專利名稱：一種制備聚乙烯纖維單取向預浸帶的生產(chǎn)線的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及預浸帶生產(chǎn)線，具體涉及一種制備聚乙烯纖維單取向預浸帶的生產(chǎn)線。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維也稱高強高模聚乙烯(HSHMPE)纖維或伸長鏈 (ECPE)聚乙烯纖維，是指相對分子質(zhì)量在(1 6) XlO6的聚乙烯，經(jīng)紡絲-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(Kevlar)纖維之后的第三代高性能纖維， 本文簡稱聚乙烯纖維。聚乙烯纖維增強復合材料與其它纖維增強復合材料相比，具有質(zhì)量輕、耐沖擊、介電性能高等優(yōu)點，在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭和航空航天、海域防御、武器裝備等領域發(fā)揮著舉足輕重的作用。同時，該纖維在汽車、船舶、醫(yī)療器械、體育運動器材等領域亦有廣闊的應用前景。因此，聚乙烯纖維自問世起就倍受重視，發(fā)展很快。由聚乙烯纖維無緯布經(jīng)交錯復合而成的復合材料(又稱UD復合材料)在防彈領域有著重要的應用。目前制備聚乙烯纖維增強復合材料一般采用如下工藝步驟單取向預浸帶的制備-單取向預浸帶的層壓成型-纖維增強復合材料的定型。單取向預浸帶又稱無緯布(UD布)或經(jīng)向布，是指由聚乙烯纖維通過均勻、平行、挺直排成連續(xù)帶之后對此進行浸膠、干燥、獲得單取向纖維的連續(xù)預浸帶。同經(jīng)緯紡織布相比，單取向預浸帶避免了經(jīng)緯紗線的交織，纖維不會發(fā)生多次的折壓彎曲，因此不會降低纖維的原始力學性能；另外，經(jīng)緯交織處容易出現(xiàn)空隙，影響復合材料性能，而單取向預浸帶則是纖維平行排列，因此復合材料會在最大程度上繼承纖維的力學性能。在單取向預浸帶的制備工藝中，上膠工序是影響預浸帶纖維的最重要的工藝步驟，其主要作用是將基體樹脂均勻的分布到單取向纖維之間，基體樹脂作為粘結(jié)劑與單取向纖維構(gòu)成復合材料。膠粘劑的成分、含量以及上膠工藝是在預浸帶的制備過程中要考慮的重要問題。作為防彈材料，要求聚乙烯纖維增強復合材料具有一定的彈性變形能力，因此一般選擇彈性體膠粘劑作為基體樹脂?？刂坪线m的上膠量也是單取向預浸帶的制備過程中要考慮的重要問題，如果上膠量不足，纖維和纖維之間的粘結(jié)劑較少，甚至會互相接觸，界面性能較差，會嚴重影響預浸帶的力學性能；當上膠量過多時，預浸帶中纖維比例減少，由于預浸帶的力學性能繼承的是作為增強體的聚乙烯纖維的力學性能，因此當預浸帶中纖維比例減少后，預浸帶的力學性能也會相應的降低。另外，在上膠時，還要考慮上膠量的均勻， 即保證膠粘劑均勻的分布在纖維之間，防止出現(xiàn)預浸帶單面上膠的問題。目前，在制備單取向預浸帶的方法中，上膠輥多為表面光滑的不銹鋼輥，在上膠過程中，多根平行排列的纖維受到張力繃緊，上膠輥上的膠液會通過纖維的下層滲透進入上層，這種浸膠方式相對于從纖維上部涂膠得到的纖維，膠液涂覆均勻。然而，此種膠液涂覆方式得到的聚乙烯纖維預浸帶，在靠近上膠輥的那部分預浸料的膠液相對于預浸料另一面的膠液要少。聚乙烯纖維預浸帶的膠液分布不均勻會給后續(xù)做出性能均一穩(wěn)定的聚乙烯纖維增強復合材料帶來很大的影響。
中國專利文獻CN101525848公開了一種聚乙烯纖維單取向預浸帶的生產(chǎn)線，包括一種聚乙烯纖維單取向預浸帶的生產(chǎn)線，依次包括用于支撐紗錠的紗架；靜電生成裝置， 所述靜電生成裝置包括與纖維摩擦使纖維帶上靜電的摩擦體；靜電小消除裝置，所述上膠裝置包括上膠槽、安裝在上膠槽上的上膠輥，所述上膠輥外表面具有若干條凹槽。上述專利中的上膠輥表面具有凹槽，凹槽里面會儲存一定量的膠粘劑，這樣可以使預浸帶的兩面同時達到上膠的目的。但是在該上膠輥的表面，不設置凹槽的部分即光滑面與預浸帶完全貼合接觸，該部分是上膠的盲點，因此上述專利公開的上膠輥容易導致預浸帶上膠量不均勻， 從而最終影響預浸帶的性能均勻性。