專利名稱：超高分子量聚乙烯單絲及其熱拉伸加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超高分子量聚乙烯條形材的加工方法，是一種超高分子量聚乙烯單絲 及其熱拉伸加工方法。
背景技術：
超高分子量聚乙烯纖維由于其拉伸強度高等優(yōu)點，目前逐步被廣泛應用，超高分 子量聚乙烯纖維的制作難度較大，目前采用的方法是凍膠紡絲法，這種加工方法不足是對 加工環(huán)境要求較高，需要使用昂貴的溶劑和專業(yè)設備，并且生產(chǎn)效率較低，從而導致超高分 子量聚乙烯絲的生產(chǎn)成本高昂，使超高分子量聚乙烯絲的應用受到較大限制。為此，本領域 許多技術人員近幾年一直致力于研究一種能夠降低超高分子量聚乙烯絲生產(chǎn)成本的制造 方法，但目前為止尚未有新的突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，利用單螺桿擠出機生產(chǎn)的超高分子量聚乙烯管狀坯材，提供一 種超高分子量聚乙烯單絲及其熱拉伸加工方法，從而解決現(xiàn)有技術的不足。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的通過以下技術方案實現(xiàn)超高分子量聚乙烯單絲，采用下 述重量配比的原料超高分子量聚乙烯樹脂93kg、聚乙烯蠟4. 5kg、增塑劑2kg和抗氧化劑 0. 5kg制成圓條狀直徑為0. 15毫米以上的絲條，其中，超高分子量聚乙烯樹脂的分子量為 100-300萬單位，聚乙烯蠟的分子量為3000單位。本發(fā)明的超高分子量聚乙烯單絲熱拉伸加工方法，包括以下步驟①按下述重量配比取原料備用超高分子量聚乙烯樹脂93kg、聚乙烯蠟4. 5kg、增 塑劑2kg和抗氧化劑0. 5kg ；②將各原料混合后置入單螺桿擠出機內(nèi)擠出管材；③在單螺桿擠出機的管材模具出口下部安裝切割刀具，切割刀具沿管材底部下管 壁將管材縱向剖開；④剖開后的管材進入楔形模具內(nèi)，將管材展開成為板型材；⑤將板型材導入第一壓延機內(nèi)進行第一級壓延，第一壓延機的軋輥溫度為 IOO0C -120°c，壓延后得到膜片型坯；⑥將膜片型坯導入第一加熱通道內(nèi)加熱，第一加熱通道內(nèi)的溫度為90°C -120°C, 經(jīng)過第一加熱通道的膜片型坯被引入第二壓延機內(nèi)進行第二級壓延；第二級壓延時，第二 壓延機的輥筒轉(zhuǎn)速是第一壓延機輥筒轉(zhuǎn)速的4倍，使膜片型坯通過第一加熱通道時被拉 伸；⑦經(jīng)過步驟⑥壓延拉伸后的膜片型坯導入第二加熱通道內(nèi)加熱，第二加熱通道的 溫度為 90°C -120°C ；⑧通過第二加熱通道后的膜片型坯導入第三壓延機內(nèi)進行第三級壓延，第三級壓 延時，第三壓延機上使用的兩個軋輥的外表面均分別開設螺旋半圓型凹槽，兩個軋輥上的半圓型凹槽壓合后為圓形，膜片型坯通過第三級壓延后得到圓條形單絲，直徑為2-6毫米， 軋輥溫度為1200C -1400C ；⑨圓條形單絲導入第三加熱通道，第三加熱通道內(nèi)的溫度為130°C，圓條形單絲通 過第三加熱通道加熱后導入第一單輥拉伸機進行拉伸，單輥的外表面上開設半圓型凹槽， 兩凹槽間的距離為凹槽寬度的3-3. 