形齒輪109b，第三錐 形齒輪109a與第一牽伸機(jī)的錐形齒輪101a相嚙合，第四錐形齒輪10%與干 燥裝置的錐形齒輪105a相嚙合，第三傳動(dòng)軸將載荷傳遞給干燥裝置。
在第二種實(shí)施方式中，由于^是供了多個(gè)傳動(dòng)軸，因此可以避免單個(gè)傳動(dòng) 軸出現(xiàn)的穩(wěn)定性下降的問(wèn)題。
按照本發(fā)明，待拉伸的超高分子量聚乙烯原絲是指超高分子量聚乙烯溶 液經(jīng)過(guò)凍膠成型、萃取、干燥后得到的原絲。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，在對(duì)
容性，并且具有低的沸點(diǎn)和高的揮發(fā)性。所用萃取劑可以為易揮發(fā)的低級(jí)烷 烴或卣代經(jīng)，例如當(dāng)使用石蠟油作為溶劑時(shí)，可以選用己烷、庚烷、曱苯、 氯甲烷、溶劑油等作為萃取劑，優(yōu)選的，選用溶劑汽油作為萃取劑。聚乙烯 纖維凍膠絲經(jīng)過(guò)萃取后，在40°C ~ 80。C的溫度范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行干燥使萃取劑 揮發(fā)制得超高分子量聚乙烯纖維原絲。
原絲經(jīng)過(guò)干燥后，將其依次喂入第一熱甬道、第一牽伸機(jī)。第一熱甬道 的溫度可以為70°C ~ 160°C ,第一牽伸機(jī)可以對(duì)原絲施加1倍~ 60倍的牽伸。 優(yōu)選的，第一熱甬道的溫度為80°C~100°C,第一拉伸機(jī)對(duì)原絲進(jìn)行3倍~ 15倍的^立伸。
對(duì)原絲完成第一級(jí)拉伸之后，由于原絲中的大分子鏈高度取向并發(fā)生了 很大的塑性變形，因此會(huì)產(chǎn)生與牽伸力反向作用的內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力不但 會(huì)降低下一級(jí)的拉伸效果而且還會(huì)降低最終纖維的強(qiáng)度等力學(xué)性能。為了減 小內(nèi)應(yīng)力對(duì)原絲的作用，在原絲經(jīng)過(guò)第一牽伸機(jī)的牽伸后，再經(jīng)過(guò)溫度為溫 度為70°C ~ 160。C的第二熱萄道由第二牽伸機(jī)對(duì)原絲進(jìn)一步拉伸制成超高分 子量聚乙烯纖維。優(yōu)選的，第二熱甬道的溫度為105°C~160°C，更優(yōu)選的，第二熱甬道的溫度為115°C~140°C。本發(fā)明提供的第二熱離道的長(zhǎng)度大于第 一熱甬道的長(zhǎng)度，而第二牽伸機(jī)的對(duì)原絲施加的牽倍小于第一牽伸機(jī)對(duì)原絲 施加的牽倍，這樣纖維的受到的內(nèi)應(yīng)力在長(zhǎng)距離、相對(duì)牽倍小的情況下進(jìn)行 拉伸時(shí)，可以有效減小或消除上 一 級(jí)牽伸產(chǎn)生的應(yīng)力。
按照本發(fā)明，在對(duì)原絲進(jìn)行牽伸時(shí)，需要選擇合適的熱甬道長(zhǎng)度，熱甬 道的長(zhǎng)度與原絲的變形量有著密切的關(guān)系，而原絲的變形量主要是靠牽倍來(lái) 決定的，本文中，熱萄道的長(zhǎng)度單位為米，牽倍無(wú)量綱。第一熱閨道的長(zhǎng)度 的米數(shù)L,與第一牽伸機(jī)對(duì)原絲施加的牽倍Q！需要滿(mǎn)足0.5Q!《L! <2.0Qi的 關(guān)系，更優(yōu)選的，第一熱閨道的長(zhǎng)度米數(shù)L!與第一牽伸機(jī)對(duì)原絲施加的牽倍 (^需要滿(mǎn)足0.8Q《L^1.5 Q的關(guān)系。例如，當(dāng)?shù)谝粻可鞕C(jī)為原絲施加2倍 牽伸的時(shí)候，那么第一熱甬道的長(zhǎng)度的米數(shù)Li應(yīng)該滿(mǎn)足(0.5x2=1)《L,《
(2.0x2=4),優(yōu)選的，(0.8x2=1.6) <"《(1.5x2=3);即第一熱甬道的長(zhǎng)度 為1米 2.4米，優(yōu)選的，長(zhǎng)度為1.6米 3米。熱萄道長(zhǎng)度過(guò)短，原絲停留 時(shí)間短，因此拉伸可能會(huì)損傷纖維，熱萄道時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，牽伸效率變低，效果 不好。第二熱甬道的長(zhǎng)度米數(shù)L2與第一熱甬道的長(zhǎng)度米數(shù)"滿(mǎn)足如下的關(guān) 系UI^《L2《3Lp優(yōu)選的，第二熱葡道的長(zhǎng)度的米數(shù)L2與第一熱1道的 長(zhǎng)度的米數(shù)L！滿(mǎn)足1.2Li《L2 < 2 L!。
本發(fā)明中纖維力學(xué)性能是按照如下方法測(cè)試的采用DXLL-20000電子 拉力機(jī)測(cè)定纖維的強(qiáng)度和模量，測(cè)試條件為夾距250mm,下降速度50mm/min
