一種超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備，其通過(guò)超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模具中設(shè)置的超高分子量聚乙烯纖維纖維表面敷塑熔體流道將聚乙烯涂覆到預(yù)拉伸的纖維表面，獲得性能優(yōu)良的超高分子量聚乙烯纖維。
【專利說(shuō)明】一種超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及纖維生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是超高分子量纖維生產(chǎn)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]超高分子量聚乙烯纖維(英文全稱:Ultra High Molecular WeightPolyethylene Fiber,簡(jiǎn)稱UHMWPE)，又稱高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，是目前世界上比強(qiáng)度和比模量最高的纖維。上世紀(jì)七十年代后期，以粉末狀超高分子量聚乙烯為原料，采用全新的凍膠紡絲及超拉伸技術(shù)，制得了超高分子量的聚乙烯纖維，使化學(xué)纖維和化學(xué)纖維工業(yè)開始了新的飛躍。超高分子量聚乙烯纖維具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能，成為繼碳纖維和芳綸之后出現(xiàn)的第三代高性能纖維。就強(qiáng)度而言，目前超高分子量聚乙烯纖維繩索可以吊起來(lái)的最大重量是同樣直徑鋼絲繩吊起最大重量的八倍，是目前已經(jīng)工業(yè)化的纖維中強(qiáng)度最高的纖維。此外，超高分子量聚乙烯纖維的密度小于碳纖維和芳綸，具有優(yōu)異的耐化學(xué)性和耐氣候性，高能量吸收性，低導(dǎo)電性，防水性等特點(diǎn)。鑒于上述性能，該纖維成為繼碳纖維和芳綸之后又一種主要的高性能纖維。
[0003]但是，由于超高分子量聚乙烯纖維具有軸向高度取向(>95 %)和結(jié)晶度高(>99 %)的光滑表面，本身由簡(jiǎn)單的亞甲基組成，使得纖維表面不僅沒(méi)有任何反應(yīng)活性點(diǎn)，還不能與樹脂形成化學(xué)鍵合，使其表面能低且不易被樹脂潤(rùn)濕，同時(shí)又無(wú)粗糙的表面以供形成機(jī)械嚙合點(diǎn)，這樣就嚴(yán)重限制了該纖維在樹脂基復(fù)合材料中的應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型提供了一種超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備。其可以生產(chǎn)出一種能夠與聚乙烯材料緊密熔合，又能夠發(fā)揮UHMWPE纖維超強(qiáng)模量的復(fù)合纖維材料，以便提高UHMWPE纖維復(fù)合材料的承壓性能，使熱塑性塑料管道在高壓流體輸送領(lǐng)域得到應(yīng)用。
[0005]本實(shí)用新型中，添加了加工助劑的超高分子量聚乙烯混合料在塑化擠出的過(guò)程中，尤其當(dāng)熔融料在通過(guò)UHMWPE料坯成型模具的口模段時(shí)，受到瞬時(shí)高溫的加熱，使熔融料中的加工助劑析出到表面上，既有利于后續(xù)加工過(guò)程中的取向拉伸，又能夠增加纖維的純度，提高強(qiáng)度。由于在取向拉伸的過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生表面粗糙現(xiàn)象，通過(guò)UHMWPE料坯牽伸成型及表面敷塑模具中設(shè)置的UHMWPE纖維表面敷塑熔體流道將聚乙烯涂覆到預(yù)拉伸的纖維表面，這一層聚乙烯熔融料在紡絲拉伸過(guò)程中必須保持熔融狀態(tài)，一方面能夠填充超高分子量聚乙烯纖維取向拉伸時(shí)產(chǎn)生的表面粗糙部位，使纖維表面光滑，另一方面由于這層聚乙烯能夠與纖維形成緊密的粘接形成了一薄層熔合界面，便于纖維成品在加工過(guò)程中的使用。這一薄層聚乙烯在進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)，例如復(fù)合管生產(chǎn)時(shí)將起到了關(guān)鍵作用:能夠保護(hù)超高分子量聚乙烯纖維在復(fù)合管加工中避免發(fā)生高溫解取向。
