[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维牵伸方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维牵伸方法，具体涉及超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)牵伸方法。 

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、芳纶纤维之后的第三代高性能纤维。 

超高分子量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备超高分子量聚乙烯纤维的专利(US4344908、特公昭64-8732、US4422993)。冻胶纺丝技术又称凝胶纺丝技术，是指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，干燥后，经过30倍～160倍的超倍热拉伸得到高强、高模聚乙烯纤维。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，因此制备出的聚乙烯纤维具有非常高的强度和模量，耐冲击性能优异，应用比较广泛。 

在冻胶纺丝技术中，通常使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，同时对聚乙烯施加一定牵倍的喷头拉伸得到超高分子量冻胶原丝，为超倍热拉伸奠定基础。超倍热拉伸是制备超高分子量聚乙烯的关键环节，在超倍热拉伸的过程中，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，彼此之间增加作用力增加，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，因此通常采用两级或两级以上的多级拉伸工艺制备超高分子量聚乙烯纤维，随着拉伸温度的不断提高，拉伸比也不断增加。请参见图3，为现有技术牵伸聚乙烯纤维的方法，超高分子量聚乙烯原丝310依次经过第一牵伸机301、第二牵伸机302的两级拉伸，第一牵伸机包括牵引辊组301a、电机驱动装置301b，第二牵伸机包括牵引辊组302a、电机驱动装置302b。由于每个牵伸机是独立驱动的，而且在实际生产中，需要对至少十几束、甚至多达上百束的纤维同时进行拉伸。例如当第一牵伸机对纤维施加Q倍的牵伸后，第二牵伸机再对纤维施加牵伸时，由于纤维上的巨大拉力，会使第一牵伸机实际的牵倍数降低，达不到Q倍，甚至出现打滑的现象。显然，这不利于控制拉伸比，导致工艺不可控，而且还存在牵伸效率低下的问题。

因此，需要一种能够控制拉伸比的超高分子量聚乙烯纤维的牵伸方法。 

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种牵伸比可控的超高分子量聚乙烯纤维的牵伸方法。 

为解决以上技术问题，本发明提供一种超高分子量聚乙烯纤维牵伸方法，包括步骤： 

a1)将待拉伸的超高分子量聚乙烯原丝通过温度为70℃～160℃的第一热甬道加热后依次喂入第一牵伸机、第二牵伸机，所述第一牵伸机对原丝施加牵倍Q₁为1倍～60倍的牵伸，所述第二牵伸机对原丝施加牵倍Q₂为1倍～60倍的牵伸后得到超高分子量聚乙烯纤维，所述第一热甬道的长度的米数L1与第一牵伸机的牵倍Q1满足如下的关系：0.8Q1≤L1≤2.0Q1，所述第一牵伸机和第二牵伸机由驱动装置通过传动轴加载。 

优选的，所述传动轴包括传递载荷的第一啮合构件和第二啮合构件，所述第一牵伸机包括与所述第二啮合构件相啮合的第三啮合构件，所述第二牵伸机包括与所述第一啮合构件相啮合的第四啮合构件。 

优选的，所述步骤a1)前还包括步骤： 

a0)将萃取后的超高分子量聚乙烯原丝喂入温度为50℃～70℃的干燥装置进行干燥，所述干燥装置包括导丝辊组，所述导丝辊组由驱动装置通过传动轴施加载荷。 

优选的，所述第一热甬道的长度的米数L₁与第一牵伸机的牵倍Q₁满足下面的关系：0.5Q₁≤L₁≤1.5Q₁。 

优选的，所述第二牵伸机的牵倍Q₂小于第一牵伸机的牵倍Q₁。