5倍，便于拉伸后平行排列，不破壞單絲外形，圓條形單 絲在單輥上繞2 3圈后進入下一道工序；圓條形單絲經(jīng)過第一單輥拉伸機拉伸后，得到半 成品單絲；⑩將半成品單絲導入第四加熱通道和冷卻通道后進入第二單輥拉伸機，第四加熱 通道內(nèi)的溫度為140°C _145°C，冷卻通道的溫度為15-20°C，半成品單絲經(jīng)過第四加熱通道 及冷卻通道后被第二單輥壓延機拉伸的倍數(shù)為2倍，得到成品單絲； 成品單絲最后進入定型機中定型后收卷；上述步驟中所述的第一加熱通道、第二加熱通道、第三加熱通道及第四加熱通道 的結(jié)構均相同，具體結(jié)構是加熱通道上、下、左、右四壁相互連接成殼體，殼體呈盒狀，采 用合頁連接，可將上下兩部分打開，殼體中間設有空腔，空腔中部行走超高分子量聚乙烯型 材，殼體內(nèi)壁設置保溫層，保溫層與反射層連接，反射層上安裝加熱器，超高分子量聚乙烯 型材上下兩面分別設置第一熱量散射網(wǎng)和第二熱量散射網(wǎng)，熱量散射網(wǎng)與反射層側(cè)壁連 接，加熱通道的前、后壁上分別開設通口，使膜片型坯和單絲半成品通過。步驟④中所述的楔形模具的模具內(nèi)設置了人字形導板，人字形導板的高度由入口 處的最高點向出口處逐漸變低至與出口處成同一平面，人字形導板與模具的兩個側(cè)壁分 別構成了第一分形槽和第二分形槽，模具的頂部放置蓋板，蓋板與人字形導板頂面設有間 距。第一加熱通道的長度和第二加熱通道的長度為0.78-0. 98米。第三加熱通道的長度為 1. 2-1. 5米。第四加熱通道的長度為1. 4-1. 7米。本發(fā)明的加工方法中將原料成份進行了改變，增加了聚乙烯蠟、增塑劑及抗氧化 劑，保證了超高分子量聚乙烯材料在擠出過程中的潤滑性及可塑性等性能，使單絲的加工 既保持了良好的加工性又保持了超高分子量聚乙烯的各種性能。本發(fā)明的加工方法均采 用普通加工設備完成，設備制造成本低，拉伸過程中對環(huán)境無特殊要求，整個加工方法是一 種連續(xù)加工，不停頓，不儲藏，不使用溶劑，對超高分子量聚乙烯產(chǎn)品無任何污染，擴大了超 高分子量聚乙烯單絲的應用范圍。用本發(fā)明方法加工的產(chǎn)品，成本低，生產(chǎn)效率高，直徑為 0. 15毫米以上，抗拉強度能達到600MPa以上，彈性模量達到200g/d以上等。


圖1是本發(fā)明加工方法中使用的各種設備及工藝流程圖；圖2是圖1中A向楔形 模具4的放大結(jié)構示意圖；圖3是圖1中第一加熱通道6的B-B放大剖視結(jié)構示意圖；圖4 是圖1中第三壓延機9上軋輥18的C向放大結(jié)構示意圖；圖5是圖1中第一單輥拉伸機11 中單軋輥19的D向放大結(jié)構示意圖；圖6是圖1中定型機15的E向放大結(jié)構示意圖。圖 7是楔形模具4的立體結(jié)構示意圖。圖中1是單螺桿擠出機，2是管材模具，3是切割刀具，4是楔形模具，5是第一壓延 機，6是第一加熱通道，7是第二壓延機，8是第二加熱通道，9是第三壓延機，10是第三加熱 通道，11是第一單輥拉伸機，12是第四加熱通道，13是冷卻通道，14是第二單輥拉伸機，15是定型機，16是收卷機，17是被加工的超高分子量聚乙烯型材，18是第三壓延機的上軋輥， 19是第一單輥拉伸機的單輥筒，20是定型機上的定型輥，21是電機，22是楔形模具的人字 形導板，23是楔形模具的第一分形槽，24是楔形模具的第二分形槽，25是殼體，26是加熱 器，27是第一熱量散射網(wǎng)，28是第二熱量散射網(wǎng)，29是保溫層，30是反射層，31是蓋板，Dl 是凹槽直徑，D2是凹槽直徑，L是兩凹槽間的間距。