[0006]本實(shí)用新型提供了一種超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備，其包括超高分子量聚乙烯纖維擠出成型主機(jī)總成(3)、超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具(I)、紡絲總成(5)，其特征在于，該生產(chǎn)設(shè)備還包括超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模具(2)和第二擠出機(jī)，其中第二擠出機(jī)將聚乙烯材料熔融擠出進(jìn)入到超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模具(2)的超高分子量聚乙烯纖維表面敷塑熔體流道中，涂覆在超高分子量聚乙烯纖維表面，形成具有一定厚度的聚乙烯涂層，也即其中第二擠出機(jī)與超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模具(2 )的超高分子量聚乙烯纖維表面敷塑熔體流道相聯(lián)通；所述的超高分子量聚乙烯纖維擠出成型主機(jī)總成(3)包括第一擠出機(jī)，用于將帶有加工助劑的超高分子量聚乙烯原料熔融擠出到所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具(I)中，所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具(I)包括超高分子量聚乙烯纖維料坯擠出成型模體(6)和超高分子量聚乙烯纖維料坯擠出成型模芯(7)，所述超高分子量聚乙烯纖維料坯擠出成型模芯(7)中的流道呈現(xiàn)圓錐形，圓錐形的流道能夠使熔融狀態(tài)的混合料在流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生取向分布，所述圓錐形的流道的圓錐角設(shè)計(jì)成25?40°。
[0007]優(yōu)選的，所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模具(2)包括超高分子量聚乙烯纖維料胚牽弓丨成型模芯(8 )和超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模體(9)。
[0008]優(yōu)選的，所述的超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備，還包括超高分子量聚乙烯纖維調(diào)質(zhì)總成(4)，且所述超高分子量聚乙烯纖維調(diào)質(zhì)總成(4)的料胚調(diào)質(zhì)長(zhǎng)度是可調(diào)節(jié)的。
[0009]優(yōu)選的，所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具(I)采用一體化結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選的，所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模具(2)采用一體化結(jié)構(gòu)。
[0011 ] 優(yōu)選的，在所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具(I)的口模部位設(shè)有加熱器。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]以下，將結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明，其中:
[0013]圖1顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的超高分子量纖維生產(chǎn)設(shè)備的示意圖；
[0014]圖2顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例的超高分子量纖維生產(chǎn)設(shè)備的示意圖；
[0015]圖3顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例的超高分子量纖維生產(chǎn)設(shè)備的示意圖；
[0016]圖4顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例的超高分子量纖維生產(chǎn)設(shè)備的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]以下將結(jié)合不同的具體例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，需要說(shuō)明的是，以下實(shí)施例僅作為示例說(shuō)明之用，本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉在本實(shí)用新型覆蓋的范圍下還可以有多少不同的實(shí)施方式，這些均落入本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。除非有特別的說(shuō)明，否則相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
