專利名稱：聚乙烯纖維束的加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚乙烯纖維的生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其涉及聚乙烯纖維束的加熱方法 以及利用此加熱方法制得的聚乙烯纖維束。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯(ultra high molecular weight polyethylene簡稱 U畫PE )纖維也稱高強(qiáng)高模聚乙烯(high strength high module polyethylene 簡稱HS麗PE)纖維或伸展鏈(elongation chain polyethylene簡稱ECPE ) 聚乙烯纖維或高性能聚乙烯(high performance polyethylene簡稱HPPE) 纖維或高模量聚乙烯(high module polyethylene簡稱HMPE)纖維， 一般是 指重均分子量在(l-6) x106的聚乙烯纖維，有時重均分子量還會高于此值， 這種纖維在本發(fā)明中簡稱為聚乙烯纖維。聚乙烯纖維是繼碳纖維和芳綸纖維 之后出現(xiàn)的又一種高性能纖維。
由于聚乙烯纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐磨、耐腐蝕和耐光等性能，因 此將其應(yīng)用于繩索、纜繩和漁網(wǎng)是極為適宜的，尤其適用于海洋工程，如超 級油輪、海洋操作平臺、燈塔的固定錨繩，解決了以往使用鋼纜繩遇到的銹 蝕和尼龍、聚氨酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強(qiáng)度降低和 斷裂，需經(jīng)常進(jìn)行更換的問題。在深海開采錳結(jié)核時，深度達(dá)到5000米以上， 聚乙烯纖維顯示出更優(yōu)異的性質(zhì)。由于比重小于1，因此其在海水中的自由 懸掛長度可無限長，解決以往使用鋼纜繩時過長鋼纜繩的自重導(dǎo)致斷裂的問 題。聚乙烯纖維的另一個應(yīng)用是用于編織織物，例如可以制造防彈背心和衣 服、防切割手套和織物等，其中以防彈衣的應(yīng)用最為突出，因?yàn)榫垡蚁├w維 具有輕柔的優(yōu)點(diǎn)，防彈效果優(yōu)于芳綸纖維。聚乙烯纖維還有一個重要的應(yīng)用 領(lǐng)域是聚乙烯纖維復(fù)合材料，聚乙烯纖維的耐沖擊性好，比能量吸收大，在 無需高溫條件下比芳綸纖維好。軍事上已用作裝甲兵器的外殼、雷達(dá)的防護(hù) 外殼罩、頭盔等。聚乙烯纖維的應(yīng)用領(lǐng)域還有防護(hù)擋板、體育用品等。聚乙烯纖維的生產(chǎn)工藝是荷蘭帝斯曼(DSM)公司首先開發(fā)的，稱之為凍 膠紡工藝，其基本的工藝過程包括
(1) 溶解過程將超高分子量聚乙烯均勻地溶解在相應(yīng)的溶劑中；
(2) 凍膠原絲形成過程以空氣或水驟冷紡絲原液至凍膠化溫度以下， 使之成為凍膠原絲；
(3) 去除溶劑過程以干燥或萃取方式，將包含在凍膠原絲中的溶劑去
除；
(4) 拉伸過程對凍膠原絲進(jìn)行超倍熱拉伸。
聚乙烯纖維凍膠紡的基本原理是，將超高分子量聚乙烯溶解成稀溶液， 解除分子鏈之間的纏結(jié)，經(jīng)放松后驟冷使這種分子鏈間的解纏狀態(tài)得以保持 在制得的凍膠原絲之中，通過超倍熱拉伸，在聚乙烯纖維束結(jié)晶度和取向度 提高的基礎(chǔ)上，使呈折疊鏈的超高分子量聚乙烯片晶向伸直鏈轉(zhuǎn)化，從而獲
得具有高強(qiáng)度和高模量的聚乙烯纖維。
' 從上述的過程和原理的闡述過程中，可以看出，凍膠原絲的超倍熱拉伸 是聚乙烯纖維凍膠紡工藝的關(guān)鍵之一 。
