一種UHMWPE片材的制造方法與流程

本發(fā)明涉及超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種UHMWPE片材的制造方法。

背景技術(shù)：

超高分子量聚乙烯(英文簡稱UHMWPE)片材的制造方法包括兩種：織造法和非織造法，通過非織造法即得到單取向預(yù)浸帶。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)可知，UHMWPE纖維最適合于做成單取向預(yù)浸帶，這樣避免了織造物中在纖維交叉處由應(yīng)力波的反射和疊加而成的最弱點，單取向排布的預(yù)浸帶更有利于纖維的能量吸收和能量耗散。

美國專利US4916000公開了一種高強(qiáng)高模聚乙烯纖維單取向預(yù)浸帶的制備方法，在該專利中，將纖維束通過兩根展絲輥鋪展，然后在鋪展好的纖維上噴涂合適的膠粘劑，干燥得到單取向預(yù)浸帶。

中國專利CN1291090C公開了一種高強(qiáng)高模聚乙烯纖維單取向預(yù)浸帶的連續(xù)制備方法，在該專利中，讓纖維帶上高壓靜電使纖維均勻鋪展，在鋪展的纖維上噴涂膠粘劑，將膠粘劑干燥制得單取向預(yù)浸帶。

上述的美國專利US4916000只公開了預(yù)浸料的簡單制備方法，沒有對預(yù)浸料的厚度均勻性進(jìn)行控制，如果期望提高防彈性能，就必須提高預(yù)浸料的均勻性和平整度，而預(yù)浸帶均勻性直接與展絲的均勻相關(guān)，美國專利US4916000只用兩根展絲棒鋪展纖維，很難使纖維高度均勻排布。

上述的中國專利CN1291090C利用高壓靜電發(fā)生裝置和靜電消除器鋪展纖維束做成的預(yù)浸帶，其纖維展絲均勻性有待提高，而且生產(chǎn)安全性存在隱患。

由此可見，如何對現(xiàn)有技術(shù)的UHMWPE片材的制造方法進(jìn)行改進(jìn)，提高單取向預(yù)浸帶的均勻性，進(jìn)而得到防彈性能好的UHMWPE片材，這是本領(lǐng)域目前需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種UHMWPE片材的制造方法，提高單取向預(yù)浸帶的均勻性，進(jìn)而得到防彈性能好的UHMWPE片材。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種UHMWPE片材的制造方法，包括將纖維束進(jìn)行退繞、集束、排布、展開、上膠、干燥的步驟，所述展開步驟采用展絲設(shè)備進(jìn)行，所述展絲設(shè)備包括若干個展絲單元，每個展絲單元包括大體沿水平方向設(shè)置的第一展絲件以及大體沿水平方向設(shè)置的第二展絲件，所述第一展絲件具有弧形曲面，所述第二展絲件具有棱角，所述纖維束通過接觸所述第一展絲件的弧形曲面以及接觸所述第二展絲件的棱角來展開。本發(fā)明的技術(shù)方案中，通過設(shè)置第一展絲件，第一展絲件的弧形曲面對待加工的纖維進(jìn)行均勻拉伸和延展，然后再通過第二展絲件上設(shè)置的至少一個棱柱，用于與被加工纖維束接觸，這樣可以使纖維束在該棱角的作用下，受到一定張力的擠壓而坍塌成扁狀，充分鋪展開。本發(fā)明的技術(shù)方案中，展絲單元可以為一個，也可為兩個以上，每個展絲單元中的第一展絲件可以為一個，也可以為兩個以上，第二展絲件可以為一個，也可為兩個以上。第一展絲件、第二展絲件可以為柱體形，也可以為臺體形等其他形狀。

作為一種可供選擇的技術(shù)方案，進(jìn)行所述展開步驟時，所述各展絲單元的第一展絲件、第二展絲件的轉(zhuǎn)速為10～100轉(zhuǎn)/分鐘。