[0018]實(shí)施例一
[0019]UHMWPE料坯成型模具I ;UHMWPE料坯牽伸成型及表面敷塑模具2 ；UNMWPE擠出成型主機(jī)總成3; UHMWPE料坯調(diào)質(zhì)總成4 ;紡絲總成5 ;UHMWPE料坯擠出成型模體6 ;UHMWPE料坯擠出成型模芯7 ；UHMWPE料胚牽引成型模芯8 ； UHMWPE料坯牽伸成型及表面敷塑模體9 ；UHMWPE料胚成型流道10 ；UHMWPE料胚牽拉錐形通道11 ；UHMWPE纖維表面敷塑熔體流道12 ;料胚調(diào)質(zhì)長(zhǎng)度13 ;第二擠出機(jī)14，第一擠出機(jī)15。
[0020]如圖1所示，根據(jù)本實(shí)用新型的超高分子量纖維生產(chǎn)設(shè)備包括UNMWPE擠出成型主機(jī)總成3、UHMWPE料坯成型模具UUHMWPE料坯調(diào)質(zhì)總成4、UHMWPE料坯牽伸成型及表面敷塑模具2、紡絲總成5以及第二擠出機(jī)14。
[0021]其中，UNMWPE擠出成型主機(jī)總成I包括第一擠出機(jī)15，該第一擠出機(jī)15可以采用雙螺桿擠出機(jī)或者柱塞擠出機(jī)。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的是，也可以采用其他類型的能夠?qū)崿F(xiàn)超高分子量聚乙烯材料熔融成型的擠出機(jī)。
[0022]UHMWPE料坯成型模具I包括UHMWPE料坯擠出成型模體6和UHMWPE料坯擠出成型模芯7。如圖1中所示，該實(shí)施例中的UHMWPE料坯擠出成型模體6呈長(zhǎng)方體形(當(dāng)然，也可以使用其他合適的形狀，例如圓柱形等)，可以將熔融塑化的超高分子量聚乙烯熔融料經(jīng)過(guò)分流，進(jìn)入內(nèi)置的一個(gè)或多個(gè)(數(shù)量根據(jù)工藝需要設(shè)計(jì))的UHMWPE料坯擠出成型模芯7中。根據(jù)需要，所述UHMWPE料坯擠出成型模芯7可以橫向和/或縱向進(jìn)行陣列式排列，以便提高生產(chǎn)效率。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的是，當(dāng)UHMWPE料坯擠出成型模芯7進(jìn)行陣列分布時(shí)，后續(xù)的設(shè)備也相應(yīng)的需要陣列分布。如圖1所示，UHMWPE料坯擠出成型模芯7是可以安裝到UHMWPE料坯擠出成型模體6中的纖維料坯成型模芯。該成型模芯的流道呈現(xiàn)圓錐形，圓錐形的流道能夠使熔融狀態(tài)的混合料在流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生取向分布，使UHMWPE分子沿流動(dòng)方向進(jìn)行分布，圓錐形的流道的圓錐角一般設(shè)計(jì)成25?40°，這樣有利于大分子沿流動(dòng)方向分布。UHMWPE料坯擠出成型模芯7在口模段具有圓柱形的流道。圓柱形的流道根據(jù)工藝需要可以設(shè)計(jì)成不同口徑不同長(zhǎng)度，一般長(zhǎng)度為5(Tl00mm，并在這口模成型段設(shè)置可將混合料快速加熱至高溫(瞬時(shí)高溫的表述似乎不符合通常的習(xí)慣)的加熱器，加熱溫度一般控制在30(T35(TC?；旌狭现械募庸ぶ鷦┰诟邷睾腿∠蚶斓淖饔孟挛龀龅嚼w維表面，更有利于纖維的取向拉伸。同時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)高功率加熱，可以避免塑料發(fā)生降解。
[0023]UHMWPE料坯調(diào)質(zhì)總成4是安裝在UHMWPE料坯成型模具I之后的溫度調(diào)節(jié)裝置。該裝置將對(duì)UHMWPE料坯進(jìn)行冷卻，類似于一個(gè)恒溫箱，通過(guò)冷空氣循環(huán)調(diào)節(jié)溫度，可用于在生產(chǎn)過(guò)程中調(diào)節(jié)擠出料坯的溫度。該裝置可以很簡(jiǎn)便的進(jìn)行拆裝，該裝置的長(zhǎng)度可調(diào)，便于料坯在不同的生產(chǎn)速度下通過(guò)調(diào)整料坯調(diào)質(zhì)長(zhǎng)度，從而獲得料坯進(jìn)入U(xiǎn)HMWPE料坯牽伸成型及表面敷塑模具2時(shí)所需的恰當(dāng)?shù)墓に噮?shù)。料坯調(diào)質(zhì)長(zhǎng)度13根據(jù)生產(chǎn)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，長(zhǎng)度通常為1-4米。UHMWPE料坯在UHMWPE料坯調(diào)質(zhì)總成4內(nèi)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的過(guò)程中還進(jìn)行預(yù)拉伸，使UHMWPE纖維發(fā)生預(yù)取向，進(jìn)而提高纖維的最終強(qiáng)度。預(yù)拉伸的程度根據(jù)最終產(chǎn)品的要求設(shè)定。調(diào)質(zhì)溫度一般控制在100-230°C，最終應(yīng)能夠保證纖維料坯在進(jìn)入U(xiǎn)HMWPE料坯牽伸成型及表面敷塑模具2時(shí)達(dá)到粘彈態(tài)，以便進(jìn)行后續(xù)的加工。
