專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的牽伸裝置和生產(chǎn)線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及纖維制備裝置，具體涉及一種用于制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的牽
伸裝置和生產(chǎn)線。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)高模聚乙烯纖維又稱(chēng)為超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)或伸長(zhǎng)鏈聚乙烯纖
維，是指相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)ioo萬(wàn)的聚乙烯經(jīng)紡絲-超拉伸之后制成的聚乙烯纖維。高強(qiáng)
高模聚乙烯纖維是繼碳纖維、芳綸(Kevlar)纖維之后的第三代高性能纖維。與其它纖維增 強(qiáng)復(fù)合材料相比，高強(qiáng)高模聚乙烯纖維具有質(zhì)量輕、耐沖擊、介電性能高等優(yōu)點(diǎn)，尤其是在 航空航天、海域防御和個(gè)人防護(hù)裝備等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。 在現(xiàn)有技術(shù)中，一般使用凍絲紡絲工藝制備超高分子量聚乙烯纖維即將超高分 子量聚乙烯溶液經(jīng)過(guò)噴絲組件定型，以使聚乙烯溶液中的大分子的解纏狀態(tài)得以保存，再 經(jīng)驟冷凍絲使絲條定型得到初生絲條；然后再將初生絲條送入高強(qiáng)高模聚乙烯纖維超倍拉 伸機(jī)組依次經(jīng)過(guò)萃取、干燥、超倍拉伸得到高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。 為了提高高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的力學(xué)性能，人們對(duì)制備聚乙烯纖維的超倍拉伸機(jī)
組進(jìn)行了各種改進(jìn)。中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN2392789Y公開(kāi)了一種高強(qiáng)高模聚乙烯纖維萃取超倍
拉伸機(jī)組，是由萃取箱依次連接干燥箱、第一牽伸機(jī)、第一熱風(fēng)箱、第二牽伸機(jī)、第二熱風(fēng)
箱、第三牽伸機(jī)、熱定型箱、第四牽伸機(jī)、張力機(jī)、絡(luò)筒成型機(jī)構(gòu)成拉伸機(jī)的整體系統(tǒng)。在該
專(zhuān)利文獻(xiàn)中，用于牽伸聚乙烯纖維的拉伸裝置內(nèi)包括三個(gè)熱牽伸箱或者熱定型箱，因此需
要在這幾個(gè)有限的熱牽伸箱或者熱定型箱內(nèi)完成對(duì)超高分子量聚乙烯纖維的超倍拉伸，由
于每級(jí)拉伸之間的拉伸比例偏大，形變速率過(guò)快，這樣會(huì)導(dǎo)致聚乙烯分子鏈結(jié)構(gòu)遭到破壞，
使纖維變形不勻，因此會(huì)降低高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的綜合力學(xué)性能。 因此，需要一種可以使高強(qiáng)高模聚乙烯纖維產(chǎn)生均勻、穩(wěn)定變形的牽伸裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種用于制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的牽伸 裝置，通過(guò)該牽伸裝置，使高強(qiáng)高模聚乙烯纖維產(chǎn)生均勻、穩(wěn)定的變形。 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種用于制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的牽 伸裝置，從原絲供入端一側(cè)依次包括原絲喂入機(jī)、熱輥牽伸機(jī)和舒張機(jī)，所述熱輥牽伸機(jī)由 多個(gè)從原絲的供入端一側(cè)旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加的熱輥組成。 優(yōu)選的，所述多個(gè)熱輥中后一級(jí)熱輥的旋轉(zhuǎn)速度是與其相鄰的前一級(jí)熱輥的旋轉(zhuǎn) 速度的1.5倍 l.Ol倍。 優(yōu)選的，所述原絲喂入機(jī)包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)速度相同的轉(zhuǎn)輥，在每個(gè)轉(zhuǎn)輥上設(shè)置有橡 膠輥和加壓裝置。 優(yōu)選的，所述舒張機(jī)包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)速度相同的冷輥，所述冷輥的溫度為5°C 20°C。[0011] 本實(shí)用新型還提供一種用于制備高強(qiáng)高模的生產(chǎn)線，從原絲供入端開(kāi)始依次包括 原絲架、導(dǎo)絲機(jī)、原絲預(yù)處理機(jī)、萃取裝置、干燥機(jī)、上述技術(shù)方案所述的牽伸裝置和收絲 機(jī)。 優(yōu)選的，所述原絲預(yù)處理機(jī)包括多個(gè)縱向排列的導(dǎo)絲輥、和設(shè)置在所述轉(zhuǎn)輥上的 橡膠壓輥和加壓裝置。 優(yōu)選的，所述萃取裝置包括密閉連通、且從原絲供入端由低向高排列的多個(gè)萃取