具體實施例方式本發(fā)明進一步的說明如下本發(fā)明的加工方法是對超高分子量聚乙烯材料進行加熱拉伸最后生產(chǎn)出單絲狀 的產(chǎn)品，單絲的直徑為0. 15毫米以上，根據(jù)使用場所的不同，產(chǎn)品單絲的直徑不同，在加工 時，可根據(jù)需要調(diào)整管材的厚度、加熱通道的長度、加熱通道的溫度及壓延機軋輥的速度， 以適應加工過程中的拉伸倍數(shù)。例如管材厚度為8毫米，經(jīng)過本發(fā)明實施例的熱拉伸方法 后，可以得到直徑為0. 2毫米厚的單絲。本發(fā)明的超高分子量聚乙烯單絲，采用下述重量配比的原料，S卩超高分子量聚乙 烯樹脂93kg、聚乙烯蠟4. 5kg、增塑劑2kg和抗氧化劑0. 5kg制成圓條狀直徑為0. 15毫米 以上的絲條，其中，超高分子量聚乙烯樹脂的分子量為100-300萬單位，聚乙烯蠟的分子量 為3000單位。本發(fā)明的加工方法包括以下步驟①按下述重量配比取原料備用超高分子量聚乙烯樹脂93kg、聚乙烯蠟4. 5kg、增 塑劑2kg和抗氧化劑0. 5kg ；②將各原料混合后置入單螺桿擠出機內(nèi)擠出管材；③安裝在單螺桿擠出機底部的切割刀具在管材底部沿下管壁縱向?qū)⒐懿钠书_；④剖開后的管材進入楔形模具內(nèi)，將管材展開成為板型材；⑤將板型材導入第一壓延機內(nèi)進行第一級壓延，第一壓延機的軋輥溫度為 IOO0C _120°C，壓延后得到膜片型坯；⑥將膜片型坯導入第一加熱通道內(nèi)加熱，第一加熱通道內(nèi)的溫度為90°C -120°C, 經(jīng)過第一加熱通道的膜片型坯被引入第二壓延機內(nèi)進行第二級壓延。第二級壓延時，第二 壓延機的輥筒轉(zhuǎn)速是第一壓延機輥筒轉(zhuǎn)速的4倍，使膜片型坯通過第一加熱通道時被拉 伸，拉伸倍數(shù)為第一級壓延后的膜片型坯的4倍；⑦經(jīng)過步驟⑥壓延拉伸后的膜片型坯導入第二加熱通道內(nèi)加熱，第二加熱通道的 溫度為 90°C -120°C ；⑧通過第二加熱通道后的膜片型坯導入第三壓延機內(nèi)進行第三級壓延，第三級壓 延時，第三壓延機上使用的兩個軋輥的外表面均分別開設螺旋半圓型凹槽，兩個軋輥上的 半圓型凹槽壓合后為圓形，膜片型坯通過第三級壓延后得到圓條形單絲，直徑為2-6毫米， 軋輥溫度為1200C -1400C ；⑨圓條形單絲導入第三加熱通道，第三加熱通道內(nèi)的溫度為130°C，圓條形單絲通 過第三加熱通道加熱后導入第一單輥拉伸機進行拉伸，單輥的外表面上開設半圓型凹槽， 兩凹槽間的距離為凹槽寬度的3-3. 5倍，便于拉伸后平行排列，不破壞單絲外形，圓條形單 絲在單輥上繞2 3圈后進入下一道工序，圓條形單絲經(jīng)過第一單輥拉伸機拉伸后，圓條形單絲的拉伸倍數(shù)為進入第三加熱通道圓條形單絲長度的4倍，得到半成品單絲；⑩將半成品單絲導入第四加熱通道和冷卻通道后進入第二單輥拉伸機，第四加熱 通道內(nèi)的溫度為140°C _145°C，冷卻通道的溫度為15-20°C，半成品單絲經(jīng)過第四加熱通 道及冷卻通道后被第二單輥拉伸機拉伸的倍數(shù)為進入第四加熱通道前的2倍，得到成品單 絲； 成品單絲最后進入定型機中定型后收卷；上述步驟中所述的第一加熱通道、第二加熱通道、第三加熱通道及第四加熱通道 的結(jié)構均相同，具體結(jié)構是加熱通道上、下、左、右四壁相互連接成殼體25，殼體25呈盒 狀，采用合頁連接，可將上下兩部分打開，殼體25中間設有空腔，空腔中部行走超高分子量 聚乙烯型材17，殼體25內(nèi)壁設置保溫層29，保溫層29與反射層30連接，反射層30上安裝 加熱器26，超高分子量聚乙烯型材17上下兩面分別設置第一熱量散射網(wǎng)27和第二熱量散 射網(wǎng)28，熱量散射網(wǎng)與反射層30側(cè)壁連接，保證將熱量均勻傳遞給行進的坯材；加熱通道 的前、后壁上分別開設通口，使膜片型坯和單絲半成品通過。