[0024]UHMWPE料坯牽伸成型及表面敷塑模具2包括UHMWPE料坯牽伸成型模芯8和UHMWPE料坯牽伸成型及表面敷塑模體9。其實(shí)現(xiàn)兩步功能:首先將經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)的UHMWPE料坯經(jīng)過(guò)UHMWPE料坯牽伸成型模芯8牽伸使UHMWPE料坯變成具有一定取向度的纖維，由于牽伸過(guò)程將料坯變細(xì)，料坯表面會(huì)變得粗糙，這時(shí)聚乙烯材料通過(guò)第二擠出機(jī)熔融擠出進(jìn)入U(xiǎn)HMWPE纖維表面敷塑熔體流道12，涂覆在UHMWPE纖維表面上，形成具有一定厚度的聚乙烯涂層。該流道12的口徑可根據(jù)工藝需要設(shè)計(jì)成相應(yīng)的口徑，從而得到設(shè)定纖維直徑和設(shè)定涂層厚度的纖維預(yù)拉伸料坯。
[0025]隨后，涂敷后的纖維預(yù)拉伸料坯進(jìn)入到紡絲總成5中，按照常規(guī)熔融紡絲工藝進(jìn)行進(jìn)一步的加工，從而成為具有易融合界面的UHMWPE纖維。由于紡絲總成5是領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的部件，其結(jié)構(gòu)及作用在此不再贅述。
[0026]與上述設(shè)備相對(duì)應(yīng)的工藝流程可簡(jiǎn)單概括為:將超高分子量聚乙烯粉料或粒料作為原料與適量的加工助劑混合均勻后送入U(xiǎn)NMWPE擠出成型主機(jī)總成3中的第一擠出機(jī)，依次經(jīng)過(guò)輸送、壓實(shí)和加熱后，由第一擠出機(jī)擠出。從第一擠出機(jī)高壓擠出的熔點(diǎn)狀態(tài)的混合料進(jìn)入U(xiǎn)HMWPE料坯成型模具2，在料坯成型模具的噴絲口形成超高分子量聚乙烯熔融纖維料坯。熔融的高分子量聚乙烯熔融纖維料坯進(jìn)入U(xiǎn)HMWPE料坯調(diào)質(zhì)總成4中，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)均化后，進(jìn)入呈錐形收縮的牽伸成型及表面敷塑模具2中，使纖維料坯取向拉伸，同時(shí)，通過(guò)第二擠出機(jī)將普通分子量聚乙烯原料塑化熔融，進(jìn)入牽伸成型及表面敷塑模具2，在牽伸成型及表面敷塑模具的口模處附著在超高分子量聚乙烯熔融料坯表面上。附著有低分子量聚乙烯材料的纖維料坯在紡絲總成5的牽拉下進(jìn)行取向拉伸，完成具有易熔合界面的超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)。
[0027]實(shí)施例二
[0028]如圖2所示，其顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的超高分子量纖維生產(chǎn)設(shè)備的第二實(shí)施例。為簡(jiǎn)明起見，與實(shí)施例一中相同的部件不再重復(fù)進(jìn)行說(shuō)明。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別在于:不再包括專門的UHMWPE料坯調(diào)質(zhì)總成，從UHMWPE料胚成型模具I中流出的料胚經(jīng)過(guò)室溫環(huán)境的冷卻后，即可以獲得適當(dāng)?shù)墓に嚄l件，進(jìn)入到料坯牽伸成型及表面敷塑模具2中。這是因?yàn)閷?duì)于某些材料而言，不采用料胚調(diào)質(zhì)總成，僅僅室溫的普通環(huán)境適當(dāng)調(diào)節(jié)料胚冷卻長(zhǎng)度就能夠滿足生產(chǎn)工藝要求。
[0029]實(shí)施例三
[0030]如圖3所示，其顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的超高分子量纖維生產(chǎn)設(shè)備的第三實(shí)施例。為簡(jiǎn)明起見，結(jié)構(gòu)及功能相同的部件不再重復(fù)進(jìn)行說(shuō)明。
[0031]在本實(shí)施例中，UHMWPE料胚成型模具采用一體化結(jié)構(gòu)，即UHMWPE料胚擠出成型模體和UHMWPE料胚擠出成型模芯合為一體。
[0032]實(shí)施例四
