一种超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法与流程

本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法。

背景技术：

超高分子量聚乙烯纤维是上世纪七十年代末研制成功、并于八十年代初进行产业化的一种高强高模聚乙烯纤维。超高分子量聚乙烯纤维，又称高强度高模量聚乙烯纤维、高取向度聚乙烯纤维、高性能聚乙烯纤维，与碳纤维、芳纶纤维并称为三大高性能纤维。由于超高分子量聚乙烯纤维具有超轻、高比强度、高比模量、优越的能量吸收性、较好的耐磨、耐腐蚀、耐光等多重优异性能，已经在航空航天、国防军事、安全防护、海洋工程、体育器材、电力通讯、医用材料以及民用绳网等领域得到了广泛的应用。超高分子量聚乙烯纤维是现在比强度最高的商业化高性能纤维。

超高分子量聚乙烯纤维通常是通过冻胶纺丝工艺制备而成的，冻胶纺丝工艺是先将超高分子量聚乙烯与合适的溶剂制成纺丝溶液，然后经过挤出成型后生成冻胶丝，再将冻胶丝内的溶剂萃取干燥，最后经过热拉伸得到超高分子量聚乙烯纤维。因此，冻胶纺丝的热拉伸工艺作为整个冻胶纺丝工艺的最后一道工序，其拉伸工艺的方案直接影响到最终产品质量的好坏，而如何通过改进拉伸工艺来提高产品的质量，已成为当前超高分子量聚乙烯纤维生产企业的一个新的研发方向。如专利cn201857456u公开了一种超高分子量聚乙烯纤维多丝束条桶大卷装的装置，包括喷丝板、水槽、固定导辊、落丝辊、收丝桶，收丝桶为方形桶，喷丝板喷出的多条丝束同时落入所述收丝桶中；收丝桶放在铺丝机上，铺丝机设有移动电机，收丝桶的上方设有摆杆，摆杆设有摆动电机。在摆杆和铺丝机的共同作用下，实现收丝桶相对于初生纤维纵向和横向两种运动，且多条丝束同时落桶，产量高、丝桶内部空间能充分利用、并能杜绝加捻。又如专利cn104562254a公开了一种可移动式高性能纤维纺丝机构，其包括纺丝机构、水槽、落桶机构和平移机构，通过与同步辐射装置配合使用，及时准确地检测出高强主模聚乙烯纤维丝束在纺丝冷却情况下的分子变化情况，为高性能纤维生产的纺丝工艺设计提供有力的技术支撑，缩短调试周期，保证纤维的产品质量。

但现有超高分子量聚乙烯的冻胶丝在拉伸过程中，普遍存在以下问题：a、拉伸200d以下的细旦冻胶丝容易绕辊，导致冻胶丝断裂或者因处理绕辊而产生张力不匀的问题；b、冻胶丝易产生倒塌的问题；c、冻胶丝因收缩不匀，造成最终拉伸的纤维纤度不均匀；d、现有冻胶丝拉伸在后道集束时的张角大，人力操作强度大，看丝处理不方便。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法，将喷丝板喷出的冻胶丝条经凝固浴凝固后，通过牵伸辊组件进行牵伸，以延长冻胶丝中高分子的回缠时间；同时将冻胶丝于牵伸辊组件上的不同牵伸辊处，均匀分散为至少两组进行落丝；最后分别落入收丝桶，得冻胶原丝。

进一步地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法中，所述牵伸辊组件由五根牵伸辊或者七根牵伸辊组成。

进一步优选地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法中，所述牵伸辊的直径为20～30mm。

进一步地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法中，所述牵伸辊组件离地面的距离不小于2.5m。

进一步地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法中，所述冻胶丝经牵伸辊组件进行落丝时，分为两组，第一组冻胶丝由第三根牵伸辊(牵伸辊为五根时)或第五根牵伸辊(牵伸辊为七根时)落丝，为第1、3、5、7、…奇数冻胶丝；第二组冻胶丝由第五根牵伸辊(牵伸辊为五根时)或第七根牵伸辊(牵伸辊为七根时)落丝，为第2、4、6、8、…偶数冻胶丝。

进一步地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法中，所述收丝桶为矩形大桶，高度不超过1m。

进一步地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法中，所述收丝桶内距离底部10cm处设有隔板，所述隔板上均布有圆形小孔，孔径为6～12mm。

进一步地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法中，所述冻胶丝落入收丝桶时，按旦数不同，分为1～2组/桶，每组2根或者4根冻胶丝(可以是2桶落丝，也或者4桶落丝)。

进一步地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法中，均匀分散后的每组冻胶丝，通过所述收丝桶上方设置的摆丝杆，同时做横向和纵向两种运动落入收丝桶内。

进一步地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法中，于所述不同牵伸辊处分别进行落丝的冻胶丝，其喷头拉伸的倍数基本一致。