本發(fā)明所述第一加熱通道的長度和第二加熱通道的長度為0. 78-0. 98米，第三加 熱通道的長度為1.2-1. 5米，第四加熱通道的長度為1.4-1. 7米。上述加熱通道的長度是 本發(fā)明加工方法中比較好的實施例之一，當然，各加熱通道的長度還可根據(jù)拉伸倍數(shù)的需 要設置，加長或縮短。本發(fā)明步驟④中所述楔形模具4的整體形狀如圖7所示，楔形模具底板為平面， 底板上設置了兩個側(cè)壁，出口寬度大于入口寬度，模具內(nèi)設置了人字形導板22，人字形導板 22的高度由入口處的最高點向出口處逐漸變低至與出口處成同一平面，人字形導板22與 模具的兩個側(cè)壁分別構成了第一分形槽23和第二分形槽24，模具的頂部放置蓋板31，蓋板 31與人字形導板22頂面設有間距，該間距的大小由管材的厚度確定，切割后的管材被導入 楔形模具，管材底部被剖開后由楔形模具的窄口進入，由寬口出來后變成板型材。這種楔形 模具能夠快捷準確的將剖開后的管材展成板型材，為下一工序的熱拉伸提供了良好的型材 ■石出。本發(fā)明方法中使用的單螺桿擠出機的具體結(jié)構與專利號為00215903. 1說明書中 公開的結(jié)構相同。本發(fā)明方法中使用的壓延機均為公知壓延機，本發(fā)明方法中所述的第一 單輥拉伸機和第二單輥拉伸機結(jié)構相同，其結(jié)構與公知壓延機結(jié)構的區(qū)別僅在于去掉了一 個軋輥，其它結(jié)構均與公知的壓延機結(jié)構相同。本發(fā)明方法中所述的定型機15和收卷機16 為公知技術。
權利要求
超高分子量聚乙烯單絲，其特征在于采用下述重量配比的原料超高分子量聚乙烯樹脂93kg、聚乙烯蠟4.5kg、增塑劑2kg和抗氧化劑0.5kg制成圓條狀直徑為0.15毫米以上的絲條，其中，超高分子量聚乙烯樹脂的分子量為100 300萬單位，聚乙烯蠟的分子量為3000單位。
2.超高分子量聚乙烯單絲熱拉伸加工方法，其特征在于包括以下步驟①按下述重量配比取原料備用超高分子量聚乙烯樹脂93kg、聚乙烯蠟4.5kg、增塑劑 2kg和抗氧化劑0. 5kg ；②將各原料混合后置入單螺桿擠出機內(nèi)擠出管材；③在單螺桿擠出機的管材模具出口下部安裝切割刀具，切割刀具沿管材底部下管壁將 管材縱向剖開；④剖開后的管材進入楔形模具內(nèi)，將管材展開成為板型材；⑤將板型材導入第一壓延機內(nèi)進行第一級壓延，第一壓延機的軋輥溫度為 IOO0C -120°c，壓延后得到膜片型坯；⑥將膜片型坯導入第一加熱通道內(nèi)加熱，第一加熱通道內(nèi)的溫度為90°C-120°C，經(jīng)過 第一加熱通道的膜片型坯被引入第二壓延機內(nèi)進行第二級壓延；第二級壓延時，第二壓延 機的輥筒轉(zhuǎn)速是第一壓延機輥筒轉(zhuǎn)速的4倍，使膜片型坯通過第一加熱通道時被拉伸；⑦經(jīng)過步驟⑥壓延拉伸后的膜片型坯導入第二加熱通道內(nèi)加熱，第二加熱通道的溫度 為 90°C -120°C ；⑧通過第二加熱通道后的膜片型坯導入第三壓延機內(nèi)進行第三級壓延，第三級壓延 時，第三壓延機上使用的兩個軋輥的外表面均分別開設螺旋半圓型凹槽，兩個軋輥上的半 圓型凹槽壓合后為圓形，膜片型坯通過第三級壓延后得到圓條形單絲，直徑為2-6毫米，軋 輥溫度為120°C -140°C ；⑨圓條形單絲導入第三加熱通道，第三加熱通道內(nèi)的溫度為130°C，圓條形單絲通過第 三加熱通道加熱后導入第一單輥拉伸機進行拉伸，單輥的外表面上開設半圓型凹槽，兩凹 槽間的距離為凹槽寬度的3-3. 