在聚乙烯纖維凍膠紡中，超高分子量聚乙烯通過多孔噴絲板，很多根纖 維在冷卻后形成一束聚乙烯纖維，在隨后的拉伸工藝中也是對這些聚乙烯纖 維束進(jìn)行拉伸。每束聚乙烯纖維由上百根甚至上千根聚乙烯纖維組成。在聚 乙烯纖維束超倍熱拉伸過程中，需要對聚乙烯纖維束進(jìn)行加熱， 一般采用的 加熱介質(zhì)是氣體，使用最多而且廉價的是熱空氣。如圖l所示，聚乙烯纖維 束2從左向右運(yùn)動并且經(jīng)過一個加熱箱1，在加熱箱1內(nèi)部設(shè)置有供應(yīng)熱氣 體的噴頭或者噴嘴，熱氣體的進(jìn)氣方向與聚乙烯纖維束l的前進(jìn)方向垂直， 圖1中所示的熱氣體進(jìn)氣方向?yàn)?人下到上，另外，熱氣體還可以/人加熱箱1 的上方吹下，以起到加熱聚乙烯纖維束的作用，然而這樣的熱氣體進(jìn)氣方向 與聚乙烯纖維束的前進(jìn)方向垂直，在聚乙烯纖維束前進(jìn)的過程中如果有個別 的斷頭，那么由于熱氣體的吹動，會給已斷的聚乙烯纖維一個力，使得其從 聚乙烯纖維束中脫離，并且延長其通過聚乙烯纖維束出口 3的時間。這種熱 氣體的進(jìn)氣方向在另一種情況下將會產(chǎn)生更加嚴(yán)重的后果，請參見圖2,在 聚乙烯纖維生產(chǎn)過程中，為了提高生產(chǎn)效率，通過加熱箱1的聚乙烯纖維束不是一束，而是多束聚乙烯纖維束，在多束聚乙烯纖維束通過加熱箱1的過 程中，如果其中一束聚乙烯纖維束中有一根多個纖維絲斷裂，那么就會像圖 2中那樣，斷裂的聚乙烯纖維收到熱氣體的吹動而與另外一束聚乙烯纖維束 發(fā)生纏結(jié)，導(dǎo)致聚乙烯纖維束不能順利通過聚乙烯纖維束出口 3,纏結(jié)現(xiàn)象 嚴(yán)重時甚至?xí)绊懢垡蚁├w維束的生產(chǎn)正常進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷，本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，提供一種聚乙烯纖維束的 加熱方法，該加熱方法可以使得聚乙烯纖維束在加熱過程中，聚乙烯纖維束 之間的纏結(jié)較少，有利于聚乙烯纖維束拉伸工作的進(jìn)行。
為了解決以上的技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案 一種聚乙烯纖維束的加熱方法，在聚乙烯纖維束通過加熱箱的過程中，
朝著聚乙烯纖維束吹熱氣體，其特征在于，熱氣體的進(jìn)氣方向與聚乙烯纖維
束前進(jìn)的方向相同。
在此聚乙烯纖維束的加熱方法中，加熱聚乙烯纖維束的熱氣體的進(jìn)氣方
向，也可以稱之為熱氣體的整體運(yùn)動方向，不再垂直于聚乙晞纖維束的前進(jìn)
方向，而是與聚乙烯纖維束前進(jìn)的方向相同，也就是說熱氣體的進(jìn)氣方向與
此時，聚乙烯纖維束在前進(jìn)過程中，如果出現(xiàn)某些斷頭現(xiàn)象，那么斷頭的聚
的方向，而是斷頭的聚乙烯纖維在熱氣體的吹動下，仍然能夠大致平行于聚 乙烯纖維束的運(yùn)動方向，在多束聚乙烯纖維束同時存在時也不會發(fā)生纖維束 間的相互纏結(jié)，利于聚乙烯纖維束進(jìn)出加熱箱的聚乙烯纖維束出口和聚乙烯 纖維束生產(chǎn)的順利進(jìn)行。另外，加熱聚乙烯纖維束的熱氣體的進(jìn)氣方向大致 與聚乙烯纖維束的運(yùn)動方向大致平行，此時聚乙烯纖維束在垂直于其前進(jìn)的 方向上不再受力，減少了抖動，可以保證聚乙烯纖維束的運(yùn)動方向平行且成 直線。
優(yōu)選地，所述熱氣體的溫度為50-140°C。 優(yōu)選地，所述熱氣體的溫度為70-120°C。
5優(yōu)選地，所述熱氣體的溫度為90-110°C。 優(yōu)選地，所述聚乙烯纖維束前進(jìn)的速率為l-10米/分。 優(yōu)選地，所述聚乙烯纖維束前進(jìn)的速率為2-8米/分。 優(yōu)選地，所述聚乙烯纖維束前進(jìn)的速率為3-7米/分。 優(yōu)選地，所述聚乙烯纖維束的加熱過程是在三個或者三個以上的加熱箱 內(nèi)完成的。
本發(fā)明還提供一種利用上述的聚乙烯纖維束的加熱方法制得的聚乙烯纖 維束。