本发明的第二个方面是提供一种超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置，包括喷丝板、凝固槽、牵伸辊组件、位于所述牵伸辊组件下方的至少两个摆丝杆、以及位于所述摆丝杆下方的至少两个收丝桶。

进一步地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置中，所述牵伸辊组件由五根牵伸辊或者七根牵伸辊组成。

进一步地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置中，所述摆丝杆为两个，且分别安装于所述牵伸辊组件下方位置。

进一步优选地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置中，所述牵伸辊的直径为20～30mm。

进一步地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置中，所述牵伸辊组件离地面的距离不小于2.5m。

进一步地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置中，所述收丝桶为矩形大桶，高度不超过1m。

进一步优选地，在所述超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置中，所述收丝桶内距离底部10cm处设有隔板，所述隔板上均布有圆形小孔，孔径为6～12mm。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

(1)本发明落丝方法降低了成品纤度分布的离散度，未采用此方法之前，以400d为例，现有成品纤度在名义纤度±5％区间的占成品总数的70％左右，采用本发明方法可提高至85％以上；且纤维的单卷不匀率也有较大改善，由之前的5％降低至3％；

(2)其次，采用本发明落丝方法生产200d及以下规格纤维时，纺丝段绕辊大幅度减少，故工艺稳定性提高，且冻胶丝收缩均匀，成品合格率明显提高；

(3)本发明落丝方法选择多根冻胶丝落入一个收丝桶，提高了收丝桶的周转率，降低了设备投入，同时也节省空间；

(4)本发明冻胶丝的落丝生产方式，与现有技术相比，每条生产线至少可节省2人，起到了降低成本的作用。

附图说明

图1为本发明超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置的整体结构示意图；

图2为本发明超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置中牵伸辊组件的俯视结构图；

图3为本发明超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法中的一种落丝形态示意图；

图4为本发明实施例1超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝形态示意图；

图5为本发明实施例2超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝形态示意图；

其中，1-喷丝板，2-凝固槽，3-冻胶丝条，4-牵伸辊组件，5-第一组冻胶丝，6-第二组冻胶丝，7-摆丝杆，8-收丝桶，9-隔板，10-牵伸辊。

具体实施方式

本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法，其主要技术方案为：将喷丝板喷出的冻胶丝条经凝固浴凝固后，通过牵伸辊组件进行牵伸，以延长冻胶丝的回缠时间；同时将冻胶丝于牵伸辊组件上的不同牵伸辊处，均匀分散为至少两组进行落丝；最后分别落入收丝桶，得冻胶原丝。

作为本发明超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法的一个优选技术方案，牵伸辊组件由五根牵伸辊或者七根牵伸辊组成，既可以阻止打滑，确保牵伸倍数的精准，又延长了冻胶丝中高分子的回缠时间，使初生冻胶丝的结构更均匀。牵伸辊的直径不易太大或太小，太小容易绕辊，太大不够节省空间，优选地，牵伸辊直径为20～30mm；同时为了保证细旦冻胶丝有足够的自重，维持悬垂状态，从而有效降低绕辊，牵伸辊组件离地面的距离不小于2.5m。

作为本发明超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法的一个优选技术方案，如图1和2所示，冻胶丝经牵伸辊组落丝时，分为两组，第一组冻胶丝由第三根牵伸辊(牵伸辊为五根时)或第五根牵伸辊(牵伸辊为七根时)落丝，为第1、3、5、7、…、15根冻胶丝，第二组冻胶丝由第五根牵伸辊(牵伸辊为五根时)或第七根牵伸辊(牵伸辊为七根时)落丝，为第2、4、6、8、…、16根冻胶丝，这样有效拉开了冻胶丝之间的间距，缓解了冻胶丝的倒塌现象。

作为本发明超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法的一个优选技术方案，收丝桶为矩形大桶，高度不超过1m，以防万一冻胶丝粘并或打结时，太高不利于操作；以及在收丝桶内距离底部设有隔板，为让冻胶丝与溶剂油可以有效相分离，溶剂油进入隔板下方，隔板位于收丝桶内距离底部10cm处；且在隔板上均布有圆形小孔，孔径设为6～12mm，避免因孔太小造成相分离慢，或孔太大造成冻胶丝易陷落在孔内而刮伤。

作为本发明超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法的一个优选技术方案，冻胶丝落入收丝桶时，按旦数不同，分为1～2组/桶，每组2根或者4根冻胶丝，形成2桶落丝或者4桶落丝。如，总共是16根冻胶丝，如果4根落入一桶(可以是1组4根如图5，或者2组2根如图4)，那么需要4桶；同理，如果是8根落入一桶，只需要2桶。在冻胶丝集束时，如果采用每桶1根丝，则需要好多桶，需来回跑，加大了工作强度；而本发明所采用的上述2桶落丝或者4桶落丝的方式，需要的落丝桶少，冻胶丝集中，所以不管是照看还是处理，都比较方便。