作為一種可供選擇的技術(shù)方案，位于展絲設(shè)備最前端的第一展絲件連接一驅(qū)動機(jī)構(gòu)且在其驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，并通過纖維束的傳動作用帶動展絲設(shè)備的其余第一展絲件、第二展絲件轉(zhuǎn)動。

作為一種可供選擇的技術(shù)方案，在所述展絲單元中，所述第二展絲件位于所述第一展絲件的下游，所述第二展絲件與所述第一展絲件在豎直方向的距離為100mm-800mm、在水平方向的距離為100mm-800mm。

作為一種可供選擇的技術(shù)方案，所述第二展絲件為多邊棱柱體。

作為另一種可供選擇的技術(shù)方案，所述第二展絲件的橫截面為由弧線和直線圍成的面。此種結(jié)構(gòu)也會形成所述的棱角。

作為一種可供選擇的技術(shù)方案，所述第二展絲件上用于接觸所述纖維束的棱角有兩個，兩個棱角之間的距離為50mm-100mm。

作為一種可供選擇的技術(shù)方案，所述展絲單元的數(shù)量為2-8個。

作為一種可供選擇的技術(shù)方案，所述展絲單元中具有兩個以上間隔設(shè)置的第二展絲件。

作為一種可供選擇的技術(shù)方案，所述第一展絲件為展絲輥，直徑為50mm-120mm。

作為一種可供選擇的技術(shù)方案，在所述展絲單元中具有兩個以上高低錯落設(shè)置的第一展絲件。

作為一種可供選擇的技術(shù)方案，所述展絲單元中第一展絲件的直徑不同。

本發(fā)明的UHMWPE片材的制造方法，包括將纖維束進(jìn)行退繞、集束、排布、展開、上膠、干燥的步驟，其中，所述展開的步驟采用展絲設(shè)備進(jìn)行，所述展絲設(shè)備包括若干個展絲單元，每個展絲單元包括大體沿水平方向設(shè)置的第一展絲件以及大體沿水平方向設(shè)置的第二展絲件，所述第一展絲件具有弧形曲面，所述第二展絲件具有棱角，所述纖維束通過接觸所述第一展絲件的弧形曲面以及接觸所述第二展絲件的棱角來展開，在第一展絲件弧形曲面的作用下，拉伸延展變薄，再經(jīng)過在第二展絲件時，在接觸到其上設(shè)置的棱角處時，纖維束受到一定張力的擠壓而坍塌成扁狀，巧妙地利用了坍塌效應(yīng)使纖維束充分鋪展開。通過本發(fā)明方法制成的單取向預(yù)浸帶，既薄又輕，其纖維面密度可達(dá)到18-30g/m²，而現(xiàn)有的展絲技術(shù)纖維面密度則為40-60g/m²，本發(fā)明方法制得的單取向預(yù)浸帶在同種面密度下，防彈性能提高至少10％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1提供的UHMWPE片材的制造方法所用展絲設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例2提供的UHMWPE片材的制造方法所用展絲設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例3提供的UHMWPE片材的制造方法所用展絲設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例4提供的UHMWPE片材的制造方法所用展絲設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例5提供的UHMWPE片材的制造方法所用展絲設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的UHMWPE片材的制造方法包括如下步驟：

1)將一定筒數(shù)的纖維從紗架上退繞；

2)退繞的纖維束通過集束架集束；

3)將集束后的纖維束通過伸縮筘均勻排布纖維束；

4)將排布好的纖維束通過展絲設(shè)備進(jìn)行展絲：纖維束經(jīng)過展絲設(shè)備中各展絲單元的第一展絲件、第二展絲件時，利用第一展絲件的弧形曲面的延展效應(yīng)和第二展絲件棱角的坍塌效應(yīng)以及張力將纖維束均勻鋪展開；