本發(fā)明提供的聚乙烯纖維束的加熱方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，加熱聚乙烯纖 維束的熱氣體的進(jìn)氣方向，不再垂直于聚乙烯纖維束的前進(jìn)方向，聚乙烯纖 維束在前進(jìn)過程中，如果出現(xiàn)某些斷頭現(xiàn)象，那么斷頭的聚乙烯纖維不會因 為來自于垂直方向的氣體的吹動而垂直于聚乙烯纖維束前進(jìn)的方向，而是斷 頭的聚乙烯纖維在熱氣體的吹動下，仍然能夠大致平行于聚乙烯纖維束的運(yùn) 動方向，在多束聚乙烯纖維束同時存在時也不會發(fā)生纖維束間的相互纏結(jié)， 利于聚乙烯纖維束進(jìn)出加熱箱的聚乙烯纖維束出口和聚乙烯纖維束生產(chǎn)的順 利進(jìn)行。
本發(fā)明提供的聚乙烯纖維束的加熱方法，特別適用于聚乙烯纖維束制備 過程中的聚乙烯纖維束的熱牽伸工序。


圖l是現(xiàn)有技術(shù)中一種聚乙烯纖維束加熱方法的示意圖。 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一種聚乙烯纖維束加熱方法的示意圖。 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中聚乙烯纖維束加熱方法的示意圖。 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中聚乙烯纖維束加熱方法的示意圖。 圖中各標(biāo)記分別為
1 — _加熱箱；2 — —聚乙烯纖維束；3—一聚乙烯纖維束出口； 4一一聚 乙烯纖維束進(jìn)口； 5——第一加熱箱；6——第二加熱箱；7——第三加熱箱。
具體實(shí)施例方式
為了更好的理解本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施 方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。 實(shí)施例1
請參見圖3，圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中聚乙烯纖維束加熱方法的示意圖。
在本發(fā)明中，超高分子量聚乙烯粉末經(jīng)過溶脹、噴絲、形成凍膠和初牽 伸之后生成聚乙烯纖維束原絲。聚乙烯纖維束原絲指的是由液態(tài)剛剛形成固 態(tài)的聚乙烯， 一般來說，聚乙烯在剛剛形成固態(tài)以后需要有一個預(yù)牽伸的步 驟，通常也把經(jīng)過預(yù)牽伸步驟之后的聚乙烯纖維束叫做原絲。
在本實(shí)施例中，聚乙烯纖維束2從左到右通過加熱箱1的聚乙烯纖維束 進(jìn)口 4和聚乙烯纖維束出口 3，加熱箱1內(nèi)部有熱氣體，熱氣體可以對聚乙 烯纖維束2進(jìn)行加熱。
在聚乙烯纖維束進(jìn)口 4的附近安裝一個噴嘴，噴嘴與供氣裝置相連通， 供氣裝置為噴嘴提供熱氣體，噴嘴的方向要朝向聚乙烯纖維束出口 3,與聚 乙烯纖維束的前進(jìn)方向基本保持平行，這樣，從噴嘴噴出的熱氣體與聚乙烯 纖維束2的前進(jìn)方向平行。所述聚乙烯纖維束2是多根聚乙烯纖維束組成的 纖維束，當(dāng)聚乙烯纖維束出現(xiàn)一些斷頭時，從噴嘴噴出的熱氣體吹動已經(jīng)斷 的聚乙烯纖維朝向聚乙烯纖維束出口 3做擺動，并且纏結(jié)在它所屬于的那束 聚乙烯纖維束上，不會與其他聚乙烯纖維束發(fā)生纏結(jié)，因此可以較為順利的 通過聚乙烯纖維束出口 3。在實(shí)際生產(chǎn)過程中也如上述分析的一樣，聚乙烯 纖維束可以順利的通過聚乙烯纖維束出口 3。
上述的熱氣體在本實(shí)施例中選用的是熱空氣， 一方面空氣來源廣泛，另 一方面聚乙烯纖維束對空氣是相對惰性的， 一般來說加熱箱內(nèi)的空氣維持在 140。C以下，這樣的溫度范圍，空氣與聚乙烯纖維束接觸的分子不像液體與聚 乙纖維接觸時那樣密集，因此空氣對聚乙烯纖維束不會產(chǎn)生很明顯的氧化作 用，
熱空氣的溫度可以為50-140°C，優(yōu)選70-120°C，更優(yōu)選為90-ll(TC。 熱空氣的溫度范圍如此設(shè)定，是在結(jié)合聚乙烯纖維束性質(zhì)的基礎(chǔ)上多次試驗(yàn) 所得出的一個范圍，本實(shí)施例中選用一個非常優(yōu)選的溫度值——IO(TC。在90-110。C的溫度范圍內(nèi)， 一方面可以很好的對聚乙烯纖維束進(jìn)行加熱，使得
