CN106149086B - 一种过洋渔业绳网超强熔纺丝加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种过洋渔业绳网超强熔纺丝加工方法，其特征是将按配方称量后的UHMWPE粉末、HDPE粉末、LLDPE粉末、羟基硬脂酸、乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、硅酮粉、纳米级白炭黑、抗氧剂DK‑3114、助抗氧剂DLTP、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、松节油助剂预混合后倒入高速捏合锅中进行高速捏合，获得改性UHMWPE共混料；改性UHMWPE共混料经双螺杆挤出机熔融挤出，挤出物经双螺杆出口加装的计量泵计量从喷丝孔熔融挤出，挤出的初生丝经冷却和预牵伸，预牵伸丝经热定型后以使用力矩电动机的收丝机收卷丝束，丝束在分丝张力下经分丝机分丝，这就获得了一种过洋渔业超强熔纺丝。

Description

一种过洋渔业绳网超强熔纺丝加工方法
技术领域
本发明涉及过洋渔业用的超强熔纺丝。
背景技术
过洋渔业一般是指到别的国家12-200海里以内从事渔业生产，目前我国远洋渔业船队在非洲、朝鲜、南亚等地就属于这一种，通过和当地渔业公司合作，取得购买政府的渔业许可证，可以把鱼货出口到欧美等国，也有部分运回国内销售。本领域中人们一般先将丝加工成绳网，再将绳网剪裁加工并安装属具后制成过洋渔业网具，因此丝是过洋渔业技术领域的重要材料，它直接关系到过洋渔业网的安全性及其抗风浪性能。因生产成本、使用习惯、绳网机械等原因，目前过洋渔业产业中不生产使用直径0.10mm以下的熔纺单丝。本领域中人们一般将强度范围为7.3-8.5g/D(强度不大于8.5g/D)的熔纺单丝称为过洋渔业高强熔纺丝，而将强度大于8.5g/D的熔纺单丝称为过洋渔业超强熔纺丝。随着过洋渔业的发展，人们对本技术领域用熔纺丝的强度、延伸性、安全性和抗风浪性能提出了更高要求。本技术领域与纺织、网箱、塑料、内陆渔业和近海渔业等技术领域相差甚远，因此，上述领域的单丝、复丝、薄膜、裂膜、棒材、管材、型材、片材生产方法均不能加工生产一种过洋渔业超强熔纺丝。现有技术领域熔纺丝以单一颗粒状高密度聚乙烯树脂(以下简称颗粒状HDPE树脂)为原料、以单一热水作为牵伸介质，采用传统熔融纺丝工艺加工生产，这使得丝及其后续绳网产品的强度性能较差(现有过洋渔业熔纺丝的强度合格品指标仅为5.9g/D)，在恶劣作业条件下容易发生过洋渔业绳索网具磨破断裂事件，现有技术领域熔纺丝的强度、延伸性、安全性和抗风浪性能差、难以适应现代过洋渔业的发展需要，人们迫切需要加工生产直径适中(不小于0.10mm)、表面光滑圆润、强度超强(强度大于8.5g/D)、延伸性大(断裂伸长率大于14.6％)、耐久性好(生产使用周期较现有过洋渔业熔纺丝产品提高50％)的一种过洋渔业超强熔纺丝。本领域的颗粒状HDPE树脂原料及其传统熔融纺丝工艺根本无法生产上述高性能要求的超强熔纺丝，而超高分子量聚乙烯(简称UHMWPE)加工流动性极差，本领域没有以UHMWPE粉末、HDPE粉末、线性低密度聚乙烯粉末(简称LLDPE粉末)等为原料采用特种新工艺生产一种过洋渔业超强熔纺丝的公开文献报道，因此，一种过洋渔业超强熔纺丝已成为本领域长期悬而未决的技术难题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种直径不小于0.10mm表面光滑圆润、强度超强、延伸性大、耐久性好的一种过洋渔业超强熔纺丝，大幅度提高过洋渔业熔纺丝及其绳索网具强度、安全性和抗风浪性能，助力过洋渔业的整体技术升级以及相关产业的可持续发展。
本发明的技术方案采用UHMWPE粉末、HDPE粉末、LLDPE粉末、羟基硬脂酸、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅酮粉、纳米级白炭黑、抗氧剂DK-3114、助抗氧剂DLTP、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、松节油助剂原料和高速捏合机、计量泵、双螺杆挤出机设备，其特征是UHMWPE粉末熔融指数为0.06g/10min-0.28g/10min，分子量120万～600万；HDPE粉末熔融指数0.4g/10min-1.9g/10min，添加量为UHMWPE粉末重量的5.3％-7.8％；LLDPE粉末熔融指数1.