5)鋪展好的纖維束通過浸膠槽上膠；

6)上膠后的纖維通過一對軋輥控制含膠量；

7)然后在熱甬道里充分干燥；

8)收卷。

其中，展絲步驟中所用的展絲設(shè)備，其展絲單元可以為一個，也可為兩個以上，每個展絲單元中的第一展絲件可以為一個，也可以為兩個以上，第二展絲件可以為一個，也可為兩個以上。第一展絲件、第二展絲件可以為柱體形，也可以為臺體形等其他形狀。其中，作為一個可選的實施方案，位于展絲設(shè)備最前端的第一展絲件連接一驅(qū)動機(jī)構(gòu)且在其驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，并通過纖維束的傳動作用帶動展絲設(shè)備的其余第一展絲件、第二展絲件轉(zhuǎn)動，這種設(shè)置使得各第一展絲件、第二展絲件的轉(zhuǎn)速存在一定差異，從而使得其張力存在一定的偏差，這樣對展絲效果更佳。各第一展絲件、第二展絲件的轉(zhuǎn)速優(yōu) 選為10-100轉(zhuǎn)/分鐘，進(jìn)一步優(yōu)選為20-80轉(zhuǎn)/分鐘。其中，作為一個可選的實施方案，位于展絲設(shè)備最前端的第一展絲件為主動輥，其余第一展絲件、第二展絲件為被動輥或被動件，這種設(shè)置使得各第一展絲件、第二展絲件的轉(zhuǎn)速存在一定差異，從而使得其張力存在一定的偏差，這樣使得展絲效果更佳。各第一展絲件、第二展絲件的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為10-100轉(zhuǎn)/分鐘，進(jìn)一步優(yōu)選為20-80轉(zhuǎn)/分鐘。

實施例1

本實施例的UHMWPE片材的制造方法包括如下步驟：將市售超高分子量聚乙烯纖維800D/840F(強(qiáng)度36cN/dtex，模量1300cN/dtex)依次通過紗架退繞、集束架集束、伸縮筘排布，然后再采用展絲設(shè)備展絲排布，再將鋪展好的纖維束通過浸膠槽上膠，本實施例采用聚氨酯乳液膠粘劑，上膠量約為30％，涂膠后的纖維通過熱甬道65℃干燥，最后經(jīng)收卷裝置收卷。

本實施例所用的展絲設(shè)備如圖1所示，其包括四個間隔設(shè)置的展絲單元，每個展絲單元包括第一展絲件——展絲輥1、位于第一展絲件下游的第二展絲件——展絲梁2，其中展絲輥1為圓柱狀，直徑為70mm，展絲梁2為橫截面為正方形的四棱柱，正方形的邊長為75mm。本實施例中，各展絲單元的展絲輥1均處于同一水平線上，展絲梁2均處于同一水平線上。本實施例中，進(jìn)行展開步驟時，控制展絲設(shè)備的各第一展絲件、第二展絲件的轉(zhuǎn)速為10-20轉(zhuǎn)/分鐘。

本實施例制備的單取向預(yù)浸帶的面密度為30g/m²。

將上述得到的預(yù)浸帶按0°/90°二正交復(fù)合，也可以是按0°/90°/0°/90°四正交復(fù)合。復(fù)合后的材料兩側(cè)附上低密度聚乙烯薄膜，便于保護(hù)產(chǎn)品和提高磨損性，其面密度為130g/m²，用千分尺在正交后的預(yù)浸料帶的左中右和前后不同部位測試其厚度，其厚度為0.13mm，厚度偏差為0.006mm。

將45層，400*400mm，面密度為130g/m²的預(yù)浸料正交疊層，按NATO 2920標(biāo)準(zhǔn)，測試1.1g破片模擬彈，測得V50值為635m/s。

