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国内超高分子量聚乙烯纤维生产概况
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超高分子量聚乙烯纤维是一种新材料,它的应用领域很广泛,从航空航天到国防军事,再到民用绳网,都有着它广阔的应用市场和开发领域。目前国内此纤维的产业化生产,大约已有13年了。早期投产的有三家,分别在宁波、湖南、北京。三家的生产方式各有不同,产品也各有千秋。但是,由于此种纤维的自身特性和超高分子量的特点,它与一般常规化纤的生产有着很大差异。常规化纤[短纤]的总欠伸倍数一般为:几倍--20倍就可以了,而这种冻胶纤维的总欠伸倍数要100多倍,为何要拉伸这麽多倍呢?这是由于溶剂的存在,使纤维中链缠结交联点的数目减少而至。也就是说,此种纤维,它从纺丝喷丝板到产品成型需要一段漫长的过程才能实现,过程长了,环节就多了,控制起来,困难自然也就多了。它就像一条链子,不论少了哪一环,整条链子都会断裂。
??? 在生产的每一个过程中,要严格控制纤维的外在技术指标,更要掌握、了解纤维的内在分子结构变化,看它内在结构的变化,符合不符合它在这一工段中所能达到的工艺要求。换句话说:纤维在每一道生产过程中,它的内外技术指标变化是不是人们所希望应达到的状态。所以,在生产过程中,半成品的物检、化验是不可缺少的中间控制手段。
??? 要想生产出合格的产品,并且要达到一定的制成率,确实不易。目前,在这一领域的理论认知程度,还有待于进一步的研究提高,特别是成熟的大规模产业化生产技术,还不是十分成熟。情况不一,大体上分析:有技术问题,有设备问题,还有的是控制方法问题。当然,人员、资金问题也不能排除。
??? 超高分子量聚乙烯纤维的生产是高科技,生产过程中每一道环节的控制,都很严谨,控制精度很高。有的工段,温度相差1度,线速度相差 0.1米/分,就会产生大量毛丝及断头,造成缠辊现象,而常规化纤的生产就不需如此严格。
纤维的制作,总体上说与常规聚酯短纤的制作有相似之处。它的主要生产工序如下:原料的制备——双螺杆挤压机——纺丝箱——喷丝板——萃取——干燥——加热牵伸——卷绕成型。
原料的制备:目前,国内外原料的制备方法不一,采用的溶剂不同,含固量也不一样。所以,没有固定的统一模式,生产制作的设备差异也很大,而常规熔融纺是不加溶剂的。但不论采取那种方式,最终都能达到所需的效果。因生产是连续化的,所以原料的配比不能有波动,要求始终均匀一致。虽然含固量的提高,是提高产量的重要手段之一,但拉伸比也随之提高,整体车速都要响应加快,增加了操作难度,毛丝的产生量相比明显增多,不易把握。但,若能将含固量的百分比控制在适当的浓度内,还是可以的,要根据自身情况,量力而行。提高计量泵的转速也是提高产量的有效手段之一。
双螺杆挤压机:螺杆挤压机对物料起着输送—搅拌—加热—加压等作用。首先,进入“螺杆”之前的浆料要脱泡,不能含有水汽,物料在输送过程中,要得到充分的混练搅拌。各区的加热温度,要结合螺杆上捏合块的位置加以设定,并且要保证一定的输送压力。螺杆捏合块的设定,理论性很强,不同的组合,对物料的搅拌,会有不同的效果。
纺丝箱:它的作用主要是保温;控温;均匀的将物料分配到每一个纺丝组件。
喷丝板:由计量泵将物料挤压变为丝条,就是通过喷丝板实现的,板的孔径大小及刨面形状是它的重要技术参数,它对纤维的成型及拉伸性能的好坏,起着至关重要的作用。这一环节,可以称作生产当中的龙头之处。纺丝箱和喷丝板处的温度是统一整体考虑的,温度的设定参数,是通过观察喷出丝的熔融状态而设定的。要想控制好它,是需要有一些具体技术条件和实践经验来判断。。
萃取:主要是将丝条中大量的溶剂萃取、置换出来,从而得到“纯”度的高强度聚乙烯纤维。萃取剂的选取,厂家各有不同,生产工艺也不一样。到目前为止,很难找到一种即经济实用、安全环保,萃取效果又好,还无毒、无味的理想萃取剂[在国际上,也是一个长期不宜解决的难题]。
