高强聚乙烯纤维的生产工艺

• 高强聚乙烯纤维的生产工艺

此种纤维的生产工艺流程，若以段落形式划分，主要有直接连续法和间接断点法生产两种形式。而间接断点生产法又根据断点的位置不同分为落丝法和落筒法两种。下面，简单介绍一下这几种生产方式的区别和优势。

直接连续法：纤维由喷丝板纺丝成型后，将丝束通过设定好转速的导丝机构，直接进行预拉伸→萃取→干燥→多级加热牵伸→成品卷绕→装箱。这种连续不间断的生产方式，在化纤行业中称为“一条龙”生产流水线。这种生产方法的优点是：生产能够连续、快捷、高车速、高产量、低消耗、人员少，特别适合于大规模生产和高自动化生产的需求模式。采用这种生产工艺，其产品质量的各项技术指标，稳定性较好。直接连续生产法，是高强聚乙烯纤维生产领域的发展方向。但是，采用这种生产工艺，就必须具备成熟的生产工艺技术、可靠的设备保障和良好的操作人员等许多条件的配备，才能够实现。

直接连续生产法的劣势：①难度大。对生产工艺的技术要求，即要严格，又要具备很强的适应性。对于温度、速度参数的设定和匹配，要求和谐完美。而在具体的生产实践中，生产工艺的调整，很难达到科学完美的程度。其实，纤维也能够在一定的条件范围以内适应平衡，绝非只能适应在一个绝对点上。②对于机械设备的运转状态和电器仪表的控制方法及控制精度，都有较高的要求。③由于生产连续和高速运转的原因，对操作人员的熟练程度有一定的要求，否则就会产生大量的废丝，还易造成安全事故。操作技能的高低，也是非常重要的一个方面。

这种直接连续生产法，整体水平要求高，难度大，不易掌握。目前国内的生产技术与荷兰DSM公司相比还有一定的差距。

间接生产法（也有称为断点法）：根据断点的不同分为纺丝断点和半成品断点法两种方法。

纺丝断点，是将从喷丝板纺出的冻胶丝束冷却后，落到盛丝筒内，经过一段时间的平衡后→再分批进行集束→预拉伸→萃取→干燥→多级加热拉伸→成品卷绕→装箱。这种生产方法的主要优点：①间接生产相对直接连续法生产而言，牵伸速度可放慢，对操作熟练程度，要求也不是很高。②集束牵伸，对丝束量的多少，可自我选定，若批量大，产量高。还适合进行小批量的试验，操作也相对简单。③工艺的选择性比“直纺”要大。可分段选定生产工艺。包括纺丝速度也可独立设定，不需考虑与后牵伸匹配因素。④对生产的难度，整体上要求可略低一些。⑤操作安全性好。

集束牵伸的缺点：①因丝束落桶，增加了生产环节，数量较多的盛丝桶增加了占地面积。②丝束落桶时和丝桶移动时，易造成丝束的塌边乱丝现象，造成一定的浪费。③由于集束是由数只盛丝桶组配的，各桶之间的落丝时间和落丝状态不一致，每批都有一定数量的头尾丝产生，增加了消耗。地面上，油污多，卫生差。

另一种间接法，又称为半成品断点法。它与集束法不同的是，从喷丝板纺出的丝束，不落桶，而是直接进行预牵伸→萃取→干燥→加热预牵伸→半成品卷绕落筒→半成品上机退绕→多级加热牵伸→成品卷绕→装箱。

半成品断点的优缺点是：它比集束牵伸的生产技术水平，提高了一步。也可以说，是直接连续化生产的过度工艺。从表面形式上看，半成品断点是介于集束牵伸与直接连续法之间的一种生产工艺模式，在其他许多内在的方面，也是具有以上两种生产方法之间的一些特性。由于它是直接将丝束与后制作连续生产的，免去了落丝桶过程的烦杂之事，既省地，又卫生。实际上，这种生产方法是，从前纺纺丝到半成品卷绕成型，这一主要生产工段上，实现了连续自动化生产。如果工艺成熟，设置合理，设备能够达到稳定、连续的运转，不间断的生产运行期，可长达半月之久，直到纺丝组件的更换周期为止。半成品丝卷的上丝数量多少，也可根据自身条件自由选取。缺点是，也存在半成品丝卷不一致的问题。例如，每卷纤维都存在纤度差异和内在百分比的含油量不均的问题。但是，若与集束断点法比较起来，明显要好多了。