實施例2

本實施例的UHMWPE片材的制造方法包括如下步驟：將市售的超高分子量聚乙烯纖維400D/400F(強(qiáng)度37cN/dtex，模量1350cN/dtex)依次紗架退繞、集束架集束、伸縮筘排布，然后再采用展絲設(shè)備展絲排布，再將鋪展好的纖維束通過浸膠槽上膠，本實施例采用聚氨酯乳液膠粘劑，上膠量約為25％，涂 膠后的纖維通過熱甬道70℃干燥，最后經(jīng)收卷裝置收卷。

本實施例中的展絲設(shè)備如圖2所示，與實施例1不同的是，本實施例中每個展絲單元中都設(shè)有兩個直徑不同的第一展絲件——展絲輥1，位于下游的展絲輥1的直徑為50mm，位于上游的展絲輥1的直徑為85mm，展絲梁的邊長為85mm。本實施例這種設(shè)置兩個展絲輥的展絲單元，其展絲效果更好。本實施例中，進(jìn)行展開步驟時，控制展絲設(shè)備的各第一展絲件、第二展絲件的轉(zhuǎn)速為30-40轉(zhuǎn)/分鐘。

本實施例制備的單取向預(yù)浸帶的面密度為25g/m²。

將上述得到的預(yù)浸帶按0°/90°二正交復(fù)合，也可以是按0°/90°/0°/90°四正交復(fù)合。復(fù)合后的材料兩側(cè)附上低密度聚乙烯薄膜，便于保護(hù)產(chǎn)品和提高磨損性，其面密度為110g/m²，用千分尺在正交后的預(yù)浸料帶的左中右和前后不同部位測試其厚度，其厚度為0.11mm，厚度偏差為0.005mm。

將53層，400*400mm，面密度為110g/m²的預(yù)浸料正交疊層，按NATO 2920標(biāo)準(zhǔn)測試1.1g破片模擬彈，測得V50值為665m/s。

實施例3

本實施例的UHMWPE片材的制造方法包括如下步驟：將市售的超高分子量聚乙烯纖維800D/360F(強(qiáng)度38cN/dtex，模量1450cN/dtex)依次紗架退繞、集束架集束、伸縮筘排布，然后再采用展絲設(shè)備展絲排布，再將鋪展好的纖維束通過浸膠槽上膠，本實施例采用聚氨酯乳液膠粘劑，上膠量約為22％，涂膠后的纖維通過熱甬道68℃干燥，最后經(jīng)收卷裝置收卷。

本實施例中的展絲設(shè)備如圖3所示，與實施例1不同的是，本實施例中的展絲梁2為橫截面為三角形的三棱柱，邊長為95mm，展絲輥的直徑為94mm，其余均與實施例1的結(jié)構(gòu)相同。

本實施例中，展絲時，控制展絲設(shè)備的各第一展絲件、第二展絲件的轉(zhuǎn)速為40-50轉(zhuǎn)/分鐘。

本實施例制備的單取向預(yù)浸帶的面密度為25g/m²。

將上述得到的預(yù)浸帶按0°/90°二正交復(fù)合，也可以是按0°/90°/0°/90°四正交復(fù)合。復(fù)合后的材料兩側(cè)附上低密度聚乙烯薄膜，便于保護(hù)產(chǎn)品和提高磨損性，其面密度為110g/m²，用千分尺在正交后的預(yù)浸料帶的左中右和前后不同部位測試其厚度，其厚度為0.11mm，厚度偏差為0.005mm。

將53層，400*400mm，面密度為110g/m²的預(yù)浸料正交疊層，按NATO 2920標(biāo)準(zhǔn)測試1.1g破片模擬彈，測得V50值為684m/s。

實施例4

本實施例的UHMWPE片材的制造方法包括如下步驟：將市售的超高分子量聚乙烯纖維800D/840F(強(qiáng)度36cN/dtex，模量1300cN/dtex)依次紗架退繞、集束架集束、伸縮筘排布，然后再采用展絲設(shè)備展絲排布，再將鋪展好的纖維束通過浸膠槽上膠，本實施例采用聚氨酯乳液膠粘劑，上膠量約為30％，涂膠后的纖維通過熱甬道65℃干燥，最后經(jīng)收卷裝置收卷。