(毫米/分)。
按照本發(fā)明，為了評(píng)價(jià)拉伸對(duì)纖維力學(xué)性能均勻性的影響，本發(fā)明采用 下面的方法處理測(cè)試結(jié)果
每個(gè)試樣的性能值取Xp X2,…Xn共n個(gè)試樣的性能值； 試樣性能取算術(shù)平均值即
X = ^~-.............------------................--------------公式1
n
/>式1中Xi——^個(gè)試樣的性能值， n-試樣數(shù)；
9標(biāo)準(zhǔn)差(S)采用如下的方法:
公式2
公式2中，S為標(biāo)準(zhǔn)差，其他符號(hào)同公式l; 離散系數(shù)(CV )采用如下的方法
xlOO%
.公式3
公式3中，CV為離散系數(shù)，其他符號(hào)同公式2。
為進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述。 實(shí)施例
為了更好的比較拉伸效果，在以下的實(shí)施例和比較例中都以下述相同的 工藝制備超高分子兩聚乙烯纖維凍膠絲，然后在不同的拉伸條件下比較試驗(yàn) 結(jié)果。所用超高分子聚乙烯的重均分子量Mw為2.4xl06，粉末粒度為8(V 120|i,所用溶劑為滲透性石蠟油(n==7.5),所用萃取劑為120號(hào)溶劑油。
將超高分子量聚乙烯、石蠟油及0.5%的抗氧劑2,6-二叔丁苯酚混合溶脹， 再送入雙螺桿擠出機(jī)擠壓溶解制成超高分子量聚乙烯重量百分比為8%的透 明的凍膠紡絲溶液。其中雙螺桿擠出機(jī)的送入口溫度為100°C、中間溫度為 185°C、出口溫度為165。C,在雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)停留的時(shí)間為5分鐘，雙螺桿 旋轉(zhuǎn)速度為180r/min。懸浮液經(jīng)過(guò)雙螺桿的解纏、擠出制成透明的凍膠紡絲 溶液。
再將凍膠紡絲溶液經(jīng)計(jì)量泵、噴絲組件從具有400孔的噴絲板中以 lm/min的噴絲速度擠出進(jìn)入凝固水槽，施加1.5倍的噴頭拉伸得到凝固絲條, 其中噴絲板孔徑為0.8mm,長(zhǎng)徑比L/D為10/1，將凝固絲條采用120號(hào)溶劑油 萃取后，進(jìn)行以下實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)。
使用圖l所示的牽伸裝置，將萃取后的超高分子量聚乙烯原絲喂入干燥 裝置105在55°C內(nèi)進(jìn)行干燥后，再依次喂入第一熱閨道106、第一牽伸機(jī)101、 第二熱甬道107、第二牽伸機(jī)102進(jìn)行兩級(jí)牽伸得到超高分子量聚乙烯纖維。 其中第一熱萄道的溫度為IO(TC,長(zhǎng)度為8.2米；第二熱萄道的溫度為125
實(shí)施例1°C,長(zhǎng)度為11.8米。第一牽伸機(jī)對(duì)原絲施加5.5倍的牽伸，第二牽伸機(jī)對(duì)原 絲施加4.8倍的牽伸。
將纖維取樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，每次取十個(gè)樣，結(jié)果取平均值，將得出 和計(jì)算后的結(jié)果列于表2。
實(shí)施例2 ~實(shí)施例7與實(shí)施例1采用同樣的裝置進(jìn)行了兩級(jí)拉伸，工藝
參數(shù)見(jiàn)表1 ，測(cè)試和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。
表l超高分子量聚乙烯纖維制備工藝參數(shù)表
實(shí)施例2實(shí)施例3 實(shí)施例4實(shí)施例5實(shí)施例6實(shí)施例7
干燥溫度('c )5556 60595855
第 一熱甬道溫度/長(zhǎng)度(。c/米)105/8105/8.5 105/8.5105/8105/8105/8
第一牽伸機(jī)牽倍(倍)5.46 5.84.5
第二熱甬道溫度/長(zhǎng)度(。c/米)]25/12125/12 125/12125/12125/8125/8
第二牽伸機(jī)牽倍(倍)42.8 2,62.57.97.3
表2超高分子量聚乙烯纖維實(shí)施例和比較例性能對(duì)照表強(qiáng)度 (cN/dtex )強(qiáng)度CV 值(％)模量 (cN/dtex )伸長(zhǎng)(％)纖度 (dtex)其它
實(shí)施例1 29.23.510483.21.27
實(shí)施例2 26.43.210243.61.21
實(shí)施例3 27.63.610353.51.23
實(shí)施例4 28.693.1■11243.61.6
實(shí)施例5 27.43.79523.91.65
實(shí)施例6 24.24.18932.11.6