箱，所述萃取箱內(nèi)的萃取液從最高位置的萃取依次流向低位置的萃取箱。 優(yōu)選的，所述萃取箱底部還連接有壓縮空氣送入裝置。 優(yōu)選的，所述干燥機(jī)從原絲供入端一側(cè)依次包括室溫干燥段、中溫干燥段、高溫干 燥段。 優(yōu)選的，所述生產(chǎn)線還包括與干燥機(jī)連接的氣體回收機(jī)。 本實(shí)用新型提供一種用于制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的牽伸裝置。現(xiàn)有技術(shù)相比， 本實(shí)用新型提供的熱輥牽伸機(jī)由多個(gè)旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加的熱輥組成，因此聚乙烯在所述多 個(gè)熱輥之間可以實(shí)現(xiàn)逐步的拉伸，從而最終實(shí)現(xiàn)超倍拉伸。與帶有熱牽伸箱的牽伸裝置相 比，由于相鄰熱輥之間的拉伸比例較小，因此在牽伸時(shí)能保護(hù)聚乙烯纖維的分子鏈結(jié)構(gòu)，使 聚乙烯纖維產(chǎn)生均勻的拉伸變形，因此有利于纖維細(xì)旦化，改善纖維條干均勻性，提高纖維 綜合力學(xué)性能指標(biāo)。 本實(shí)用新型還提供一種用于制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)線。與現(xiàn)有技術(shù)相 比，該生產(chǎn)線內(nèi)的牽伸裝置由多個(gè)旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加的熱輥組成，因此聚乙烯在所述多個(gè) 熱輥之間可以實(shí)現(xiàn)逐步的拉伸，從而最終實(shí)現(xiàn)超倍拉伸。與帶有熱牽伸箱的牽伸裝置相比， 由于相鄰熱輥之間的拉伸比例較小，因此在牽伸時(shí)能保護(hù)聚乙烯纖維的分子鏈結(jié)構(gòu)，使聚 乙烯纖維產(chǎn)生均勻的拉伸變形，因此有利于纖維細(xì)旦化，改善纖維條干均勻性，提高纖維綜 合力學(xué)性能指標(biāo)。

圖1為本實(shí)用新型提供的制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的牽伸裝置的一種具體實(shí)施 方式的示意圖； 圖2為本實(shí)用新型提供的制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)線的一種具體實(shí)施方 式的示意圖。
具體實(shí)施方式為了進(jìn)一步了解本實(shí)用新型，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描 述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本實(shí)用 新型權(quán)利要求的限制。 請(qǐng)參見(jiàn)圖l，為本實(shí)用新型提供的制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的牽伸裝置的一種具 體實(shí)施方式的示意圖。如圖l所示，所述牽伸裝置從纖維供入端一側(cè)依次包括原絲喂入機(jī) 11、牽伸機(jī)12和舒張機(jī)13，圖中箭頭101即為纖維的前進(jìn)方向。 所述原絲喂入機(jī)包括旋轉(zhuǎn)速度相同的七個(gè)轉(zhuǎn)輥lla，在每個(gè)轉(zhuǎn)輥lla上都安裝有 橡膠輥llb，所述橡膠輥llb通過(guò)加壓裝置(未示出)加壓與轉(zhuǎn)輥lla接觸，然后在轉(zhuǎn)輥lla的帶動(dòng)下，橡膠輥llb被動(dòng)旋轉(zhuǎn)。原絲在轉(zhuǎn)輥lla和橡膠輥llb之間穿過(guò)，這樣，通過(guò)加壓 裝置施加在橡膠輥lib上的壓力，增加原絲在每個(gè)轉(zhuǎn)輥lla上的摩擦力，使高強(qiáng)高模聚乙烯 纖維凍膠原絲均勻的喂入牽伸機(jī)12。對(duì)于轉(zhuǎn)輥11a的溫度，優(yōu)選是溫度為室溫的冷輥。 所述牽伸機(jī)12由多個(gè)從原絲供入端開(kāi)始旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加的熱輥12a組成，熱輥 12a的溫度從原絲供入端開(kāi)始逐漸增加，熱輥12a的溫度優(yōu)選為90°C 160°C。對(duì)于相鄰的 熱輥12a，后一級(jí)熱輥的旋轉(zhuǎn)速度是前一級(jí)熱輥的旋轉(zhuǎn)速度的1. 5倍 1. 01倍，優(yōu)選為1. 4 倍 1. 1倍。對(duì)于相鄰的熱輥12a，后一級(jí)熱輥的溫度比前一級(jí)熱輥的溫度優(yōu)選高出3°C 10°C。對(duì)于熱輥12a的排列方式，優(yōu)選為上下兩層排列，原絲經(jīng)過(guò)上層的熱輥后，再經(jīng)過(guò)相 鄰的下層的熱輥，然后再經(jīng)過(guò)上層的相鄰的熱輥。 在每個(gè)熱輥12a上都安裝有橡膠輥12b，所述橡膠輥12b通過(guò)加壓裝置(未示出) 加壓與熱輥12a接觸，然后在熱輥12a的帶動(dòng)下，橡膠輥12b被動(dòng)旋轉(zhuǎn)。