一种用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法与流程

1.本发明涉及超高分子量聚乙烯纤维牵伸技术领域，尤其涉及一种用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法。


背景技术：

2.超高分子量聚乙烯纤维，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，其分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。
3.此类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。
4.现有的超高分子量聚乙烯纤维随着线径的不同，会存在不同的牵伸方法，但是现有的连续牵伸工艺，一般通过增设牵伸辊组实现，即具有多组牵伸辊的牵伸设备，这无疑增加了生产成本。对于多级的牵伸设备，其本身的牵伸辊组结构基本相同，区别在于各牵伸辊组之间存在转速差，牵伸力矩差，如能够通过装配式的结构将牵伸辊组进行调节及重装，将大大降低各型牵伸设备的多样性，为此，提出一种通过新型牵伸装置实现超高分子量聚乙烯纤维连续牵伸方法。


技术实现要素：

5.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
6.鉴于上述现有用于超高分子量聚乙烯纤维的生产牵伸方法存在的问题，提出了本发明。
7.因此，本发明目的是提供一种用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法，其目的在于通过新型牵伸装置实现超高分子量聚乙烯纤维生产的连续牵伸方法。
8.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法，此牵伸方法包括以下步骤：
9.s1：将多组纤维丝条整理汇集并引入集束单元中；
10.s2：经由所述集束单元输出端输出的纤维丝条再引入牵伸单元内，所述纤维丝条与所述牵伸单元中的第一牵伸辊组绕接，自此输入端引入，在初步牵伸后由其输出端引出；
11.s3：将所述第一牵伸辊组输出端引出的纤维丝条导入水浴单元中的水浴槽内，纤维丝条浸润在加热溶液内，并由导向辊组导出，引入第二牵伸辊组的输入侧；
12.s4：纤维丝条绕接穿过第二牵伸辊组，自所述第二牵伸辊组的输出端引出，在进行二次热牵伸后引入定型单元中；
13.s5：纤维丝条经由引导辊组导入，进入热定型机的蒸汽热管道中，在热定型后，再经由引导辊组导出，引入第三牵伸辊组；
14.s6：纤维丝条绕接穿过第三牵伸辊组，并最终由其输出端输出纤维丝束，进入下一步卷绕工序。
15.作为本发明所述用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法的一种优选方案，其中：所述集束单元包括集束架和设置于所述集束架上集束辊组和导辊；所述纤维丝条穿过所述集束辊组并与所述导辊的侧壁滚动接触。
16.作为本发明所述用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法的一种优选方案，其中：所述第一牵伸辊组和第三牵伸辊组的结构相同，均包括由若干牵伸辊平行排列的上行牵伸辊和下行牵伸辊，所述上行牵伸辊和下行牵伸辊依次交替间隔排列；所述纤维丝条自输入侧的下行牵伸辊接入，再由输出侧的下行牵伸辊输入，中间绕接穿过上行牵伸辊。
17.作为本发明所述用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法的一种优选方案，其中：所述第二牵伸辊组包括两组主动牵伸辊和位于两组所述主动牵伸辊之间的花式牵伸辊，所述主动牵伸辊成对设置，且其辊面的边缘侧壁配合接触，两组辊面的接触面处于同一水平面；两组所述主动牵伸辊同向转动，且二者之间具有转速差；所述纤维丝条滚动夹持在成对的主动牵伸辊和花式牵伸辊之间，分别与二者的辊面接触。
18.作为本发明所述用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法的一种优选方案，其中：所述花式牵伸辊的辊筒包括转轴、套设于所述转轴外侧壁上的牵伸辊筒和配合套接于所述转轴上且位于所述牵伸辊筒端部的限位套；所述限位套通过螺纹配合于所述转轴的外侧壁上。