??? 从纺丝到萃取这一工段中,丝条随机不断的拉伸,从外观上看,由粗变细,由半透明到半乳白,丝的可拉伸性也逐渐提高,有了一点“强度”。若从丝的内部看,原料的分子结构并无大的变化,大分子之间没有定向排列,还是处在无序状态,分子之间被大量的溶剂包裹隔离着,不能形成分子链,若分子链形不成,丝也就不可能有真正的强力。而这时的纤维内部,实际上象是一个圆管型网状体,聚乙烯的分子颗粒在其管网之中,随着纤维的不断拉伸变细,溶剂不断的析出,管网的形状也由圆到长,由梳到密,物料分子之间密度逐渐增加,大分子的排列,也由紊乱状态向部分有序状态逐步转变。
干燥:干燥工序,主要目的是将粘于丝条上的萃取剂祛除烘干,以备牵伸之用。这道工序控制起来,看似简单,实为较难,在工艺温度及张力上稍有掌握不当,就会产生大量的并丝、疆丝现象,导致半成品丝束无法继续加工。干燥温度和干燥长度的把握是其关键所在。此工序不可小视,它直接关系到后牵伸的产品质量。
加热牵伸:超高分子量聚乙烯纤维的牵伸与常规涤纶短纤的牵伸工艺,从形式上看基本一样,但要求控制的精度大有不同。此纤维必须采取多级牵伸方式,才能达到高强、高模的特性。每一级欠牵伸过程中,分子间结构都有很大的变化。随着拉伸,大分子间由无序状向有序状,定向排列,结晶度也随之逐渐提高。只有在纤维的大分子沿纤维轴向的取向度提高,大分子链产生的数量就多,抱合力就越大,纤维的强力自然也就越高。纤维的结晶度提高,初始模量也自然提高,纤维在抗外力的作用下,伸长越小,变形量也越小。
??? 纤维在欠伸过程中,欠伸倍数尽量要大,要让纤维有突然的拉伸变化,才更能促使大分子间的有序取向和高度结晶。纤维的内部结晶,是在高取向度形成的同时,发生结晶转变的。由于此种纤维的分子量较高,抗外力的作用强,生产上只能采取热拉伸工艺。所以,需配有较高的拉伸温度,才能实现高倍牵伸。每一级拉伸,温度不一,要根据丝条在以前工序中的状态而定,没有定数,但一定要在纤维自身能承受的温度范围以内。生产中,一般不超过摄氏温度155度。否则,会有硬丝,僵丝的产生。
卷绕成型:丝卷成型的要求:丝筒无塌边,无毛边,丝束要定长,定重。所谓定长、定重,决不是简单的指,对丝束长度、重量的要求,它的内涵很深,若能准确把握,是非常困难的。它是在要求,所有的生产工序必须很正常、很稳定,纤维的纤度只有始终均匀一致,才能有所保障。倘若谁能真正做到定长、定重的技术水平,谁就达到了高强纤维这一领域里的顶峰。
???? 所有生产工艺的制定,都有着它的独立性,一套设备,配一套工艺。所谓“工艺”一词的含义,就是要灵活的掌握生产制造艺术。在生产实践中,工艺参数是需要随时随地的不断调整,根据纤维的生产状态,随行就市,决不可以生搬硬套。
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?? ?因为,此种纤维的生产线,从筹建到产品,我们已做过几条了,所以,对行业内情况也略知一二。但由于各企业之间信息往来很少,沟通不多的原因,所以,看法、观点未必一致,只能各持己见。
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??? 在早期投产的老厂中,北京生产的纤维质量,不论在品质上,还是在制成率及稳定性上,都较比更好一些。技术管理人员的结构也比较合理,分工明确。这给纤维的产品质量奠定了一定的坚实基础。
??? 山东有一新企业,从建厂到生产,又从生产到产品出口,仅用了一年多的时间。是目前国内发展速度最快的企业。它生产的纤维成品,主要技术指标如下:强力--32cN/dtex; 断裂伸长率--2.2 %;初始 摸量--1300 cN/dtex;其产品的制成率也比较高,属上乘.但是,与其他企业一样,仍然还存在一些纤维质量问题,特别是在产品的稳定性和一致性方面,与荷兰;美国公司相比,还是有一定的差距。
??? 近年来,国内又有几家公司也在上此项目。有的已投产,有的正在试车,还有的正在筹建之中.这是件好事,值得推广,但要具体操作起来困难还是不少的.就看现在已生产的几家公司中,都不乏高技术人才,也都曾经先后接受过一流专家、教授的指点,企业自身也摸索、积累了很多宝贵的生产经验,但产品质量至今仍未能达到理想的状态。如果,这种纤维制作很容易的话,各厂家就不会还在受某些技术问题的烦扰。分析起来,不过是程度不同而已。这一实际情况,希望能引起再建者的高度重视,还当谨慎从事。??????? ?????????