原絲在熱輥12a與 橡膠輥12b之間穿過(guò)，這樣，通過(guò)加壓裝置施加在橡膠輥12b上的壓力，增加原絲在每個(gè)熱 輥12a上的摩擦力，可以達(dá)到更好的拉伸效果。對(duì)于熱輥12a的數(shù)量，優(yōu)選為大于100個(gè)。 在本實(shí)用新型提供的牽伸裝置中，聚乙烯原絲的總的牽伸是在每個(gè)相鄰的熱輥之間通過(guò)很 小的牽伸，然后依次疊加實(shí)現(xiàn)的。與現(xiàn)有技術(shù)中的熱牽伸箱的方式相比，由于相鄰熱輥之間 的拉伸比例較小，因此在牽伸時(shí)能夠保護(hù)聚乙烯纖維的分子鏈結(jié)構(gòu)，使聚乙烯纖維產(chǎn)生均 勻的拉伸變形，因此有利于纖維細(xì)旦化，改善纖維條干均勻性，提高高強(qiáng)高模聚乙烯纖維力 學(xué)性能指標(biāo)。 原絲經(jīng)過(guò)牽伸機(jī)12的牽伸后，進(jìn)入本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的舒張機(jī)13，所述舒張機(jī) 由多個(gè)旋轉(zhuǎn)速度相同的冷輥組成(未示出)，對(duì)于舒張機(jī)的輥?zhàn)拥臏囟?，?yōu)選為室溫。舒張 機(jī)的作用是消除纖維巻繞成形前的內(nèi)應(yīng)力，防止筒管變形，同時(shí)為后續(xù)的收絲機(jī)提供牽引 力。 本實(shí)用新型還提供一種制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)線，如圖2所示，為所述 生產(chǎn)線的示意圖。從原絲供入端開(kāi)始依次包括原絲架201、導(dǎo)絲機(jī)202、原絲預(yù)處理機(jī)203、 萃取裝置204、干燥機(jī)205，圖1所示的牽伸裝置、收絲機(jī)206。 所述原絲架201屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的裝置，用于安裝聚乙烯纖維原絲。 所述導(dǎo)絲機(jī)202屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的裝置，包括多個(gè)導(dǎo)絲輥(未示出)，用 于引導(dǎo)聚乙烯纖維進(jìn)入后續(xù)裝置。 所述原絲預(yù)處理機(jī)203包括多個(gè)縱向排列的導(dǎo)絲輥203a，在每個(gè)導(dǎo)絲輥上安裝有 耐油橡膠壓輥203b，所述耐油橡膠壓輥203b與加壓裝置連接，通過(guò)所述加壓裝置對(duì)耐油橡 膠壓輥203b施加壓力，從而將原絲內(nèi)的一部分溶劑油擠出，而改善后續(xù)萃取裝置的萃取效 果，原絲預(yù)處理機(jī)還包括回收油槽(未示出)。 所述萃取裝置204用于去除原絲中的溶劑油，在本實(shí)施方式中，該萃取裝置204包
括四個(gè)密閉連通、且從原絲供入端由低向高排列的萃取箱204a、204b、204c、204d，萃取箱內(nèi)
的萃取液從最高位置的萃取箱204d依次流向最低位置的萃取箱204a，由于原絲的喂入方
向從最低位置的萃取箱204a逐漸喂入到最高位置的萃取箱204b，與萃取液的流向方向相
反，因此可以有效的回收利用含有低濃度溶劑油的萃取液，并且提高萃取效果。 在每個(gè)萃取箱的底部，還連接有壓縮空氣送入裝置(未示出)，用于向萃取箱內(nèi)供
入壓縮空氣，進(jìn)一步提高萃取效果。[0033] 在萃取裝置204后面為干燥機(jī)205，所述干燥機(jī)205從原絲喂入端開(kāi)始依次包括室 溫干燥段205a、中溫干燥段205b、高溫干燥段205c，中溫干燥段的干燥溫度為50°C 70°C， 高溫干燥段的干燥溫度為70°C 90°C ，在干燥機(jī)內(nèi)，萃取劑被從聚乙烯纖維上分離出來(lái)。 對(duì)于中溫干燥度和高溫干燥段的干燥方式，優(yōu)選使用預(yù)定溫度的熱蒸汽進(jìn)行干燥，當(dāng)然，也 可以采用其它干燥方式，對(duì)此本實(shí)用新型并無(wú)特別限制。 在干燥機(jī)的上方，還連接有氣體回收機(jī)207，所述氣體回收機(jī)分別與室溫干燥段 205a、中溫干燥段205b、高溫干燥段205c連接，通過(guò)氣體回收機(jī)207將萃取劑回收。 干燥機(jī)后面設(shè)置有本實(shí)用新型提供的牽伸裝置，用于牽伸經(jīng)過(guò)干燥后的聚乙烯纖 維原絲。 在牽伸裝置后面，為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的收絲機(jī)206，經(jīng)過(guò)舒張機(jī)的聚乙烯纖維 在收絲機(jī)內(nèi)被收成巻筒。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，該生產(chǎn)線內(nèi)的牽伸裝置由多個(gè)旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加的熱輥組成， 因此聚乙烯在所述多個(gè)熱輥之間可以實(shí)現(xiàn)逐步的拉伸，從而最終實(shí)現(xiàn)超倍拉伸。與帶有熱 牽伸箱的牽伸裝置相比，由于相鄰熱輥之間的拉伸比例較小，因此在牽伸時(shí)能保護(hù)聚乙烯 纖維的分子鏈結(jié)構(gòu)，使聚乙烯纖維產(chǎn)生均勻的拉伸變形，因此有利于纖維細(xì)旦化，改善纖維 條干均勻性，提高纖維綜合力學(xué)性能指標(biāo)。 