19.作为本发明所述用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法的一种优选方案，其中：所述转轴的一端侧壁上具有挡块，且其具有所述挡块的轴体侧壁上设置有定位销，所述转轴中部的杆体侧壁上还开设有若干组限位槽。
20.作为本发明所述用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法的一种优选方案，其中：所述牵伸辊筒包括外辊筒和配合插接于所述外辊筒内的插接筒；所述外辊筒远离所述插接筒一侧内轴腔侧壁上具有定位槽，所述定位销能够配合卡接于所述定位槽内。
21.作为本发明所述用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法的一种优选方案，其中：所述外辊筒的筒面具有凸出区和凹陷区，二者连续交替分布，且所述凸出区能够配合于所述凹陷区内。
22.作为本发明所述用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法的一种优选方案，其中：所述外辊筒的轴向侧壁中开设有插接槽，所述插接槽通过数量不少于组的限位通槽与所述外辊筒的内轴腔相通，所述限位通槽内滑动配合有限位柱；插接筒配合插接于所述插接槽内，且其内侧壁能够与所述限位柱的端部接触。
23.作为本发明所述用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法的一种优选方案，其中：所述限位柱和限位通槽两端的径向直径小于各自中部的径向直径，所述限位柱的轴向长度大于所述限位通槽的轴向长度；所述限位柱滑动于所述限位通槽的槽腔内，任一时刻，所述限位柱仅有一端侧壁能完全伸出于所述限位通槽的槽腔，并伸入所述限位槽内。
24.本发明的有益效果：
25.本发明通过将多组牵伸丝条引入集束单元汇集整理，再引入牵伸单元中进行多级连续牵伸，牵伸单元采用了多组牵伸辊组，且第二牵伸辊组，采用装配式的花瓣状牵伸辊，使得纤维丝条能够更精细牵伸，水浴单元对牵伸的纤维丝束进行湿润预热，提高牵伸应力，
而定型单元则用于消除纤维丝束拉伸后的内应力，降低热收缩率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
27.图1为本发明用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法的流程步骤示意图。
28.图2为本发明用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法中牵伸设备的整体结构示意图。
29.图3为本发明用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法中牵伸设备的平面结构示意图。
30.图4为本发明用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法中牵伸设备的局部y放大结构示意图。
31.图5为本发明用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法中牵伸设备的花式牵伸辊具体结构示意图。
32.图6为本发明用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法中牵伸设备的牵伸辊组合状态示意图。
33.图7为本发明用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法中牵伸设备的外辊筒端部结构示意图。
34.图8为本发明用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法中牵伸设备的花式牵伸辊径向截图结构示意图。
具体实施方式
35.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
36.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
37.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