5g/10min-2.5g/10min，添加量为UHMWPE粉末重量的13.2％-16.7％；羟基硬脂酸的羟基值为148mgKOH/g～155mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.4％-1.9％；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的脆性温度<-60℃，添加量为UHMWPE粉末重量的1.3‰-5.3‰；硅酮粉的有机硅含量65％-80％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.1‰-6.4‰；纳米级白炭黑的含水量<0.2％，添加量为UHMWPE粉末重量的2.1‰-6.2‰；抗氧剂DK-3114的熔点范围218℃-225.5℃且灰分≤0.05％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.73‰-4.28‰；助抗氧剂DLTP的酸值不大于0.05mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.86‰-2.14‰；纳米级硅藻土的SiO2含量≥90％、水分含量≤0.1％，添加量为UHMWPE粉末重量的0.72％-2.63％；纳米级硅灰石的粒径范围为5nm-48nm，添加量为UHMWPE粉末重量的1.93‰-2.37‰；松节油助剂添加量为UHMWPE粉末重量的5.18‰-6.27‰；将按配方称量后的UHMWPE粉末、HDPE粉末、LLDPE粉末、羟基硬脂酸、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅酮粉、纳米级白炭黑、抗氧剂DK-3114、助抗氧剂DLTP、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、松节油助剂预混合后倒入高速捏合锅中在678r/min-998r/min的转速下进行高速捏合20.3min-43.8min，当高速捏合锅中混合料温度升至80.0℃出料，获得改性UHMWPE共混料；改性UHMWPE共混料经双螺杆挤出机在料筒电加热区的第①区、第②区、第③区、第④区、第⑤区、第⑥区、第⑦区、第⑧区、第⑨区、第⑩区的温控范围分别为72℃～94℃、235℃～268℃、110℃～145℃、150℃～186℃、190℃～223℃、201℃～233℃、207℃～243℃、221℃～253℃、226℃～263℃、251℃～286℃下熔融挤出，挤出物经双螺杆出口加装的计量泵计量后从喷丝孔熔融挤出，双螺杆挤出机机头温度范围为260℃～281℃，双螺杆挤出机喷丝板长径比范围为1:25～1:50，喷丝板上喷丝孔的孔径为0.98mm、孔数为70孔，挤出的初生丝经冷却水箱17℃～35℃低温水和第一牵伸辊得到冷却和预牵伸，预牵伸丝经93.6℃～95.2℃高温第一牵伸水浴槽和第二牵伸辊、109.7℃～115.6℃高温第二牵伸甘油槽和第三牵伸辊、98.6℃～99.9℃高温第三牵伸水浴槽和第四牵伸辊进行三次热牵伸，第一牵伸水浴槽尺寸为2.5m长×0.9m宽×0.7m高、第二牵伸甘油槽尺寸为2.0m长×0.9m宽×0.7m高、第三牵伸水浴槽尺寸为2.5m长×0.9m宽×0.7m高；牵伸总倍数控制在19.8倍～20.3倍后，经规格为1.3长×0.3m宽×0.3m高恒温箱热定型后以使用力矩电动机的收丝机收卷超强熔纺丝束，恒温箱热定型温度范围为105℃～136℃，超强熔纺丝束在分丝张力下经分丝机分丝为超强熔纺丝，分丝张力控制在超强熔纺丝断裂强力的5.2％～9.3％；这就获得了一种过洋渔业超强熔纺丝。
本发明将多种原料及助剂预混合后倒入高速捏合锅中在特定转速、时间和温度下进行高速捏合获得改性UHMWPE共混料，这大大改进了纺丝用原料的可纺性，起到了事半功倍的效果；本发明改变了现有过洋渔业熔纺丝以单一颗粒状HDPE树脂为原料的传统，在UHMWPE粉末母料中添加特定剂量的HDPE粉末、LLDPE粉末、羟基硬脂酸、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等多种助剂，特殊工艺下高速捏合后获得改性UHMWPE共混料，在不同纺丝温度、不同生产成本、不同牵伸倍数条件下进行了大量试验论证，证实产出的超强熔纺丝可纺性好，产业化生产中按工艺正常操作时无超强熔纺丝断裂现象；本发明采用HDPE粉末、LLDPE粉末、羟基