一种超高分子量聚乙烯纤维的热拉伸工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种热拉伸工艺，具体涉及一种超高分子量聚乙烯纤维的热拉伸工艺，包括多次热拉伸和一次热定型，其中热拉伸依次进行，随后再进行热定型；在每一次热拉伸中，超高分子量聚乙烯纤维先加热拉伸，后冷却定型；在热定型中，超高分子量聚乙烯纤维经干燥并定型拉伸后收卷。与现有技术相比，本解决现有技术中存在解取向速度快、非晶区迅速扩大、导致纤维强度降低的问题，实现了尽可能的保留取向和结晶结构，减少解取向的发生。减少解取向的发生。减少解取向的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种超高分子量聚乙烯纤维的热拉伸工艺


[0001]本专利技术涉及一种热拉伸工艺，具体涉及一种超高分子量聚乙烯纤维的热拉伸工艺。

技术介绍

[0002]超高分子量聚乙烯纤维只有进行超倍拉伸，才能使大分子取向，并促进应力诱导结晶，成品纤维的性能也就越好。所以，提高大分子取向和结晶度是保证成品性能的关键。
[0003]超倍拉伸一般在玻璃化温度以上进行，此时大分子的长链与链段可以同时获得取向。一方面，已经形成的结晶单元并不只是简单地顺着外力的作用方向，规则、整齐地排列，过程中往往会使原有晶片滑移、转动，甚至破坏，随后在新的平衡条件下，重新形成新的结晶结构，即，使原有折叠链结晶解体，改造成伸直链结晶，成为无定型区均匀分散在连续的伸直链结晶基质中的结构。随着拉伸倍数的增加和拉伸温度的提高，折叠链比例变少，伸直链变多，取向度提高。另一方面，晶片破坏后，分子链段数的增多和序态的改变，也使取向度提高，从而使结晶度提高，纤维的性能更好。
[0004]中国专利CN216688508U提及一种用于超高分子量聚乙烯纤维热拉伸的设备，其包括加热炉体以及若干换向辊，纤维在炉内呈Z型进行热拉伸，以延长拉伸长度，并且通过循环风管以及风机使炉体内热量分布更均匀，从而提高纤维热拉伸的均匀性。中国专利CN114045565A提及一种超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备，该设备包括拉伸箱体，拉伸箱体内设置有可实现多级拉伸的拉伸辊组和将拉伸辊组外周包覆的保温罩。该设备通过分区精准加热，实现多级牵伸，有效缩短了拉伸区间，提高了纤维拉伸的有效性与均匀性，进一步提升纤维的强度。中国专利CN114892346A提及一种对聚乙烯纤维进行加热牵伸的方法，进行拉伸时，采取多级牵伸方式。这也是目前国内所熟知的超倍拉伸方式，即几组拉伸热箱与牵伸辊轮组合形成。
[0005]以上不管哪种形式，重点都在控制加热过程的均匀性。由于出热箱后，纤维未来得及冷却定型，又连续承受热作用。此时取向和解取向同时存在，若分子链活动过于剧烈，拉伸应力将大部分松弛掉，解取向速度加快，非晶区迅速扩大，易造成纤维强度降低。
[0006]由此可见，现有技术中存在解取向速度快、非晶区迅速扩大、导致纤维强度降低的问题，需要提出一种新工艺以尽可能保留取向和结晶结构，减少解取向的发生。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种超高分子量聚乙烯纤维的热拉伸工艺，以解决现有技术中存在解取向速度快、非晶区迅速扩大、导致纤维强度降低的问题，实现了尽可能的保留取向和结晶结构，减少解取向的发生。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0009]一种超高分子量聚乙烯纤维的热拉伸工艺，包括多次热拉伸和一次热定型，其中热拉伸依次进行，随后再进行热定型；
[0010]在每一次热拉伸中，超高分子量聚乙烯纤维先加热拉伸，后冷却定型；
[0011]在热定型中，超高分子量聚乙烯纤维经干燥并定型拉伸后收卷。
[0012]优选地，所述的热拉伸重复进行3
‑
5次。
[0013]优选地，所述的热拉伸中加热拉伸与冷却定型之间通过第一辊组输送，超高分子量聚乙烯纤维通过第一辊组的时间至少为7s。通过第一辊组的输送使得加热后的纤维能够与室温的空气进行换热，以进行预冷，不致使冷却过程太剧烈。
[0014]优选地，所述的热拉伸中冷却定型与下一次加热拉伸之间通过第二辊组输送，超高分子量聚乙烯纤维通过第二辊组的时间至少为7s。
[0015]优选地，最后一次热拉伸的冷却定型与热定型的干燥之间通过第二辊组输送，超高分子量聚乙烯纤维通过第二辊组的时间至少为7s。
[0016]优选地，所述的第二辊组中的输送辊为夹套辊，夹套内通过加热介质，辊面温度为40
‑