38.再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
39.实施例1
40.参照图1，为本发明第一个实施例，提供了一种用于超高分子量聚乙烯纤维生产的牵伸方法，此牵伸方法包括以下步骤：
41.s1：将多组纤维丝条s整理汇集并引入集束单元100中；
42.s2：经由集束单元100输出端输出的纤维丝条s再引入牵伸单元200内，纤维丝条s与牵伸单元200中的第一牵伸辊组201绕接，自此输入端引入，在初步牵伸后由其输出端引出；
43.s3：将第一牵伸辊组201输出端引出的纤维丝条s导入水浴单元300中的水浴槽301内，纤维丝条s浸润在加热溶液内，并由导向辊组302导出，引入第二牵伸辊组202的输入侧；
44.s4：纤维丝条s绕接穿过第二牵伸辊组202，自第二牵伸辊组202的输出端引出，在进行二次热牵伸后引入定型单元400中；
45.s5：纤维丝条s经由引导辊组402导入，进入热定型机401的蒸汽热管道中，在热定型后，再经由引导辊组402导出，引入第三牵伸辊组203；
46.s6：纤维丝条s绕接穿过第三牵伸辊组203，并最终由其输出端输出纤维丝束p，进入下一步卷绕工序。
47.集束单元100包括集束架101和设置于集束架101上的集束辊组102和导辊103；纤维丝条s穿过集束辊组102并与导辊103的侧壁滚动接触。
48.将干燥后且粗制的多组纤维丝条s引入集束单元100中，穿过集束辊组102，并经过导辊103引出，输入给牵伸单元200中，具体的，牵伸单元200中包含有至少三个牵伸辊组，即第一牵伸辊组201、第二牵伸辊组202和第三牵伸辊组203；需要说明的是，水浴单元300位于第一牵伸辊组201和第二牵伸辊组202之间，定型单元400位于第二牵伸辊组202和第三牵伸辊组203之间，纤维丝条s自第一牵伸辊组201的输入侧接入，输出侧引出，并导向水浴单元300中，在水浴槽301内浸润并由导向辊组302导出，并由第二牵伸辊组202的输入侧输入，输出侧输出，再导入定型单元400中，在热定型机401的蒸汽热管道的热定型，并由引导辊组402导出，并由第三牵伸辊组203的输入侧输入，最后从其输出侧输出。
49.实施例2
50.参照图2～8，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：第一牵伸辊组201和第三牵伸辊组203的结构相同，均包括由若干牵伸辊g平行排列的上行牵伸辊和下行牵伸辊，上行牵伸辊和下行牵伸辊依次交替间隔排列；纤维丝条s自输入侧的下行牵伸辊接入，再由输出侧的下行牵伸辊输入，中间绕接穿过上行牵伸辊。
51.第二牵伸辊组202包括两组主动牵伸辊202a和位于两组主动牵伸辊202a之间的花式牵伸辊202b，主动牵伸辊202a成对设置，且其辊面的边缘侧壁配合接触，两组辊面的接触面处于同一水平面；两组主动牵伸辊202a同向转动，且二者之间具有转速差；纤维丝条s滚动夹持在成对的主动牵伸辊202a和花式牵伸辊202b之间，分别与二者的辊面接触。
52.花式牵伸辊202b的辊筒包括转轴202b-1、套设于转轴202b-1外侧壁上的牵伸辊筒202b-2和配合套接于转轴202b-1上且位于牵伸辊筒202b-2端部的限位套202b-3；限位套202b-3通过螺纹配合于转轴202b-1的外侧壁上。
53.转轴202b-1的一端侧壁上具有挡块202b-11，且其具有挡块202b-11的轴体侧壁上设置有定位销202b-12，转轴202b-1中部的杆体侧壁上还开设有若干组限位槽202b-13。
54.牵伸辊筒202b-2包括外辊筒202b-21和配合插接于外辊筒202b-21内的插接筒202b-22；外辊筒202b-21远离插接筒202b-22一侧内轴腔侧壁上具有定位槽d，定位销202b-12能够配合卡接于定位槽d内。
55.外辊筒202b-21的筒面具有凸出区a和凹陷区u，二者连续交替分布，且凸出区a能
够配合于凹陷区u内。
56.外辊筒202b-21的轴向侧壁中开设有插接槽c，插接槽c通过数量不少于1组的限位通槽t与外辊筒202b-21的内轴腔相通，限位通槽t内滑动配合有限位柱x；插接筒202b-22配合插接于插接槽c内，且其内侧壁能够与限位柱x的端部接触。
57.限位柱x和限位通槽t两端的径向直径小于各自中部的径向直径，限位柱x的轴向长度大于限位通槽t的轴向长度；限位柱x滑动于限位通槽t的槽腔内，任一时刻，限位柱x仅有一端侧壁能完全伸出于限位通槽t的槽腔，并伸入限位槽202b-13内。。