聚乙烯纖維束能夠在較適中的牽引力下能夠很好的完成伸長，另一方面，這 樣的溫度并不是太高，因?yàn)闇囟忍咧?，聚乙烯纖維束的強(qiáng)度會下降較快， 在熱牽伸過程中由于聚乙烯纖維束的強(qiáng)度下降快而導(dǎo)致拉伸得到的聚乙烯纖 維束性能不均勻。
在加熱箱1的內(nèi)部有兩對熱輥， 一對熱輥靠近聚乙烯纖維束進(jìn)口 4,可 以稱之為前對熱輥，另一對熱輥靠近聚乙烯纖維束出口 3，可以稱之為后對 熱輥。前對熱棍的溫度以及后對熱棍的溫度與熱空氣的溫度差別不大，在本 實(shí)施例中采用IO(TC左右的溫度。前對熱輥和后對熱輥均為金屬輥，表面光 滑。光滑的金屬輥在熱牽伸的過程中不容易損傷纖維。金屬輥為中空金屬輥， 長度大約為70厘米。加熱箱的寬度要稍大于金屬輥的長度，加熱箱的寬度約 為100厘米左右，加熱箱的長度約為150厘米左右。前對熱輥和后對熱輥分 別與不同的電機(jī)驅(qū)動裝置相連接，電機(jī)為其轉(zhuǎn)動提供動力，前對熱輥轉(zhuǎn)動的 線速度為1米/分，后對熱輥轉(zhuǎn)動的線速度為1. 1米/分。此時，相應(yīng)地聚乙 烯纖維束在加熱箱前部的速率要略小于聚乙烯纖維束在加熱箱出口 3處的速
率，這樣會產(chǎn)生一個速率差，使得聚乙烯纖維束在繃緊的狀態(tài)下前進(jìn)，另外 一方面，這也使得聚乙烯纖維束被牽伸而變長。聚乙烯纖維束在加熱箱出口 3處的前進(jìn)速率是聚乙烯纖維束進(jìn)入加熱箱前的前進(jìn)速率的1. 1倍，也可以 根據(jù)不同的牽伸倍數(shù)或者工藝參數(shù)的要求而改變這個倍數(shù)。
加熱箱上的聚乙烯纖維束進(jìn)口 4和聚乙烯纖維束出口 3的大小可以才艮據(jù) 纖維束中所含聚乙烯纖維的多少以及聚乙烯纖維的直徑來確定。聚乙烯纖維 束進(jìn)口 4和聚乙烯纖維束出口 3的不宜過大，也不宜過小。聚乙烯纖維束進(jìn) 口 4或者聚乙烯纖維束出口 3過大，加熱箱內(nèi)部的熱空氣由于在不斷的運(yùn)動， 則較容易從聚乙烯纖維束進(jìn)口 4或者聚乙烯纖維束出口 3處散失至環(huán)境中， 造成能量的損失；聚乙烯纖維束進(jìn)口 4或者聚乙烯纖維束出口 3過小，聚乙 烯纖維束在通過聚乙烯纖維束進(jìn)口 4或者聚乙烯纖維束出口 3的時候就容易 與它們發(fā)生摩擦，則容易損傷聚乙烯纖維束，影響聚乙烯纖維束的生產(chǎn)質(zhì)量， 嚴(yán)重時則會發(fā)生較多的斷頭而致使聚乙烯纖維束連續(xù)生產(chǎn)的停止。
噴嘴的形式?jīng)]有特殊的要求，選用普通的噴嘴即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。優(yōu)選使用的噴嘴噴出的氣流不能太過集中，可以選用具有分散噴射口的噴嘴，也可 以選用多個小型噴嘴，這樣可以使得噴射更加均勻，加熱也更加均勻。從噴 嘴噴出的熱氣體的流速不能過大，過大的熱氣體流速會給聚乙烯纖維束帶來 較大的抖動，而不利于聚乙烯纖維束的平穩(wěn)前進(jìn)。可以選用可調(diào)氣流流量噴 嘴，這樣可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)熱氣體的流速。
實(shí)施例2
請參見圖4,圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中聚乙烯纖維束加熱方法的示意圖。 在本實(shí)施例中，聚乙烯纖維束2的加熱分別在三個加熱箱內(nèi)完成，分別
是第一加熱箱5、第二加熱箱6和第三加熱箱7。這三個加熱箱的結(jié)構(gòu)完全
一致，并且與實(shí)施例1中所述的加熱箱相仿。
在第一加熱箱5中，熱氣體采用是熱空氣，熱空氣的溫度為70。C,聚乙
烯纖維束2在聚乙烯纖維束進(jìn)口 4處的前進(jìn)速率為2米/分，在第一加熱箱5
的聚乙烯纖維束出口 3處的前進(jìn)速率為2. 3米/分。箱體的長度為1. 4米，寬
度為70厘米。
在第二加熱箱6中，熱氣體采用是熱空氣，熱空氣的溫度為90。C,聚乙 烯纖維束2在聚乙烯纖維束進(jìn)口 4處的前進(jìn)速率為2. 3米/分，在第二加熱箱 6的聚乙烯纖維束出口 3處的前進(jìn)速率為3米/分。箱體的長度為1. 5米，寬 度為70厘米。