山东“爱地”公司，就是采用的这种半成品卷绕的生产形式，该公司的生产稳定性与自动化程度比较高。从纺丝到半成品卷绕，能够做到连续几天，无毛丝、无断头，生产工艺即成熟又稳定。

以上主要谈到了三种生产形式，这三种形式都是指大规模、产业化生产的主流形式，不包括小型的试验性生产模式。

高强聚乙烯纤维生产当中的疵点，主要是毛丝、断头。这同样也是生产当中需要解决的难点。通过多年的生产经验与分析，发现产生毛丝和断头的因素看起来好像很多，但若要用“去皮取精”的方法进行仔细的研究发现，实际不然。去除机械传动方面与电器仪表控制方面的硬性因素以外，再去除各级牵伸倍数的分配不合理性的有关因素，实际上

产生毛丝的主要原因，是由于纺丝工段的各区温度设定，不尽合理所造成的。

这一点，在一般情况下很容易被人们所忽视，因为在生产实践中，毛丝的产生点往往不是在纺丝工序，而是在预牵伸、萃取、干燥处，特别是在初牵伸的热箱出口处比较明显。这种现象有着很大的欺骗性和很深的隐蔽性。一般常理，都会在产生毛丝现象的附近去找原因，很难想到会是距离很远的纺丝工序所至。更容易使人不易相信的是，这时的纺丝状态又很好，用肉眼看不出有什么温度不合适的任何现象。不但喷丝板喷出的丝状态很好，就连纺丝工序的相邻工序上，也没有一根毛丝，各传动辊上无缠绕现象，并且辊的表面也很干净，所有丝束在适合的张力下，走的很稳定。产生这一现象的原因到底如何呢？主要原因就是：物料在流经纺丝箱及纺丝组件时，条件温度不适合物料在受强压的情况下，形变为纤细的、均匀的纤维。物料在被挤出喷丝孔的一瞬间，物料内在的“均匀流变性”，不是很适宜。因物料在计量泵的强压下，通过喷丝孔时，具有一定的形态回弹性，如果此时物料的均匀流变性能不是很适宜的话，它的回弹性也必然不会均匀一致。这就使得纤维内部分子量的分布状态，在这一环节的瞬间，又发生了细微的变化。若从纤维的横截面上分析看，物料的分布“均匀性”较差。若从单根纤维的直径上分析测量，会发现初始纤维在通过喷丝孔时，单位时间内的“变化量”较大。在这种状态下纺出的纤维，就已经埋藏下了薄弱点，这些现象，用肉眼是无法观察出的。这些带有薄弱点的纤维，在没有受到高倍牵伸时，是不会显现的。只有在后牵伸的过程中，纤维受到较大的外力拉伸

作用之下，弱点才会暴露显现、产生毛丝（部分断裂）或断头（全部断裂）的现象。愈是接近纤维的牵伸极限点，产生的毛丝、断头量也就愈多。所以，才会有毛丝显现点，与产生毛丝的根源处，不在同一工序的现象。根据这一理论的研究表明，对喷丝孔纵向刨面的几何尺寸形状的设计，应有一定的技术要求。如果在生产中，纺丝工序确实存在有“注头”、“毛丝”等异常现象，则说明生产工艺的设定参数，差距太大了，应作适当的调整，或者是纺丝组件、喷丝板面未清洗处理好所至。

在高强聚乙烯纤维生产的过程当中，纤维在未经过萃取、干燥等工序时，含有大量的溶剂，纤维本身是很脆弱的，其内部结构也不很稳定，机械外力及其温度对它的影响会很大。因为，此时的纤维结构还是以大量溶剂为主体而形成的冻胶丝，超高分子量聚乙烯原料分子，在其中的含量，仍然只是很少一部分，并且被溶剂包围、隔离着。所以，在这一段生产过程中，不宜采用大的拉伸倍数，要以比较平和的工艺速度进行缓慢拉伸。在平和拉伸的过程中，溶剂不断的被萃取掉，纤维的组织结构变化，也由多溶剂到多物料的逐渐转变，直至达到其产生出“较纯”的超高分子量聚乙烯纤维。采用这些方法、理论，能够有效的进行稳定生产，并且能明显的提高产品的制成率。