[发明专利]一种超高分子量聚乙烯原丝的拉伸方法

说明书

技术领域

本发明涉及原丝拉伸方法，具体涉及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)原丝拉伸方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维也称高强高模聚乙烯(HSHMPE)纤维或伸长链聚乙烯(ECPE)纤维，是指相对分子质量在(1～7)×10⁶的聚乙烯，经纺丝-超拉伸后制成的超高分子质量聚乙烯纤维。它是继碳纤维、芳纶(Kevlar)纤维之后的第三代高性能纤维。

聚乙烯纤维增强复合材料与其它纤维增强复合材料相比，具有质量轻、耐冲击、介电性能高等优点，在现代化战争和航空航天、海域防御、武器装备等领域发挥着举足轻重的作用。同时，该纤维在汽车、船舶、医疗器械、体育运动器材等领域亦有广阔的应用前景。因此，聚乙烯纤维自问世起就倍受重视，发展很快。

1979年，荷兰DSM公司申请了采用冻胶技术制造超高分子量聚乙烯纤维的专利(NL7900990，NL7904990及相应的US4344908、特公昭64-8732、US4422993)。冻胶技术是指将聚乙烯与合适的溶剂制成纺丝溶液，然后将纺丝溶液冷却到凝胶态得到冻胶原丝，采用萃取工艺将溶剂去除，再经过干燥、30倍～130倍的超倍拉伸得到聚乙烯纤维。由于冻胶纺丝法有利于形成更高效传输张力负荷的伸长链结构，因此制备出的聚乙纤维具有非常高的强度和模量，且耐冲击性能优异，应用比较广泛。

在现有的冻胶纺丝技术中，通常采用双螺杆挤出机将纺丝溶液中的大分子进行解缠，然后通过喷丝板成型后骤冷使纺丝细流中的大分子仍基本上保持这种低缠结状态，为超倍拉伸奠定基础。超倍拉伸是制备超高分子量聚乙烯纤维的关键环节，在超倍拉伸的过程中，聚乙烯大分子由折叠链向伸直链发生变化，伸直链之间相互靠拢，彼此之间作用力增加，提高纤维的强度和模量。

一般认为，超高分子量聚乙烯纤维的性能随着拉伸比和拉伸温度的提高而增加，因此现有技术采用两级及两级以上的拉伸工艺制备超高分子量聚乙烯纤维，随着拉伸温度不断的提高，拉伸比也不断增加。由于原丝在的拉伸过程中需要对其进行加热，因此纤维的拉伸是在加热的热甬道中进行的，所述的热甬道即指使原丝穿过的具有一个进口和一个出口的圆筒，圆筒中通入为原丝加热的气体。在现有技术中，一般采用牵引辊温度为室温的牵伸机对原丝进行拉伸，由于原丝在进入热甬道之前温度较低，进入热甬道后，在被拉伸的过程中，原丝温度不能立刻升到与热甬道环境温度相同的温度，因此原丝的拉伸性能较差，拉伸效果不好，易出现断丝等问题。

因此，需要一种提高超高分子量聚乙烯原丝拉伸性能的拉伸方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种提高超高分子量聚乙烯原丝拉伸性能的拉伸方法。

为解决以上技术问题，本发明提供一种超高分子量聚乙烯原丝拉伸方法，包括步骤：

a)将待拉伸的超高分子量聚乙烯原丝依次喂入第一牵伸机、第一热甬道、第二牵伸机，，所述第一牵伸机的牵引辊温度为70℃～160℃，所述第一热甬道的温度为70℃～160℃，所述第二牵伸机为原丝施加牵倍Q为2倍～60倍的牵伸，所述第一热甬道的长度的米数L1与第二牵伸机的牵倍Q满足如下的关系：0.5Q≤L1≤2.0Q；

b)将经过第二牵伸机牵伸后的原丝依次喂入温度为105℃～160℃的第二热甬道、第三牵伸机，由第三牵伸机对经过第二牵伸机牵伸后的原丝施加小于第二牵伸机的牵倍Q的牵伸后制得超高分子量聚乙烯纤维，所述第二热甬道的长度大于第一热甬道的长度。

优选的，所述第一牵伸机的牵引辊温度为70℃～110℃，所述第一热甬道的温度为70℃～110℃，所述第二牵伸机为原丝施加牵倍Q为2.5倍～15倍的牵伸。

优选的，所述第一热甬道的长度的米数L₁与第二牵伸机的牵倍Q满足如下的关系：0.8Q≤L₁≤1.5Q。

优选的，所述第二热甬道的长度的米数L₂与第一热甬道的长度的米数L₁满足如下的关系：1.1L₁≤L₂≤3L₁。

优选的，所述第二牵伸机的牵引辊温度为105℃～160℃。

优选的，所述第三牵伸机的牵引辊温度为4℃～20℃。

优选的，所述第三牵伸机的牵引辊温度为6℃～16℃。

优选的，所述待拉伸的超高分子量聚乙烯原丝为将超高分子量聚乙烯冻胶原丝经过萃取、干燥后得到的原丝。