實(shí)施例7 25.64.29673.51.59從以上敘述可以看出，在對(duì)超高分子量聚乙烯凍膠絲進(jìn)行多級(jí)拉伸的過(guò) 程中，通過(guò)延長(zhǎng)后一級(jí)牽伸的熱甬道的長(zhǎng)度，而降低后一級(jí)牽伸的倍數(shù)，可 以有效改善纖維的拉伸性，提高纖維的力學(xué)性能。隨著拉伸級(jí)數(shù)的增加，纖 維的力學(xué)性能會(huì)增加。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn) 飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種超高分子量聚乙烯纖維牽伸方法，包括步驟a1)將待拉伸的超高分子量聚乙烯原絲(110)依次喂入第一牽伸機(jī)(101)、第二牽伸機(jī)(102)，所述第一牽伸機(jī)對(duì)原絲施加牽倍Q1為1倍～60倍的牽伸，所述第二牽伸機(jī)對(duì)原絲施加牽倍Q2為1倍～60倍的牽伸后得到超高分子量聚乙烯纖維，所述第一牽伸機(jī)和第二牽伸機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置(103)通過(guò)傳動(dòng)軸(104)加載。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述傳動(dòng)軸(104)包括傳遞 載荷的第一嚙合構(gòu)件(104a)和第二嚙合構(gòu)件(104b),所述第一牽伸機(jī)(101 ) 包括與所述第二嚙合構(gòu)件(104b)相嚙合的第三嚙合構(gòu)件(101a),所述第二 牽伸機(jī)(102)包括與所述第一嚙合構(gòu)件(104a)相嚙合的第四嚙合構(gòu)件(102a)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟al)前還包括步驟 a0)將萃取后的超高分子量聚乙烯原絲喂入溫度為50°C 70。C的干燥裝置(105 )進(jìn)行干燥，所述干燥裝置包括導(dǎo)絲輥組(105d),所述導(dǎo)絲輥組由驅(qū) 動(dòng)裝置(103 )通過(guò)傳動(dòng)軸(104 )施加載荷。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將所述待拉伸的超高分子量 聚乙烯原絲通過(guò)溫度為70°C ~ 160。C的第一熱甬道加熱后喂入第一牽伸機(jī)，所 述第一熱閨道的長(zhǎng)度的米數(shù)L,與第一牽伸機(jī)的牽倍Qi滿(mǎn)足如下的關(guān)系0.8Qi 《"<2.0 Q。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述第一熱甬道的長(zhǎng)度的米 數(shù)Li與第一牽伸機(jī)的牽倍滿(mǎn)足下面的關(guān)系0.5 Qi《"《1.5 Qh
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述第二牽伸機(jī)的牽倍Q2 小于第一牽伸機(jī)的牽倍Qi。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在將第一牽伸機(jī)牽伸后的超高分 子量聚乙烯原絲喂入溫度為70°C ~ 160。C的第二熱甬道加熱后再喂入第二牽 伸機(jī)，所述第二熱甬道的長(zhǎng)度L2與第一熱甬道的長(zhǎng)度L！滿(mǎn)足如下的關(guān)系1. 1L! <L2《3 L。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種超高分子量聚乙烯纖維牽伸方法，包括步驟a1)將待拉伸的超高分子量聚乙烯原絲(110)依次喂入第一牽伸機(jī)(101)、第二牽伸機(jī)(102)，所述第一牽伸機(jī)對(duì)原絲施加牽倍Q₁為1倍～60倍的牽伸，所述第二牽伸機(jī)對(duì)原絲施加牽倍Q₂為1倍～60倍的牽伸后得到超高分子量聚乙烯纖維，所述第一牽伸機(jī)和第二牽伸機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置(103)通過(guò)傳動(dòng)軸(104)加載。本發(fā)明通過(guò)對(duì)超高分子量聚乙烯原絲進(jìn)行兩級(jí)連續(xù)拉伸制備聚乙烯纖維，由于本發(fā)明通過(guò)同一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置由傳動(dòng)軸對(duì)兩個(gè)拉伸機(jī)同時(shí)傳遞載荷，因此兩臺(tái)牽伸機(jī)在對(duì)纖維進(jìn)行拉伸時(shí)，牽引輥的旋轉(zhuǎn)比是固定的，可以保持固定的拉伸比，不但有利于控制拉伸工藝，而且提高拉伸效率。
文檔編號(hào)D01D10/00GK101629331SQ20081013356
公開(kāi)日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者周成程 申請(qǐng)人:寧波榮溢化纖科技有限公司