因此，需要一種能夠在連續(xù)制備聚乙烯纖維單取向預浸帶的過程中對預浸帶進行均勻上膠的制備聚乙烯纖維單取向預浸帶的生產(chǎn)線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，提供一種能夠在連續(xù)制備聚乙烯纖維單取向預浸帶的過程中對預浸帶進行均勻上膠的制備聚乙烯纖維單取向預浸帶的生產(chǎn)線。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種制備聚乙烯纖維單取向預浸帶的生產(chǎn)線， 依次包括用于支撐紗錠的紗架；靜電生成裝置，所述靜電生成裝置包括與纖維摩擦使纖維帶上靜電的摩擦體；靜電消除裝置；上膠裝置，所述上膠裝置包括上膠槽，在所述上膠槽設置有旋轉(zhuǎn)軸和安裝在所述旋轉(zhuǎn)軸兩端的第一旋轉(zhuǎn)支架和第二旋轉(zhuǎn)支架，所述第一旋轉(zhuǎn)支架和第二旋轉(zhuǎn)支架由所述旋轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)，在所述第一旋轉(zhuǎn)支架和第二旋轉(zhuǎn)支架之間設有多個以所述旋轉(zhuǎn)軸為圓心呈圓周排列的可旋轉(zhuǎn)的上膠輥，所述上膠輥的表面具有凹槽；干燥裝置。優(yōu)選的，所述上膠輥的數(shù)量為10個 100個。優(yōu)選的，所述上膠輥的數(shù)量40個 60個。優(yōu)選的，所述上膠輥的寬度為1. 7m 1. 9m。優(yōu)選的，所述上膠輥的寬度為1. Sm。優(yōu)選的，所述摩擦體表面材質(zhì)為氧化鉻、氧化鎂或氧化鋁。優(yōu)選的，所述摩擦體為多邊棱形體或圓形體。
優(yōu)選的，所述上膠裝置包括刮膠刀。優(yōu)選的，所述刮膠刀的刮膠角度為15° 50°。優(yōu)選的，所述消除靜電裝置包括由碳纖維制成的摩擦刷。本發(fā)明提供一種制備聚乙烯纖維單取向預浸帶的生產(chǎn)線，適用于連續(xù)制備聚乙烯纖維單取向預浸帶。所述生產(chǎn)線中包括靜電生成裝置，聚乙烯纖維經(jīng)過高度絕緣的摩擦體摩擦后，靜電積累達2000 10000電子伏特，纖維帶上靜電后可以實現(xiàn)均勻鋪展。本發(fā)明的生產(chǎn)線中還包括帶有凹槽、以旋轉(zhuǎn)軸為中心、多個呈圓周排列的上膠輥。這樣，預浸帶可以依次與多個上膠輥接觸，從而可以克服與單個上膠輥的光面接觸時存在的盲點問題，從而可以保證對預浸帶進行均勻的上膠，提高預浸帶的性能。


圖1是本發(fā)明提供的制備聚乙烯纖維單取向預浸帶生產(chǎn)線一種實施方式的示意圖；圖2是圖1中靜電消除裝置示意圖；圖3是圖1中上膠裝置示意圖；圖4是圖3中的上膠裝置中的刮膠刀工作示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種聚乙烯纖維單取向預浸帶的生產(chǎn)線，以下以實施例說明本發(fā)明提供的聚乙烯纖維單取向預浸帶生產(chǎn)線具體實施方式
。參見圖1至圖4，圖1為本發(fā)明提供的聚乙烯纖維單取向預浸帶生產(chǎn)線一種實施方式的示意圖，依次包括支撐聚乙烯纖維紗錠的紗架101，紗架101通過支撐若干個紗錠可以實現(xiàn)連續(xù)供絲，紗架上還有控制紗線張力的機械式阻尼器(未畫出)，機械式阻尼器也可以由電子式阻尼器代替。紗架上的紗錠經(jīng)過集束架102，使各束纖維取向大致相同。集束架102后面為靜電生成裝置103，所述靜電生成裝置103包括2根多邊棱形的摩擦輥，摩擦輥表面材質(zhì)為氧化鉻。根據(jù)聚乙烯電性能可知，聚乙烯纖維是一種絕緣體，當其與絕緣性質(zhì)的氧化鉻摩擦時極易帶上負電，這種累積的靜電達2000 10000電子伏特，纖維帶上高壓靜電后，纖維之間互相排斥，可以均勻鋪展，易于均勻上膠。另外，摩擦輥表面材質(zhì)也可以為其他高度絕緣的材料如氧化鋁、氧化鎂等。摩擦輥為多邊的棱形體，在棱尖處，聚乙烯纖維與摩擦體接觸面小， 正壓力大，在張力不大的情況下易于產(chǎn)生高壓靜電。