硬脂酸、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物改进了纺丝的加工流动性，有效解决了UHMWPE加工过程中出现的熔体破裂问题，不仅使UHMWPE粉末的加工流动性得到显著改善，而且综合性能大幅度提高；本发明以纳米级硅灰石作为增强填料，它作为成核剂很好地补偿了因HDPE粉末、LLDPE粉末加入UHMWPE粉末母料而导致的产出超强熔纺丝综合性能的降低；本发明采用硅酮粉改进了纺丝的润滑性，既提高了改性UHMWPE共混料流动的均匀性和挤出质量，确保了纺丝的顺利进行，又增加了产出过洋渔业超强熔纺丝的抗老化性；本发明采用纳米级白炭黑改进了产出超强熔纺丝的耐磨性，提供了产品的耐久性和综合性能；本发明采用抗氧剂DK-3114、助抗氧剂DLTP改进了产出超强熔纺丝的耐老化性，提供了产品的抗紫外老化性能；本发明采用纳米级硅藻土改进了产出超强熔纺丝的强度和耐磨性，提高了产品的综合性能；本发明创新采用“93.6℃～95.2℃高温第一牵伸水浴槽和第二牵伸辊+109.7℃～115.6℃高温第二牵伸甘油槽和第三牵伸辊+98.6℃～99.9℃高温第三牵伸水浴槽和第四牵伸辊进行三次热牵伸”组合式三次热牵伸+特殊牵伸倍数(19.8倍～20.3倍)，在通过特定高温高倍热牵伸大幅度提高产品结晶度的同时，经高温第三牵伸水浴槽清除了产品表面可能残留的甘油，既大大提供了产品的质量和环保要求，又增加了超强熔纺丝束中丝间的亲和力；本发明在收丝机收卷超强熔纺丝束前经规格为1.3长×0.3m宽×0.3m高恒温箱热定型(温度范围为105℃～136℃)后以使用力矩电动机的收丝机收卷超强熔纺丝束，消除了产品收缩率的不均匀性，进一步提高了产品的力学性能；本发明挤出物经双螺杆出口加装的计量泵计量后从喷丝孔熔融挤出，使压力均衡稳定，确保了纺丝生产的质量稳定性；本发明采用特定的分丝工艺，分丝张力控制在超强熔纺丝断裂强力的5.2％～9.3％，从而保证分丝张力既可防止筒管接受卷绕张力过大造成丝断裂，又可将收卷在丝筒管上超强熔纺丝束中相互交叉的单丝分开、整齐平列地到达筒管，从而提高了纤维产品的综合性能及其适配性，在确保生产过程中纺丝正常的同时，提高了纤维的综合性能；本发明牵伸总倍数控制在19.8倍～24.3倍，在低于25倍的适当牵伸倍数下产出的一种过洋渔业超强熔纺丝综合性能明显高于现有技术领域过洋渔业熔纺丝强度；为增加纺丝效果，本发明用双螺杆挤出机的流道可较普通双螺杆挤出机加长5cm～20cm，同时将双螺杆挤出机喷丝板长径比加长到1:25～1:50，这样纺丝生产中不容易出现溶体破裂，使初生丝表面光滑，便于拉伸；本发明采用特殊的喷丝孔的孔径与孔数，节省了后续绳网的加工的能耗。如本方法生产出的线密度927D的一种过洋渔业超强熔纺丝的表面光滑圆润、断裂强度高，其断裂强度高达8.63g/D、断裂伸长率为15.1％，断裂强度较传统熔融纺丝工艺加工生产的聚乙烯单丝标准指标提高46.3％，它的延伸性完全符合本技术领域需要，试验或生产实践结果表明以本发明技术方案生产的一种过洋渔业超强熔纺丝加工过洋渔业绳索网具，在保持绳索网具强力不变的前提下，可使绳索网具规格降低、重量及其水阻力减小，一种过洋渔业超强熔纺丝在过洋渔业生产中应用可使生产节能降耗，本发明技术效果非常显著。
具体实施方式
这里以线密度为927D的一种过洋渔业超强熔纺丝为例，介绍本发明的具体实施方式。本发明的技术方案采用UHMWPE粉末、HDPE粉末、LLDPE粉末、羟基硬脂酸、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅酮粉、纳米级白炭黑、抗氧剂DK-3114、助抗氧剂DLTP、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、松节油助剂、高速捏合机、计量泵、双螺杆挤出机(为增加纺丝效果，本发明用双螺杆挤出机的流道可较普通双螺杆挤出机加长5cm～20cm)，其特征是将按配方称量后的UHMWPE粉末(市售UHMWPE粉末，熔融指数为0.06g/10min-0.28g/10min，分子量120万～600万，英文为Medium Molecular Weight