58.相较于实施例1，进一步的，第一牵伸辊组201和第三牵伸辊组203可采用现有的牵伸辊组结构，也即，采用五辊、七辊或九辊的组合牵伸结构，区分为引导上行的上行牵伸辊和引导下行的下行牵伸辊，上、下行牵伸辊依次交替间隔排列，实现初步的多级牵伸效果。
59.在第二牵伸辊组202中，具有三组牵伸辊中，即两侧的主动牵伸辊202a和中间的花式牵伸辊202b，其中两侧的主动牵伸辊202a结构相同，靠近第一牵伸辊组201的主动牵伸辊202a为输入方向，靠近第三牵伸辊组203的主动牵伸辊202a为输出方向；三组辊筒均为成对设置，成对辊筒的边缘滚动接触，两侧的主动牵伸辊202a既用于纤维丝束的夹持，也利用二者转速差对纤维丝束进行牵伸；而花式牵伸辊202b用于对纤维丝束牵伸的调节。
60.具体的，花式牵伸辊202b中的转轴202b-1与牵伸辊筒202b-2为配合套接，且通过限位套202b-3对套设在转轴202b-1上的牵伸辊筒202b-2进行限位固定。其中，转轴202b-1侧壁上的挡块202b-11用于限定牵伸辊筒202b-2的套接位置，而定位销202b-12用于配合定位槽d，进而使得转轴202b-1稳定驱动牵伸辊筒202b-2转动，转轴202b-1轴体侧壁上的限位槽202b-13用于配合限位柱x，将牵伸辊筒202b-2与转轴202b-1稳定配合相连。
61.进一步的，牵伸辊筒202b-2包括外辊筒202b-21和插接筒202b-22两部分，其中，外辊筒202b-21的筒面具有交替分布的凸出区a和凹陷区u，其径向截面呈规则的花瓣状，且凸出区a能够配合于凹陷区u内，在两组主动牵伸辊202a的固定间距下，凸出区a和凹陷区u能够增大纤维丝束的牵伸距离，提高纤维丝束的夹持力度，并减小各段丝束的牵伸间距，提高牵伸的精度。
62.更近一步的，在外辊筒202b-21的中部，具有套接在转轴202b-1上的轴腔，定位槽d开设在此轴腔的端部侧壁上；在外辊筒202b-21远离定位槽d一侧的轴向侧壁中开设有沿着其轴体方向的插接槽c，插接槽c的深度小于牵伸辊筒202b-2的轴体长度，插接槽c与牵伸辊筒202b-2的轴腔通过限位通槽t连通，插接筒202b-22能够配合插接在插接槽c内，且插接筒202b-22的内筒面能够与限位柱x的端部配合接触，进而对限位柱x的位置进行限位。
63.还需要说明的是，限位通槽t的槽腔为椭圆形，其两端与插接槽c和外辊筒202b-21的轴腔相通，而限位柱x被限位滑动在限位通槽t内，由于限位柱x的轴向长度大于限位通槽t的长度，因而，限位柱x的两端能够同时伸出于限位通槽t的槽腔，但是，任一时刻，限位柱x仅有一端侧壁能完全伸出于限位通槽202b-12的槽腔，此时，限位柱x的伸出端能够配合于限位槽202b-13内。
64.其余结构与实施例1的结构相同。
65.结合附图1～8中所示，此牵伸单元在使用时，对于第二牵伸辊组202中的花式牵伸辊202b，在其固定安装状态，插接筒202b-22插接在插接槽c中，限位柱x的一端与插接筒202b-22的内筒面接触，使其另一端完全凸出于限位通槽t，从而卡接于限位槽202b-13内，
限位套202b-3对插接状态的插接筒202b-22的限位，从而使得第二牵伸辊组202中的辊筒形成稳定组合状态。
66.当需要维护装卸或更换花式牵伸辊202b时，拧动限位套202b-3，将限位套202b-3从转轴202b-1的螺纹区松动或拧下，此时，插接筒202b-22无限位套202b-3的限制，能够从插接槽c中取出，当插接筒202b-22取出后，限位柱x由于无插接筒202b-22的限位，能够在限位通槽t中自由活动，当移动外辊筒202b-21，限位柱x能够越过限位槽202a-3，使得外辊筒202b-21从转轴202b-1上取出。
67.更换其他规格的外辊筒202b-21时，将外辊筒202b-21具有定位槽d的一端先套入转轴202b-1上，使得定位槽d能够卡接在定位销202b-12上，而后再向插接槽c内插入插接筒202b-22，通过限位柱x将牵伸辊筒202b-2稳定限位在转轴202b-1上，最后再拧入限位套202b-3，实现外辊筒202b-21的完整替换。
68.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。