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    防彈頭盔重要材料-超高分子量聚乙烯纖維的制作過程

    發布時間:2018-11-21  閱讀:1003次
     超高分子量聚乙烯纖維的主要生產工序如下:
     
    原料的制備——雙螺桿擠壓機——紡絲箱——噴絲板——萃取——干燥——加熱牽伸——卷繞成型。 
     
    制備原料
     
    當前,國內外原料的制備方法不一,采用的溶劑不同,含固量也不一樣。所以,沒有固定的統一模式,生產制作的設備差異也很大,而常規熔融紡是不加溶劑的。但不論采取那種方式,最終都能達到所需的效果。因生產是連續化的,所以原料的配比不能有波動,要求始終均勻一致。雖然含固量的提高,是提高產量的重要手段之一,但拉伸比也隨之提高,整體車速都要相應加快,增加了操作難度,毛絲的產生量相比明顯增多,不易把握。但若能將含固量的百分比控制在適當的濃度內,還是可以的,因此要根據自身情況,量力而行。提高計量泵的轉速也是提高產量的有效手段之一。
     
    攪拌物料
     
    螺桿擠壓機對物料起著輸送—攪拌—加熱—加壓等作用。首先,進入“螺桿”之前的漿料要脫泡,不能含有水汽,物料在輸送過程中,要得到充分的混練攪拌。各區的加熱溫度,要結合螺桿上捏合塊的位置加以設定,并且要保證一定的輸送壓力。螺桿捏合塊的設定,理論性很強,不同的組合,對物料的攪拌,會有不同的效果。
     
    紡絲
     
    紡絲箱的作用主要是保溫;控溫;均勻的將物料分配到每一個紡絲組件。
     
    噴絲
     
    由計量泵將物料擠壓變為絲條,就是通過噴絲板實現的,板的孔徑大小及刨面形狀是它的重要技術參數,它對纖維的成型及拉伸性能的好壞,起著至關重要的作用。紡絲箱和噴絲板處的溫度匹配,通過觀察噴出絲的熔融狀態設定溫度參數。但要想精確控制,還需要具備一些具體技術條件和實踐經驗。
     
    萃取
     
    主要是將絲條中大量的溶劑萃取、置換出來,從而得到“純”度的高強度聚乙烯纖維。萃取劑的選取,廠家各有不同,生產工藝也不一樣。到目前為止,很難找到一種即經濟實用、安全環保,萃取效果又好,還無毒、無味的理想萃取劑。在國際上,也是一個長期不宜解決的難題。
     
    從紡絲到萃取這一工段中,絲條隨機不斷的拉伸,從外觀上看,由粗變細,由半透明到半乳白,絲的可拉伸性也逐漸提高,有了一點“強度”。若從絲的內部看,原料的分子結構并無大的變化,大分子之間沒有定向排列,還是處在無序狀態,分子之間被大量的溶劑包裹隔離著,不能形成分子鏈,若分子鏈形不成,絲也就不可能有真正的強力。而這時的纖維內部,實際上象是一個圓管型網狀體,聚乙烯的分子顆粒在其管網之中,隨著纖維的不斷拉伸變細,溶劑不斷的析出,管網的形狀也由圓到長,由梳到密,物料分子之間密度逐漸增加,大分子的排列,也由紊亂狀態向部分有序狀態逐步轉變。
     
    干燥
     
    干燥工序,主要目的是將粘于絲條上的萃取劑祛除烘干,以備牽伸之用。這道工序控制起來,看似簡單,實為較難,在工藝溫度及張力上稍有掌握不當,就會產生大量的并絲、僵絲現象,導致半成品絲束無法繼續加工。干燥溫度和干燥長度的把握是其關鍵所在。此工序不可小視,它直接關系到后牽伸的產品質量。
     
    加熱牽伸
     
    超高分子量聚乙烯纖維的牽伸與常規滌綸短纖的牽伸工藝,從形式上看基本一樣,但要求控制的精度大有不同。此纖維必須采取多級牽伸方式,才能達到高強、高模的特性。每一級欠牽伸過程中,分子間結構都有很大的變化。隨著拉伸,大分子間由無序狀向有序狀,定向排列,結晶度也隨之逐漸提高。只有在纖維的大分子沿纖維軸向的取向度提高,大分子鏈產生的數量就多,抱合力就越大,纖維的強力自然也就越高。纖維的結晶度提高,初始模量也自然提高,纖維在抗外力的作用下,伸長越小,變形量也越小。
     
    纖維在牽伸過程中,牽伸倍數盡量要大,要讓纖維有突然的拉伸變化,才更能促使大分子間的有序取向和高度結晶。纖維的內部結晶,是在高取向度形成的同時,發生結晶轉變的。由于此種纖維的分子量較高,抗外力的作用強,生產上只能采取熱拉伸工藝。所以,需配有較高的拉伸溫度,才能實現高倍牽伸。每一級拉伸,溫度不一,要根據絲條在以前工序中的狀態而定,沒有定數,但一定要在纖維自身能承受的溫度范圍以內。生產中,一般不超過攝氏溫度155度。否則,會有硬絲,僵絲的產生。
     
    卷繞成型
     
    絲卷成型的要求:絲筒無塌邊,無毛邊,絲束要定長,定重。所謂定長、定重,決不是簡單的指,對絲束長度、重量的要求,它的內涵很深,若能準確把握,是非常困難的。它是在要求,所有的生產工序必須很正常、很穩定,纖維的纖度只有始終均勻一致,才能有所保障。倘若誰能真正做到定長、定重的技術水平,誰就達到了高強纖維這一領域里的頂峰。

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