Polyethylene，简称为MMWPE)、HDPE粉末(市售HDPE粉末，熔融指数0.4g/10min-1.9g/10min，添加量为UHMWPE粉末重量的5.3％-7.8％；若HDPE粉末受潮，则以风吹、日晒、烘干等方式进行干燥处理)、LLDPE粉末(市售LLDPE粉末，熔融指数1.5g/10min-2.5g/10min，添加量为UHMWPE粉末重量的13.2％-16.7％；若LLDPE粉末受潮，则以风吹、日晒、烘干等方式进行干燥处理)、羟基硬脂酸(市售羟基硬脂酸，羟基值为148mgKOH/g～155mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.4％-1.9％)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(市售乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，脆性温度<-60℃，添加量为UHMWPE粉末重量的1.3‰-5.3‰)、硅酮粉(市售硅酮粉，有机硅含量65％-80％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.1‰-6.4‰)、纳米级白炭黑(市售纳米级白炭黑，含水量<0.2％，添加量为UHMWPE粉末重量的2.1‰-6.2‰)、抗氧剂DK-3114(熔点范围218℃-225.5℃且灰分≤0.05％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.73‰-4.28‰)、助抗氧剂DLTP(市售助抗氧剂DLTP，酸值不大于0.05mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.86‰-2.14‰)、纳米级硅藻土(市售纳米级硅藻土，SiO2含量≥90％、水分含量≤0.1％，添加量为UHMWPE粉末重量的0.72％-2.63％)、纳米级硅灰石(市售纳米级硅灰石，粒径范围为5nm-48nm，添加量为UHMWPE粉末重量的1.93‰-2.37‰)、松节油助剂(市售松节油助剂，添加量为UHMWPE粉末重量的5.18‰-6.27‰)预混合后倒入高速捏合锅中在678r/min-998r/min的转速下进行高速捏合20.3min-43.8min，当高速捏合锅中混合料温度升至80.0℃即可出料，获得改性UHMWPE共混料；改性UHMWPE共混料经双螺杆挤出机在料筒电加热区的第①区、第②区、第③区、第④区、第⑤区、第⑥区、第⑦区、第⑧区、第⑨区、第⑩区的温控范围分别为72℃～94℃、235℃～268℃、110℃～145℃、150℃～186℃、190℃～223℃、201℃～233℃、207℃～243℃、221℃～253℃、226℃～263℃、251℃～286℃下熔融挤出，挤出物经螺杆出口加装的计量泵计量后从喷丝孔熔融挤出，双螺杆挤出机机头温度范围为260℃～281℃，双螺杆挤出机喷丝板长径比范围为1:25～1:50，喷丝板上喷丝孔的孔径为0.98mm、孔数为70孔；挤出的初生丝经冷却水箱17℃～35℃低温水和第一牵伸辊得到冷却和预牵伸，预牵伸丝经93.6℃～95.2℃高温第一牵伸水浴槽和第二牵伸辊、109.7℃～115.6℃高温第二牵伸甘油槽和第三牵伸辊、98.6℃～99.9℃高温第三牵伸水浴槽和第四牵伸辊进行三次热牵伸，第一牵伸水浴槽尺寸为2.5m长×0.9m宽×0.7m高、第二牵伸甘油槽尺寸为2.0m长×0.9m宽×0.7m高、第三牵伸水浴槽尺寸为2.5m长×0.9m宽×0.7m高；牵伸总倍数控制在19.8倍～20.3倍后，经规格为1.3长×0.3m宽×0.3m高恒温箱热定型后以使用力矩电动机的收丝机收卷超强熔纺丝束，恒温箱热定型温度范围为105℃～136℃，超强熔纺丝束在分丝张力下经分丝机分丝为超强熔纺丝，分丝张力控制在超强熔纺丝断裂强力的5.2％～9.3％；这就获得了一种过洋渔业超强熔纺丝，该超强熔纺丝直径适中、表面光滑圆润、强度超强、延伸性大、耐久性好，它非常适合本领域生产需要。
本方法可连续产业化大生产，产出的超强熔纺丝成品质量稳定、表面光滑圆润、拉伸力学性能好，以本发明技术方案生产的一种过洋渔业超强熔纺丝加工过洋渔业网线、绳索和网具，在保持网线、绳索和网具强力不变的前提下，可使网线、绳索和网具规格、重量及其水阻力都大幅度减小，一种过洋渔业超强熔纺丝在过洋渔业生产中应用可实现渔业生产的节能降耗、可大幅度降低工人劳动强度、可降低渔业生产综合成本、可降低渔业生产碳排放、可助力低碳过洋渔业的发展，本发明技术效果、经济效果和生态效果都非常显著。本发明的综合性能优异，在畜牧、织布过滤、工程建筑、交通运输等领域试用效果也非常好，因此，本发明的前景非常广阔。

Claims (2)