靜電生成裝置103之后為靜電消除裝置104，由于膠粘劑采用是低沸點易揮發(fā)的有機溶劑混合物，高壓靜電不安全，在纖維均勻鋪展后，在涂膠前，需要消除纖維上的高壓靜電。在本實施例中，靜電消除裝置包括由碳纖維制成的摩擦刷104a(見圖2、，由于碳纖維是優(yōu)良的導電體，并且具有很高的模量，因此不容易變形，可以和聚乙烯纖維保持充分的接觸，帶走靜電，并且使用碳纖維作為摩擦刷，不易對纖維造成損傷，本發(fā)明所述靜電消除裝置不局限于碳纖維摩擦刷，也可以采用其它靜電消除器。靜電消除裝置104之后為上膠裝置105。請同時參見圖3，為本發(fā)明提供的上膠裝置，所述上膠裝置包括上膠槽10 和安裝在所述上膠槽10 上的旋轉(zhuǎn)軸201a，旋轉(zhuǎn)軸201a的兩端分別安裝有第一旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)支架 201b和第二旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)支架201c，在本實施方式中，第一旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)支架和第二旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)支架均為一個可以繞所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的圓板。在第一旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)支架201b和第二旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)支架 201c之間安裝有多個可旋轉(zhuǎn)的上膠輥105b，上膠輥的數(shù)量為10個 100個，優(yōu)選為10個 40個，所述多個上膠輥以所述旋轉(zhuǎn)軸為圓心成圓周均勻的排列，即相鄰兩個上膠輥之間的距離相等。在本實施方式中，安裝有36個半徑為17. 4mm的上膠輥，所述36個上膠輥的圓心都在一個半徑為275mm的圓的圓周上；每個上膠輥外表面具有36條均勻分布的、平行于上膠輥母線的儲膠槽105c (見圖4)，儲膠槽橫截面為半徑是Imm的半圓形狀。對于上膠輥的長度優(yōu)選為1. 7mm 1. 9m，本實施方式中，上膠輥的長度為1. Sm。對于上膠輥的半徑，優(yōu)選
5為IOmm 20mm,更優(yōu)選為14mm 19mm。由于本發(fā)明中的包括多個成圓周排列的可旋轉(zhuǎn)上膠輥，每個可旋轉(zhuǎn)的上膠輥可以攜帶大量的膠粘劑，這樣，預浸帶可以依次與多個上膠輥接觸，從而可以克服與單個上膠輥的光面接觸時存在的盲點問題，從而可以保證對預浸帶進行均勻的上膠，提高預浸帶的性能均勻性。另外，纖維在張力的作用下繃緊經(jīng)過上膠輥時，膠粘劑主要附著在預浸帶的外表面，由于儲膠槽的作用，一部分膠粘劑儲存在凹槽里面，可以保障預浸帶與上膠輥接觸的內(nèi)表面也附著上適量的膠粘劑，達到使預浸帶的內(nèi)表面和外表面同時上膠的目的。上膠裝置還包括驅(qū)動上膠輥旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置(未畫出)，當上膠輥被驅(qū)動裝置驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，上膠槽內(nèi)的膠粘劑在上膠輥的帶動下著附在纖維上。本文所述預浸帶的內(nèi)表面是指預浸帶經(jīng)過上膠輥時，與上膠輥相接觸的一面為內(nèi)表面，內(nèi)表面的背面為預浸帶的外表面，本文所述的預浸帶的內(nèi)表面和外表面只在上膠工序中提到。為了保證膠粘劑的均勻分配，本實施例的上膠裝置105上進一步提供刮膠刀 105d,所述刮膠刀可以為厚度是0. 1 0. 5mm的不銹鋼片，本實施例中刮膠刀是厚度為 0.4mm的不銹鋼片，刮膠角度在15° 50°的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。