[0033]如圖4所示，其顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的超高分子量纖維生產(chǎn)設(shè)備的第四實(shí)施例。為簡(jiǎn)明起見，結(jié)構(gòu)及功能相同的部件不再重復(fù)進(jìn)行說(shuō)明。
[0034]在本實(shí)施例中，UHMPWE料胚牽引成型及表面敷塑模具采用一體化結(jié)構(gòu)，即UHMWPE料胚牽引成型模芯與UHMWPE料坯牽伸成型及表面敷塑模體合為一體。
[0035]此外，本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例均可以采用陣列的排列方式，實(shí)現(xiàn)多支纖維成型，這時(shí)將上述單列的成型工藝裝備進(jìn)行陣列設(shè)計(jì)，即可實(shí)現(xiàn)。仍然是本實(shí)用新型的內(nèi)容。
[0036]本領(lǐng)域人員已知的是，以上實(shí)施例以及附圖均只作為示例使用，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的具體限定，在本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的范圍下，還可以有多種不同的變形和改動(dòng)，均屬于本實(shí)用新型覆蓋的范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備，其包括超高分子量聚乙烯纖維擠出成型主機(jī)總成(3)、超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具(I)、紡絲總成(5)，其特征在于，該生產(chǎn)設(shè)備還包括超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模具(2)和第二擠出機(jī)，其中第二擠出機(jī)與超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模具(2)的超高分子量聚乙烯纖維表面敷塑熔體流道相聯(lián)通；所述的超高分子量聚乙烯纖維擠出成型主機(jī)總成(3)包括第一擠出機(jī)，用于將帶有加工助劑的超高分子量聚乙烯原料熔融擠出到所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具(I)中，所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具(I)包括超高分子量聚乙烯纖維料坯擠出成型模體(6)和超高分子量聚乙烯纖維料坯擠出成型模芯(7)，所述超高分子量聚乙烯纖維料坯擠出成型模芯(7)中的流道呈現(xiàn)圓錐形，圓錐形的流道能夠使熔融狀態(tài)的混合料在流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生取向分布，所述圓錐形的流道的圓錐角設(shè)計(jì)成25?40。。
2.如權(quán)利要求1所述的超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模具(2 )包括超高分子量聚乙烯纖維料胚牽弓I成型模芯(8 )和超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模體(9 )。
3.如權(quán)利要求2所述的超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于，還包括超高分子量聚乙烯纖維調(diào)質(zhì)總成(4)，且所述超高分子量聚乙烯纖維調(diào)質(zhì)總成(4)的料胚調(diào)質(zhì)長(zhǎng)度是可調(diào)節(jié)的。
4.如權(quán)利要求2所述的超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具(I)采用一體化結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求2所述的超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯牽伸成型及表面敷塑模具(2 )采用一體化結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求2-5之任一所述的超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于，在所述的超高分子量聚乙烯纖維料坯成型模具(I)的口模部位設(shè)有加熱器。
【文檔編號(hào)】D01D5/08GK203999939SQ201420285417
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】印振同, 胡宗義, 王天金, 宋建清, 付志合 申請(qǐng)人:山東陸宇塑膠工業(yè)有限公司