作为本发明超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝方法的一个优选技术方案，均匀分散后的每组冻胶原丝，通过收丝桶上方设置的摆丝杆，同时做横向和纵向两种运动落入收丝桶内。即收丝桶可相对摆丝杆上的冻胶丝同时可现横向和纵向两种运动。冻胶丝的落丝形态如图3所示，每桶可以是2根一组，分2组；也可以是4根一组，分1组。一般而言，粗旦规格纤维因为单卷重而冻胶多，落丝较高，收缩后较易倒塌，所以希望铺丝面大而选择4根一组落丝。而细旦规格的纤维，主要是为了保证分丝清楚和冻胶收缩一致，采取2根一组的落丝方式。

此外，在确定落丝方式之前，首先要保证不同牵伸辊处分别进行落丝的冻胶丝，其喷头拉伸的倍数基本一致，不管是经三辊落丝还是经五辊落丝。各分组冻胶丝的喷头拉伸比的试验方法如下：1.对比测量冻胶丝的纤度(试验样品为：同一批三辊落丝收得的冻胶丝和五辊落丝收得的冻胶丝)；2.对比测量成品的纤度(试验样品为：同一批三辊落丝牵伸后收得的成品和五辊落丝牵伸后收得的成品)。试验结论：不管是冻胶丝的纤度还是成品的纤度，一致性都较好，故不管是经三辊落丝还是经五辊落丝，对冻胶丝的喷头拉伸倍数都基本一致。

如图1所示，本发明还提供了一种适用于上述落丝方法的超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置中，包括喷丝板1、凝固槽2、牵伸辊组件4、位于牵伸辊组件4下方的至少两个摆丝杆7、以及位于摆丝杆7下方的至少两个收丝桶8。

在该超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置中，牵伸辊组件4由五根牵伸辊10或者七根牵伸辊10组成；摆丝杆7为两个，且分别安装于牵伸辊组件4下方位置；牵伸辊10的直径d为20～30mm，优选为24～26mm；以及牵伸辊组件4的最高点距离地面的距离h1不小于2.5m，优选为3-3.5m。

在该超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置中，收丝桶8为矩形大桶，高度h2不超过1m。收丝桶内距离底部间距d3约10cm处设有隔板9，隔板9上均布有圆形小孔，孔径为6～12mm。

该超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝的落丝装置的工作原理为：

如图1、超高分子量聚乙烯溶液经喷丝板1吐出的冻胶丝条3，在凝固槽2内凝固后，经过牵伸辊组件4牵伸为冻胶丝，牵伸辊组件4可延长冻胶丝的回缠时间；同时将冻胶丝于牵伸辊组件上的第三根牵伸辊和第五根牵伸辊处，均匀分散为至少两组进行落丝，具体为：第一组落丝5由第三根牵伸辊落丝，为第1、3、5、7、…15根冻胶丝；第二组冻胶丝6由第五根牵伸辊落丝，为第2、4、6、8、…16根冻胶丝，这样有效拉开了冻胶丝之间的间距，落丝形态如图2所示，解决了冻胶丝的倒塌现象；最后通过摆丝杆7的作来回往复运动将冻胶丝分别落入相应的收丝桶8内，得冻胶原丝。

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例1

超高分子量聚乙烯树脂与溶剂白油、适量助剂充分混合，通过高速剪切共混，并经由双螺杆溶解，挤出成型后过凝固槽内的凝固浴凝固，再经一组五辊牵伸，制得200d冻胶原丝。其中，第1，3，5，7，9，11，13，15根从三辊后落丝，分别落入两个盛丝桶，第1，3，5，7入一个盛丝桶，第9，11，13，15入另一个盛丝桶，两桶并排。每桶的四根冻胶丝分为两根一组交织在一起，共两组，重叠往复。而第2，4，6，8，10，12，14，16根从五辊后落丝，也分两桶并排，方式同前，如图4所示。

实施例2

超高分子量聚乙烯树脂与溶剂白油、适量助剂充分混合，通过高速剪切共混，并经由双螺杆溶解，挤出成型后过凝固槽内的凝固浴凝固，再经一组五辊牵伸，制得400d冻胶原丝。其中，第1，3，5，7，9，11，13，15根从三辊后落丝，分别落入两个盛丝桶，第1，3，5，7入一个盛丝桶，第9，11，13，15入另一个盛丝桶，两桶并排。但每桶四根冻胶丝交织在一起，重叠往复。而第2，4，6，8，10，12，14，16根从五辊后落丝，也分两桶并排，方式同前，如图5所示。

上述实施例1和2的落丝工艺中，400d与200d不同的是：4根冻胶丝分为一组，因为400d的冻胶丝较粗，成品卷重大，所以冻胶丝总的量比较大，4根一组落丝，整体底盘大，堆放高时不易倒塌。而且，因为互相交织的这种状态，冻胶丝不仅收缩均匀，而且集束段出丝顺利，不易粘连。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。