以上對(duì)本實(shí)用新型提供的制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的牽伸裝置和生產(chǎn)線進(jìn)行了 詳細(xì)的介紹，行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行 了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出， 對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以對(duì)本實(shí) 用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種用于制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的牽伸裝置，其特征在于，從原絲供入端一側(cè)依次包括原絲喂入機(jī)、熱輥牽伸機(jī)和舒張機(jī)，所述熱輥牽伸機(jī)由多個(gè)從原絲的供入端一側(cè)旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加的熱輥組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽伸裝置，其特征在于，所述多個(gè)熱輥中后一級(jí)熱輥的旋轉(zhuǎn) 速度是與其相鄰的前一級(jí)熱輥的旋轉(zhuǎn)速度的1. 5倍 1. 01倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽伸裝置，其特征在于，所述原絲喂入機(jī)包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)速度 相同的轉(zhuǎn)輥，每個(gè)轉(zhuǎn)輥上設(shè)置有橡膠輥和加壓裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽伸裝置，其特征在于，所述舒張機(jī)包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)速度相等 的冷輥，所述冷輥的溫度為5°C 20°C。
5. —種用于制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的生產(chǎn)線，從原絲供入端開(kāi)始依次包括原絲架、 導(dǎo)絲機(jī)、原絲預(yù)處理機(jī)、萃取裝置、干燥機(jī)、權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的牽伸裝置、收絲機(jī)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)線，其特征在于，所述原絲預(yù)處理機(jī)包括多個(gè)縱向排列 的導(dǎo)絲輥、和設(shè)置在所述轉(zhuǎn)輥上的橡膠壓輥和加壓裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)線，其特征在于，所述萃取裝置包括密閉連通、且從原絲 供入端由低向高排列的多個(gè)萃取箱，所述萃取箱內(nèi)的萃取液從最高位置的萃取箱依次流向 低位置的萃取箱。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的生產(chǎn)線，其特征在于，所述萃取箱底部還連接有送氣裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)線，其特征在于，所述干燥機(jī)從原絲供入端一側(cè)依次包 括室溫干燥段、中溫干燥段、高溫干燥段。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)線，其特征在于，還包括與干燥機(jī)連接的氣體回收機(jī)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供一種用于制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的牽伸裝置，其特征在于，從原絲供入端一側(cè)依次包括原絲喂入機(jī)、熱輥牽伸機(jī)和舒張機(jī)，所述熱輥牽伸機(jī)由多個(gè)從原絲供入端一側(cè)旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加的熱輥組成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的熱輥牽伸機(jī)由多個(gè)旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加的熱輥組成，因此聚乙烯在所述多個(gè)熱輥之間可以實(shí)現(xiàn)逐步的拉伸，從而最終實(shí)現(xiàn)超倍拉伸。與帶有熱牽伸箱的牽伸裝置相比，由于相鄰熱輥之間的拉伸比例較小，因此在牽伸時(shí)能保護(hù)聚乙烯纖維的分子鏈結(jié)構(gòu)，使聚乙烯纖維產(chǎn)生均勻的拉伸變形，因此有利于纖維細(xì)旦化，改善纖維條干均勻性，提高纖維綜合力學(xué)性能。
文檔編號(hào)D01D11/00GK201495320SQ200920170179
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者吳傳清, 吳志泉, 張遠(yuǎn)軍, 林明清, 高波 申請(qǐng)人:湖南中泰特種裝備有限責(zé)任公司