[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维生产设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维生产领域，特别是超高分子量纤维生产领域。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维(英文全称：Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber， 简称UHMWPE)，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维。上世纪七十年代后期，以粉末状超高分子量聚乙烯为原料，采用全新的冻胶纺丝及超拉伸技术，制得了超高分子量的聚乙烯纤维，使化学纤维和化学纤维工业开始了新的飞跃。超高分子量聚乙烯纤维具有优异的物理机械性能，成为继碳纤维和芳纶之后出现的第三代高性能纤维。就强度而言，目前超高分子量聚乙烯纤维绳索可以吊起来的最大重量是同样直径钢丝绳吊起最大重量的八倍，是目前已经工业化的纤维中强度最高的纤维。此外，超高分子量聚乙烯纤维的密度小于碳纤维和芳纶，具有优异的耐化学性和耐气候性，高能量吸收性，低导电性，防水性等特点。鉴于上述性能，该纤维成为继碳纤维和芳纶之后又一种主要的高性能纤维。

但是，由于超高分子量聚乙烯纤维具有轴向高度取向( >95 %) 和结晶度高( > 99 %) 的光滑表面，本身由简单的亚甲基组成，使得纤维表面不仅没有任何反应活性点，还不能与树脂形成化学键合，使其表面能低且不易被树脂润湿，同时又无粗糙的表面以供形成机械啮合点，这样就严重限制了该纤维在树脂基复合材料中的应用。

发明内容

本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维生产设备及方法。其可以生产出一种能够与聚乙烯材料紧密熔合，又能够发挥UHMWPE纤维超强模量的复合纤维材料，以便提高UHMWPE纤维复合材料的承压性能，使热塑性塑料管道在高压流体输送领域得到应用。

本发明中，添加了加工助剂的超高分子量聚乙烯混合料在塑化挤出的过程中，尤其当熔融料在通过UHMWPE料坯成型模具的口模段时，受到瞬时高温的加热，使熔融料中的加工助剂析出到表面上，既有利于后续加工过程中的取向拉伸，又能够增加纤维的纯度，提高强度。由于在取向拉伸的过程中必然会产生表面粗糙现象，通过UHMWPE料坯牵伸成型及表面敷塑模具中设置的UHMWPE纤维表面敷塑熔体流道将聚乙烯涂覆到预拉伸的纤维表面，这一层聚乙烯熔融料在纺丝拉伸过程中必须保持熔融状态，一方面能够填充超高分子量聚乙烯纤维取向拉伸时产生的表面粗糙部位，使纤维表面光滑，另一方面由于这层聚乙烯能够与纤维形成紧密的粘接形成了一薄层熔合界面，便于纤维成品在加工过程中的使用。这一薄层聚乙烯在进行后续生产，例如复合管生产时将起到了关键作用：能够保护超高分子量聚乙烯纤维在复合管加工中避免发生高温解取向。

本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维生产设备，其包括超高分子量聚乙烯纤维挤出成型主机总成、超高分子量聚乙烯纤维料坯成型模具、纺丝总成。

优选的，该生产设备还包括超高分子量聚乙烯纤维料坯牵伸成型及表面敷塑模具和第二挤出机，其中第二挤出机将聚乙烯材料熔融挤出进入到超高分子量聚乙烯纤维料坯牵伸成型及表面敷塑模具的超高分子量聚乙烯纤维表面敷塑熔体流道中，涂覆在超高分子量聚乙烯纤维表面，形成具有一定厚度的聚乙烯涂层；所述的超高分子量聚乙烯纤维挤出成型主机总成包括第一挤出机，用于将带有加工助剂的超高分子量聚乙烯原料熔融挤出到所述的超高分子量聚乙烯纤维料坯成型模具中。

本发明还提供了一种超高分子量聚乙烯纤维生产方法，其特征在于将超高分子量聚乙烯粉料或粒料作为原料与适量的加工助剂混合均匀后送入超高分子量聚乙烯纤维挤出成型主机总成中的第一挤出机，依次经过输送、压实和加热后，由第一挤出机挤出，从第一挤出机高压挤出的熔点状态的混合料进入超高分子量聚乙烯纤维料坯成型模具，在料坯成型模具的喷丝口形成超高分子量聚乙烯熔融纤维料坯，熔融的超高分子量聚乙烯熔融纤维料坯进入超高分子量聚乙烯纤维料坯调质总成中，经过调质均化后，进入呈锥形收缩的超高分子量聚乙烯熔融纤维牵伸成型及表面敷塑模具中，使纤维料坯取向拉伸，同时，通过第二挤出机将低分子量聚乙烯原料塑化熔融，进入超高分子量聚乙烯熔融纤维牵伸成型及表面敷塑模具，在牵伸成型及表面敷塑模具的口模处附着在超高分子量聚乙烯熔融料坯表面上，附着有低分子量聚乙烯材料的纤维料坯在纺丝总成5的牵拉下进行取向拉伸，完成具有易熔合界面的超高分子量聚乙烯纤维生产。

 

附图说明

以下，将结合说明书附图对本发明做进一步的说明，其中：

图1显示了根据本发明的第一实施例的超高分子量纤维生产设备的示意图；

图2显示了根据本发明的另一实施例的超高分子量纤维生产设备的示意图；