1.一种过洋渔业绳网超强熔纺丝加工方法，采用UHMWPE粉末、HDPE粉末、LLDPE粉末、羟基硬脂酸、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅酮粉、纳米级白炭黑、抗氧剂DK-3114、助抗氧剂DLTP、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、松节油助剂原料和高速捏合机、计量泵、双螺杆挤出机设备，其特征是UHMWPE粉末熔融指数为0.06g/10min-0.28g/10min，分子量120万～600万；HDPE粉末熔融指数0.4g/10min-1.9g/10min，添加量为UHMWPE粉末重量的5.3％-7.8％；LLDPE粉末熔融指数1.5g/10min-2.5g/10min，添加量为UHMWPE粉末重量的13.2％-16.7％；羟基硬脂酸的羟基值为148mgKOH/g～155mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.4％-1.9％；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的脆性温度<-60℃，添加量为UHMWPE粉末重量的1.3‰-5.3‰；硅酮粉的有机硅含量65％-80％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.1‰-6.4‰；纳米级白炭黑的含水量<2％，添加量为UHMWPE粉末重量的2.1‰-6.2‰；抗氧剂DK-3114的熔点范围218℃-225.5℃且灰分≤0.05％，添加量为UHMWPE粉末重量的1.73‰-4.28‰；助抗氧剂DLTP的酸值不大于0.05mgKOH/g，添加量为UHMWPE粉末重量的0.86‰-2.14‰；纳米级硅藻土的SiO2含量≥90％、水分含量≤0.1％，添加量为UHMWPE粉末重量的0.72％-2.63％；纳米级硅灰石的粒径范围为5nm-48nm，添加量为UHMWPE粉末重量的1.93‰-2.37‰；松节油助剂添加量为UHMWPE粉末重量的5.18‰-6.27‰；将按配方称量后的UHMWPE粉末、HDPE粉末、LLDPE粉末、羟基硬脂酸、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅酮粉、纳米级白炭黑、抗氧剂DK-3114、助抗氧剂DLTP、纳米级硅藻土、纳米级硅灰石、松节油助剂预混合后倒入高速捏合机中在678r/min-998r/min的转速下进行高速捏合20.3min-43.8min，当高速捏合机中混合料温度升至80.0℃出料，获得改性UHMWPE共混料；改性UHMWPE共混料经双螺杆挤出机在料筒电加热区的第①区、第②区、第③区、第④区、第⑤区、第⑥区、第⑦区、第⑧区、第⑨区、第⑩区的温控范围分别为72℃～94℃、235℃～268℃、110℃～145℃、150℃～186℃、190℃～223℃、201℃～233℃、207℃～243℃、221℃～253℃、226℃～263℃、251℃～286℃下熔融挤出，挤出物经双螺杆出口加装的计量泵计量后从喷丝孔熔融挤出，双螺杆挤出机机头温度范围为260℃～281℃，双螺杆挤出机喷丝板长径比范围为1:25～1:50，喷丝板上喷丝孔的孔径为0.98mm、孔数为70孔，挤出的初生丝经冷却水箱17℃～35℃低温水和第一牵伸辊得到冷却和预牵伸，预牵伸丝经93.6℃～95.2℃高温第一牵伸水浴槽和第二牵伸辊、109.7℃～115.6℃高温第二牵伸甘油槽和第三牵伸辊、98.6℃～99.9℃高温第三牵伸水浴槽和第四牵伸辊进行三次热牵伸，第一牵伸水浴槽尺寸为2.5m长×0.9m宽×0.7m高、第二牵伸甘油槽尺寸为2.0m长×0.9m宽×0.7m高、第三牵伸水浴槽尺寸为2.5m长×0.9m宽×0.7m高；牵伸总倍数控制在19.8倍～20.3倍后，经规格为1.3长×0.3m宽×0.3m高恒温箱热定型后以使用力矩电动机的收丝机收卷超强熔纺丝束，恒温箱热定型温度范围为40℃～60℃，超强熔纺丝束在分丝张力下经分丝机分丝为超强熔纺丝，分丝张力控制在超强熔纺丝断裂强力的5.2％～9.3％。
2.根据权利要求1所述的一种过洋渔业绳网超强熔纺丝加工方法，其特征是双螺杆挤出机的流道较普通双螺杆挤出机加长5cm～20cm。
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