国内超高分子量聚乙烯纤维生产概况

国内超高分子量聚乙烯纤维生产概况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。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。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--1300cN/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。国内与国外的产品质量，主要差别是在产品的稳定性方面，而其他的技术指标毫不逊色，关键原因之一，是资金投入问题。因为，目前国内此种纤维的生产，还是处在发展初期，主体属于民间自发的状态，资本条件很有限，大多数人都想尽快投资回报，无力进行高一层次的研发，即使在一些主要生产设备的资金投入上，也是省了又省。机械设备的制造精度不够，电器设备的控制手段及选材不精细。这势必会给今后的产品品质，带来很大影响。国内外建一条同样规模的生产线，资金投入比大约是：1比8。------或1比10，悬殊很大。由此看来，目前国内能将此产品做到这种程度，已数不宜。按说这种纤维的再制品，应用领域如此宽广。国内的需求量应该很大，特别是在国防物资储备方面，更应大量使用，不可缺少。这种纤维的生产特点，就是产量较低，若在产量规模有限的情况下，一旦需求，短时间内是无法做到的。可是，现在国内却将较好的纤维大多出口了，因国际市场上的需求量更大。这一现象，若能引起有关部门的高度重视，加大对其产品的研究开发，并投入适当的资金，当为甚好。高强聚乙烯纤维的强力、模量都很高，只是耐高温性能差，这是此物料的特性，不易改观。若通过进一步的努力，是否能用复合纺；包缠纱或表面附着耐热胶粘剂等方法，或还可将另外耐热布与其纤维布一起制成复合材料，来弥补和改善此种材料的自身不足，从而得到新功能的、适用性更强的材料，发挥出此纤维的最大利用价值，将会对国民经济、各行各业的发展，带来很多益处。大学中的实验室条件有限，大多对可行性方面的实验，做得多一些，若要实施大规模的产业化生产，在具体技术上还不能给予完善的支持。许多问题只有在生产的过程中，才会遇到。因为，有些实验结果是在实验室条件下得出的，所以，在生产中就可能不太吻合。当条件发生变化时，性质也就要变，量变到质变，结果自然不同。再者，生产中的许多环节，在实验室是不可能遇到的，只能在生产过程中，不断的摸索，不断的提高。以往，有的大学与企业合作不少，但在力度和深度上还有欠缺。要想将高强聚乙烯纤维这一高科技的新材料真正做大，做强，只有尽快实现生产自动化，才能保证纤维质量的稳定性，这还需要有识之士的共同努力。