本實施例中的展絲設(shè)備如圖4所示，與實施例1不同的是，本實施例中有四個展絲單元，其中兩個展絲單元中設(shè)有兩個展絲梁2，邊長均為75mm，另外兩個展絲單元只設(shè)一個展絲梁，其余均與實施例1的結(jié)構(gòu)相同。

本實施例中，展絲時，控制展絲設(shè)備的各第一展絲件、第二展絲件的轉(zhuǎn)速在為50-60轉(zhuǎn)/分鐘。

本實施例制備的單取向預(yù)浸帶的面密度為25g/m²。

將上述得到的預(yù)浸帶按0°/90°二正交復(fù)合，也可以是按0°/90°/0°/90°四正交復(fù)合。復(fù)合后的材料兩側(cè)附上低密度聚乙烯薄膜，便于保護(hù)產(chǎn)品和提高磨損性，其面密度為110g/m²，用千分尺在正交后的預(yù)浸料帶的左中右和前后不同部位測試其厚度，其厚度為0.11mm，厚度偏差為0.005mm。

將53層，400*400mm，面密度為110g/m²的預(yù)浸料正交疊層，按NATO 2920標(biāo)準(zhǔn)測試1.1g破片模擬彈，測得V50值為648m/s。

實施例5

本實施例的UHMWPE片材的制造方法包括如下步驟：將市售的超高分子量聚乙烯纖維800D/360F(強(qiáng)度38cN/dtex，模量1450cN/dtex)依次紗架退繞、集束架集束、伸縮筘排布，然后再采用展絲設(shè)備展絲排布，再將鋪展好的纖維束通過浸膠槽上膠，本實施例采用聚氨酯乳液膠粘劑，上膠量約為20％，涂膠后的纖維通過熱甬道68℃干燥，最后經(jīng)收卷裝置收卷。

本實施例中的展絲設(shè)備如圖5所示，與實施例1不同的是，本實施例中有兩個展絲單元，展絲單元中設(shè)有的展絲梁2，其橫截面形狀為半圓形，底邊邊長為65mm，其余均與實施例1的結(jié)構(gòu)相同。本實施例中，進(jìn)行展開步驟時，控制展絲設(shè)備的各第一展絲件、第二展絲件的轉(zhuǎn)速為70-100轉(zhuǎn)/分鐘。

本實施例制備的單取向預(yù)浸帶的面密度為25g/m²。

將上述得到的預(yù)浸帶按0°/90°二正交復(fù)合，也可以是按0°/90°/0°/90°四正交復(fù)合。復(fù)合后的材料兩側(cè)附上低密度聚乙烯薄膜，便于保護(hù)產(chǎn)品和提高磨損性，其面密度為110g/m²，用千分尺在正交后的預(yù)浸料帶的左中右和前后不同部位測試其厚度，其厚度為0.11mm，厚度偏差為0.005mm。

將53層，400*400mm，面密度為110g/m²的預(yù)浸料正交疊層，按NATO 2920標(biāo)準(zhǔn)測試1.1g破片模擬彈，測得V50值為657m/s。

對照例

制備過程中沒有采用本發(fā)明展絲設(shè)備進(jìn)行展絲而制得的同類產(chǎn)品，其面密度為160g/m²，用千分尺在正交后的預(yù)浸料帶的左中右和前后不同部位測試其厚度，其厚度為0.16mm，厚度偏差為0.18mm。

將45層，400*400mm，面密度為160g/m²的預(yù)浸料正交疊層，按NATO 2920標(biāo)準(zhǔn)，測試1.1g破片模擬彈，測得V50值為595m/s。

由以上實施例和對照例的數(shù)據(jù)可以得出，本發(fā)明的制備方法制得的單取向預(yù)浸帶，在同種面密度下，防彈性能相比于現(xiàn)有技術(shù)提高至少10％。

所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。