本文所述刮膠角度按如下方式定義，如圖4所示，當刮膠刀工作時，走膠方向與預浸帶送給方向(箭頭所示方向)相反，走膠方向到刮膠刀的角度10 即為刮膠角度。當刮膠角度10 小于15°時，刮膠效果不理想；當刮膠角度大于50°時，由于刮膠刀對纖維存在一定的壓力，因此刮膠角度太大容易損傷纖維，更優(yōu)選的，刮膠角度為25° 40°。將纖維上膠后，需要去除膠粘劑中的溶劑并使膠粘劑快速固化，使預浸帶定型，因此，在上膠裝置105之后，本實施例提供用于干燥預浸帶的熱甬道106，在合適的溫度下，對預浸帶進行干燥，使之定型。預浸帶經(jīng)干燥定型后，冷卻，采用收布裝置107進行收布。按照本發(fā)明，上膠裝置中使用的膠粘劑可以選用聚苯乙烯三嵌段共聚體(SIS，苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯)，如KARTON D-1107、KARTON D-1161，或氫化聚苯乙烯三嵌段共聚體(SraS，苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)，如KARTON G-1650、KARTON D-1651。膠粘劑形式采用溶劑型膠粘劑，可以選用的溶劑有溶劑汽油、工業(yè)酒精、甲苯、丙酮、環(huán)己烷，優(yōu)選的，本發(fā)明選用120號溶劑油(2，3_ 丁二酮)作為溶劑。膠粘劑與溶劑的重量比為2% 35% 98% 65%。另外，在纖維通過上膠輥進行上膠時，對纖維施加0. lcN/dtex 0. 5N/dtex的牽引力，當牽引力過大時，容易在纖維內(nèi)形成內(nèi)應力，這種內(nèi)應力不利于預浸帶的性能；當牽引力過小時，不利于膠粘劑的均勻分配。上膠輥表面的溝槽的形狀可以為三角形、弧形或其它已知形狀，上膠輥的外表面有溝槽的面積占上膠輥外表面面積的 60%。對于膠粘劑溶液的液面高度本發(fā)明并無具體限制，優(yōu)選的，膠粘劑液面浸沒1/5 1/2數(shù)量的上膠輥，上膠量可以根據(jù)耗膠量隨時添加膠粘劑溶液。按照本發(fā)明，所用聚乙烯纖維強度大于35g/d，纖度為2 2. 5d，在制備聚乙烯纖維增強復合布時，熱壓溫度為40°C 110°C，成型壓力可以為8MPa 20MPa，保壓時間為 5 15分鐘，制成的單層復合布面密度為25 47g/m2。以下以具體實施例說明本發(fā)明的效果，但本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制
實施例1將具有支數(shù)為600根、強度為35g/d、纖度為2. 5d的一組聚乙烯纖維紗錠放置在紗架101上，絲頭通過集束架102后，纖維大致排列成預浸帶的形狀。經(jīng)過集束架后，纖維再經(jīng)過靜電生成裝置103，與摩擦輥進行摩擦產(chǎn)生高壓靜電，纖維帶上靜電后均勻鋪展。鋪展后的纖維再與靜電消除裝置上的摩擦刷接觸，將靜電釋放，以防止引起危險。消除靜電后的纖維在上膠裝置105內(nèi)通過上膠輥上膠，本實施例將KRATON G-1650按照重量比17%溶于溶劑(120號溶劑油，添加抗氧劑)中作為膠粘結(jié)溶液放到上膠槽內(nèi)浸沒12個上膠輥，當上膠輥轉(zhuǎn)動時便可將膠粘劑帶到上膠輥上為纖維上膠。調(diào)整刮膠刀使刮膠角度10 為30°。 由于上膠輥外表面具有相互平行的儲膠槽，在張力作用下，可以使預浸帶雙面進行上膠，連續(xù)制備預浸帶時，平行分布的儲膠槽也可以使上膠工藝穩(wěn)定。當纖維通過上膠輥進行上膠時，對纖維施加0. 2cN/dtex的張力。在刮膠刀的作用下，可以去除多余的膠粘劑并使膠粘劑均勻分布在纖維之間。上膠后的纖維經(jīng)過熱甬道在58°C的溫度下干燥定型，然后自然冷卻，最后采用卷繞裝置收卷得到聚乙烯纖維增強預浸帶卷。將上述所得的四層聚乙烯纖維單取向預浸帶按照纖維排列方向為 0° /90/0° /90°的方式疊在一起，放在熱壓模具內(nèi)定型，為保護產(chǎn)品與外界摩擦而損傷， 四層布的兩側(cè)復合有PE保護膜，熱壓溫度為90°C，成型壓力為8MPa，恒溫保壓15分鐘，制成面密度為238g/m2的聚乙烯纖維增強復合布。