5倍，便于拉伸后平行排列，不破壞單絲外形，圓條形單絲在 單輥上繞2 3圈后進入下一道工序；圓條形單絲經(jīng)過第一單輥拉伸機拉伸后，得到半成品 單絲；⑩將半成品單絲導入第四加熱通道和冷卻通道后進入第二單輥拉伸機，第四加熱通道 內(nèi)的溫度為140°C _145°C，冷卻通道的溫度為15-20°C，半成品單絲經(jīng)過第四加熱通道及冷 卻通道后被第二單輥壓延機拉伸的倍數(shù)為2倍，得到成品單絲； 成品單絲最后進入定型機中定型后收卷；上述步驟中所述的第一加熱通道、第二加熱通道、第三加熱通道及第四加熱通道的結(jié) 構均相同，具體結(jié)構是加熱通道上、下、左、右四壁相互連接成殼體(25)，殼體(25)呈盒 狀，采用合頁連接，可將上下兩部分打開，殼體(25)中間設有空腔，空腔中部行走超高分子 量聚乙烯型材(17)，殼體(25)內(nèi)壁設置保溫層(29)，保溫層(29)與反射層(30)連接，反 射層(30)上安裝加熱器(26)，超高分子量聚乙烯型材(17)上下兩面分別設置第一熱量散 射網(wǎng)(27)和第二熱量散射網(wǎng)(28)，熱量散射網(wǎng)與反射層(30)側(cè)壁連接，加熱通道的前、后 壁上分別開設通口，使膜片型坯和單絲半成品通過。
3.根據(jù)權利要求2所述的超高分子量聚乙烯單絲熱拉伸加工方法，其特征在于步驟④中所述的楔形模具的模具內(nèi)設置了人字形導板(22)，人字形導板(22)的高度由入口處 的最高點向出口處逐漸變低至與出口處成同一平面，人字形導板(22)與模具的兩個側(cè)壁 分別構成了第一分形槽(23)和第二分形槽(24)，模具的頂部放置蓋板(31)，蓋板(31)與 人字形導板(22)頂面設有間距。
4.根據(jù)權利要求2所述的超高分子量聚乙烯單絲熱拉伸加工方法，其特征在于第一 加熱通道的長度和第二加熱通道的長度為0. 78-0. 98米。
5.根據(jù)權利要求2所述的超高分子量聚乙烯單絲熱拉伸加工方法，其特征在于第三 加熱通道的長度為1.2-1. 5米。
6.根據(jù)權利要求2所述的超高分子量聚乙烯單絲熱拉伸加工方法，其特征在于第四 加熱通道的長度為1.4-1. 7米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超高分子量聚乙烯單絲及其熱拉伸加工方法，采用下述重量配比的原料超高分子量聚乙烯樹脂、聚乙烯蠟、增塑劑和抗氧化劑制成圓條狀的絲條，其熱拉伸加工方法包括以下步驟按重量配比取上述原料備用；將各原料混合后置入單螺桿擠出機內(nèi)擠出管材；在單螺桿擠出機下部安裝切割刀具將管材縱向剖開的管材展開成為板型材；將板型材壓延后得到膜片型坯通過第一加熱通道時被拉伸；經(jīng)過拉伸后的膜片型坯導入熱通道內(nèi)加熱；通過導入壓延機內(nèi)得到圓條形單絲；圓條形單絲導入拉伸機進行拉伸得到半成品單絲、進入拉伸機拉伸得到成品單絲；最后定型后收卷；用本發(fā)明方法加工的產(chǎn)品成本低，生產(chǎn)效率高，直徑為0.15毫米以上，抗拉強度能達到600MPa以上，彈性模量達到200g/d以上等。
文檔編號D01F6/46GK101962820SQ201010506619
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權日2010年10月14日
發(fā)明者劉阜東 申請人:劉阜東