在第三加熱箱7中，熱氣體采用是熱空氣，熱空氣的溫度為105°C,聚 乙烯纖維束2在聚乙烯纖維束進(jìn)口 4處的前進(jìn)速率為3米/分，在第三加熱箱 5的聚乙烯纖維束出口 3處的前進(jìn)速率為4. 2米/分。箱體的長度為1. 6米， 寬度為70厘米。
在經(jīng)過上述三個加熱箱之后，聚乙烯纖維束完成了 2. l倍的熱牽伸，并 且順利通過各個加熱箱的聚乙烯纖維束出口 3,聚乙烯纖維束斷頭和纏結(jié)也 明顯減少。
對于本實(shí)施例的改進(jìn)，也可以根據(jù)實(shí)施需要改變各個參數(shù)，并且也可以 多設(shè)置幾個加熱箱，完成更高倍數(shù)的熱牽伸。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤 飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種聚乙烯纖維束的加熱方法，在聚乙烯纖維束通過加熱箱的過程中，朝著聚乙烯纖維束吹熱氣體，其特征在于，熱氣體的進(jìn)氣方向與聚乙烯纖維束前進(jìn)的方向相同。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乙烯纖維束的加熱方法，其特征在于，所述 熱氣體的溫度為50-140°C。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚乙烯纖維束的加熱方法，其特征在于，所述 熱氣體的溫度為70-120°C。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚乙烯纖維束的加熱方法，其特征在于，所述 熱氣體的溫度為90-110°C。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乙歸纖維束的加熱方法，其特征在于，所述 聚乙烯纖維束前進(jìn)的速率為1-10米/分。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚乙烯纖維束的加熱方法，其特征在于，所述 聚乙烯纖維束前進(jìn)的速率為2-8米/分。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚乙烯纖維束的加熱方法，其特征在于，所述 聚乙烯纖維束前進(jìn)的速率為3-7米/分。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的聚乙烯纖維束的加熱方法，其特征 在于，所述聚乙烯纖維束的加熱過程是在三個或者三個以上的加熱箱內(nèi)完成 的。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l-8任意一項(xiàng)所述的聚乙烯纖維束的加熱方法制得的聚 乙烯纖維束。
全文摘要
本發(fā)明公開一種聚乙烯纖維束的加熱方法，在聚乙烯纖維束通過加熱箱的過程中，朝著聚乙烯纖維束吹熱氣體，熱氣體的進(jìn)氣方向與聚乙烯纖維束前進(jìn)的方向相同。本發(fā)明提供的聚乙烯纖維束的加熱方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，加熱聚乙烯纖維束的熱氣體的進(jìn)氣方向與聚乙烯纖維束的前進(jìn)方向平行，聚乙烯纖維束在前進(jìn)過程中，如果出現(xiàn)某些斷頭現(xiàn)象，那么斷頭的聚乙烯纖維在熱氣體的吹動下，仍然能夠大致平行于聚乙烯纖維束的運(yùn)動方向，在多束聚乙烯纖維束同時存在時也不會發(fā)生纖維束間的相互纏結(jié)，利于聚乙烯纖維束進(jìn)出加熱箱的聚乙烯纖維束出口和聚乙烯纖維束生產(chǎn)的順利進(jìn)行。本發(fā)明還提供一種由此聚乙烯纖維束加熱方法所制得的聚乙烯纖維束。
文檔編號D01D5/12GK101684574SQ20081016743
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者周成程 申請人:寧波榮溢化纖科技有限公司