將上述15層聚乙烯纖維增強復合布疊加制造防彈件，然后用9mmFMJ型槍彈(8g) 在不同位置的進行射擊，表1為本實施例制備的防彈件測試結(jié)果表1防彈件測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種制備聚乙烯纖維單取向預浸帶的生產(chǎn)線，依次包括 用于支撐紗錠的紗架；靜電生成裝置，所述靜電生成裝置包括與纖維摩擦使纖維帶上靜電的摩擦體； 靜電消除裝置；上膠裝置，所述上膠裝置包括上膠槽，在所述上膠槽設置有旋轉(zhuǎn)軸和安裝在所述旋轉(zhuǎn)軸兩端的第一旋轉(zhuǎn)支架和第二旋轉(zhuǎn)支架，所述第一旋轉(zhuǎn)支架和第二旋轉(zhuǎn)支架由所述旋轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)，在所述第一旋轉(zhuǎn)支架和第二旋轉(zhuǎn)支架之間設有多個以所述旋轉(zhuǎn)軸為圓心呈圓周排列的可旋轉(zhuǎn)的上膠輥，所述上膠輥的表面具有凹槽；干燥裝直O(jiān)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)線，其特征在于，所述上膠輥的數(shù)量為10個 100個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)線，其特征在于，所述上膠輥的數(shù)量30個 50個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)線，其特征在于，所述上膠輥的寬度為1.7m 1.9m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生產(chǎn)線，其特征在于，所述上膠輥的寬度為1.8m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的生產(chǎn)線，其特征子在于，摩擦體表面材質(zhì)為氧化鉻、氧化鎂或氧化鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)線，其特征在于所述摩擦體為多邊棱形體或圓形體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的生產(chǎn)線，其特征在于所述上膠裝置包括刮膠刀。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生產(chǎn)線，其特征在于所述刮膠刀的刮膠角度為15° 50°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的生產(chǎn)線，其特征在于所述消除靜電裝置包括由碳纖維制成的摩擦刷。
全文摘要
本發(fā)明公開一種制備聚乙烯纖維單取向預浸帶的生產(chǎn)線，依次包括紗架；靜電生成裝置，所述靜電生成裝置包括摩擦體；靜電消除裝置；上膠裝置，所述上膠裝置包括上膠槽，在所述上膠槽設置有旋轉(zhuǎn)軸、第一旋轉(zhuǎn)支架和第二旋轉(zhuǎn)支架，所述第一旋轉(zhuǎn)支架和第二旋轉(zhuǎn)支架由所述旋轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)，在所述第一旋轉(zhuǎn)支架和第二旋轉(zhuǎn)支架之間設有多個以所述旋轉(zhuǎn)軸為圓心呈圓周排列的上膠輥，所述上膠輥的表面具有凹槽；干燥裝置。本發(fā)明提供表面帶有凹槽、以旋轉(zhuǎn)軸為中心、多個呈圓周排列的上膠輥。這樣，預浸帶可以依次與多個上膠輥接觸，從而可以克服與單個上膠輥的光面接觸時存在的盲點問題，從而可以保證對預浸帶進行均勻的上膠，提高預浸帶的性能。
文檔編號D06B15/00GK102433767SQ20101050517
公開日2012年5月2日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者周奇迪, 趙羅杰, 陳永銀, 陳鋼, 黃金幫 申請人:寧波榮溢化纖科技有限公司