80℃。第二辊组对冷却定型后的纤维进行预热，且在软化温度之下进行预热(通常350万
‑
500万分子量的超高分子量聚乙烯在国标0.45MPa下检测，维卡软化温度一般为80
‑
85℃，分子量越高相对来说热变形温度越低)，增加大分子链段的活动能力。
[0017]优选地，所述的冷却定型的温度为12
‑
20℃，超高分子量聚乙烯纤维通过的时间不少于6s。冷却温度的选择，既考虑了设备的冷却效率，又兼顾了与室温有一定的温差，停留时间是为了保证大分子冷却定型充分。在热拉伸过程中，纤维受温度和张力的影响，分子链段的活动能力提高，分子间结合得更加紧密，使纤维的晶粒平均尺寸、结晶度有所增大，但同时分子链活动过于剧烈。如果冷却定型不充分，纤维解取向加快，非晶区迅速扩大，不仅使强度降低，还易造成纤维因张紧而断裂。
[0018]优选地，所述的热定型中干燥的温度不超过140℃。
[0019]优选地，所述的热定型中定型拉伸的拉伸倍率为0.97
‑
1.03。
[0020]拉伸倍率由纤维产品的粗细，结晶结构，内应力等决定，可以是正拉伸，也可以是负拉伸，以热定型为主，主要是消除内应力。由于大分子发生了一定程度地松弛，提高了纤维的稳定性，改善了纤维的打结强度。
[0021]优选地，所述的超高分子量聚乙烯纤维的分子量为350万
‑
500万。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术比一般热拉伸增加了冷却浴槽的深度冷却及定型，以最大程度地保留大分子取向，固定结晶结构，从而降低解取向，提高纤维性能。由于消除了内应力，使大分子发生了一定程度地松弛，提高了打结强度，定型后的纤维打结强度提升7％以上，改善了后加工性能，并提升了性能的稳定性。
[0024]本专利技术制得的纤维，结晶速度平缓，晶型更规整，纤维性能更均匀。
附图说明
[0025]图1为热拉伸工艺的流程示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0027]本专利技术的热拉伸工艺如图1所示，通过3
‑
5级的热拉伸以及跟随于热拉伸之后的冷
却定型，以及最终的热定型构成。
[0028]在本专利技术中超高分子量聚乙烯纤维的性能测定和评价按照如下方法进行：
[0029](1)纤维热拉伸工艺的对比方法
[0030]经纺丝工艺制得的超高分子量聚乙烯干态半成品纤维3000D，断裂强度17.1CN/dtex，通过放卷装置以确定的速度主动放卷，以不同的实施例和对比例进行4.5倍的热拉伸，最终收卷得660D纤维。然后通过纤维性能的对比，来衡量不同热拉伸方法的差异。
[0031](2)纤维的纤度、断裂强度测试
[0032]纤维的纤度按《GB/T14343
‑
2008化学纤维长丝线密度试验方法》测得，纤维的断裂强度按《GB/T19975
‑
2005高强化纤长丝拉伸性能试验方法》测得。
[0033](3)断筒率、毛丝率测定
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量聚乙烯纤维的热拉伸工艺，其特征在于，包括多次热拉伸和一次热定型，其中热拉伸依次进行，随后再进行热定型；在每一次热拉伸中，超高分子量聚乙烯纤维先加热拉伸，后冷却定型；在热定型中，超高分子量聚乙烯纤维经干燥并定型拉伸后收卷。2.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纤维的热拉伸工艺，其特征在于，所述的热拉伸重复进行3
‑
5次。3.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纤维的热拉伸工艺，其特征在于，所述的热拉伸中加热拉伸与冷却定型之间通过第一辊组输送，超高分子量聚乙烯纤维通过第一辊组的时间至少为7s。4.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纤维的热拉伸工艺，其特征在于，所述的热拉伸中冷却定型与下一次加热拉伸之间通过第二辊组输送，超高分子量聚乙烯纤维通过第二辊组的时间至少为7s。5.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纤维的热拉伸工艺，其特征在于，最后一次热拉伸的冷却定型与热定型的干燥之间通过第二辊组输...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡霞，冯淇波，
申请(专利权)人：江苏领誉纤维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：