CN114045565A - 一种超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备及工艺 - Google Patents

Abstract

一种超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备及工艺，属于超高分子量聚乙烯纤维拉伸技术领域，其中的拉伸设备包括拉伸箱体，拉伸箱体内设置有可实现多级拉伸的拉伸辊组和将拉伸辊组外周包覆的保温罩，保温罩与拉伸辊组之间围成多个封闭式的温控腔室，每个温控腔室内均设置有循环温控***，本发明的有益效果是，本发明使纤维在一个拉伸甬道内进行分区精准加热的同时可实现多级牵伸，有效缩短了拉伸区间，减小了设备占地面积，提高了纤维拉伸的有效性与均匀性，进一步提升纤维的强度。

Description

一种超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备及工艺

技术领域

本发明涉及超高分子量聚乙烯纤维拉伸技术领域，尤其涉及一种超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备及工艺。

背景技术

在超高分子量聚乙烯纤维生产过程中，超倍拉伸可以算是超高分子量聚乙烯纤维制取的核心，初生纤维只有在经过一定牵伸比的超倍拉伸之后才能展现出其高强度、高模量、高取向度以及高结晶度等优异的物理化学特性，但超倍拉伸工艺所需的机器组件很长。

众所周知，国内目前所熟知的超倍拉伸，均是采用3到5级制，即几组拉伸热箱与牵伸辊轮组合形成。这种方法不仅拉伸甬道长，占地面积大，日常生产巡查排异费时费力，可操控性差，而且对纤维的条干均匀度是不利的。由于纤维在拉伸过程中，较长的拉伸甬道更容易让初生纤维出现细颈现象，这就使得每一根纤维出现粗细不均的现象被一定程度的放大，严重影响纤维的物理性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备及工艺，使纤维在一个拉伸甬道内进行分区精准加热的同时可实现多级牵伸，可有效缩短拉伸区间，减小设备占地面积，提高纤维拉伸的有效性与均匀性，进一步提升纤维的强度。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备，包括拉伸箱体，所述拉伸箱体内设置有可实现多级拉伸的拉伸辊组和将拉伸辊组外周包覆的保温罩，所述保温罩与拉伸辊组之间围成多个封闭式的温控腔室，每个温控腔室内均设置有循环温控***。

所述拉伸辊组包括多个拉伸辊，多个拉伸辊设置有上下两排且两排拉伸辊交错布置，每个拉伸辊的连接轴伸出拉伸箱体后与对应的驱动电机相连；所述拉伸辊设置为空心辊，所述拉伸辊内设置有加热模块和温度检测模块，所述温度检测模块通过PLC控制单元与加热模块相连。

所述拉伸辊组还包括设置在所述拉伸箱体上下两端的多个升降压辊，每个升降压辊的辊面与所述拉伸辊的辊面滚动相连。

所述保温罩包括包覆在上排拉伸辊上的保温罩体Ⅰ和包覆在下排拉伸辊上的保温罩体Ⅱ，所述保温罩体Ⅰ和保温罩体Ⅱ的一端设置有进丝口，所述保温罩体Ⅰ和保温罩体Ⅱ的另一端设置有出丝口；所述拉伸箱体包括传动侧和操作侧，所述传动侧与所述保温罩的一侧相连，所述操作侧安装有透明保温门，所述透明保温门内侧通过可翻转的软质密封帘与所述保温罩的另一侧相连。

所述保温罩体Ⅰ和保温罩体Ⅱ与所述拉伸辊的辊面相隔一段距离，所述保温罩体Ⅰ的下端设置有多个与下排拉伸辊相对的下凸部，所述下凸部的端部安装与下排拉伸辊滚动相连的阻风辊；所述保温罩体Ⅱ的上端设置有多个与上排拉伸辊相对的上凸部，所述上凸部的端部安装与上排拉伸辊滚动相连的阻风辊。

所述保温罩、相邻两个阻风辊、拉伸辊组与所述拉伸箱体之间围成所述温控腔室，所述温控腔室内设置所述循环温控***。

所述循环温控***包括分别设置在所述温控腔室上下两侧的两个温控装置，所述温控腔室被纤维丝分割成两个温控子腔室，每个温控子腔室内设置所述温控装置，两个所述温控装置相配合以向所述温控腔室内循环吹风。

所述温控装置包括设置在所述温控子腔室内的温度检测单元，所述温度检测单元通过PLC控制单元与调温吹风单元相连，所述调温吹风单元通过吸风管道和吹风管道与所述温控子腔室相连通。

所述温控腔室上侧的吸风管道的入口位于对应吹风管道出口的上方，所述温控腔室下侧的吸风管道的入口位于对应吹风管道出口的下方；且所述温控腔室上侧的吹风管道的出口设置在纤维丝一侧与拉伸辊相交的位置处，所述温控腔室下侧的吹风管道的出口设置在纤维丝另一侧与拉伸辊相交的位置处。

一种超高分子量聚乙烯纤维拉伸工艺，运用所述拉伸设备，包括以下步骤：

步骤1：根据拉伸倍数，确定拉伸级数、进丝的速度、出丝速度和每个驱动电机的转速，并设定拉伸辊的加热温度范围和相应调温吹风单元的温度范围；

步骤2：由拉伸箱体的操作侧将耐热纤维丝缠绕在拉伸辊组上，使拉伸辊组和调温吹风单元按照设定的温度升温，当温控腔室内的温度稳定后，将耐热纤维丝与聚乙烯纤维丝连接，驱动所有驱动电机同步转动带动聚乙烯纤维丝到达出丝口；

步骤3：电机同步转动的同时按照拉伸倍数及拉伸级数输入各拉伸辊转速，使驱动电机按设定转数运转，使聚乙烯纤维丝在加热的同时进行多级牵伸。

与现有的纤维拉伸设备相比，本发明的有益效果是：

1、本发明将纤维束逐步通过多个相互独立控制速度的拉伸辊，在保温罩和循环温控***的共同作用下，通过逐渐递增的拉伸辊转速，实现了纤维束的超倍拉伸。一方面，本发明使纤维在一个拉伸甬道内进行分区精准加热的同时可实现多级牵伸，可有效缩短拉伸区间，减小设备占地面积，提高了纤维拉伸的有效性与均匀性，进一步提升了纤维的强度、模量等关键性能；另一方面，本发明通过独立可控的循环温控***，实现了拉伸区间内差异化可控精准加热，多个封闭式的温控腔室减小了不必要的热量散失，进一步减少了能耗，降低成本，而且通过可控精准加热以及多级牵伸，使纤维整体的拉升倍数均匀化、细分化，有效减少了纤维出现毛丝断头等情况。

2、本发明中拉伸辊组中的每个拉伸辊自身可调温，使拉伸辊表面的温度与温控腔室内的温度相差不大，起到了辅助拉伸的作用，而且提高了纤维拉伸的均匀性。

3、本发明通过在每个温控腔室的上下两侧设置两个温控装置，每个温控装置通过温度检测单元检测相应的温控子腔室内温度并传输给PLC控制单元，PLC控制单元控制调温吹风单元向温控子腔室内吹相应温度的热风，而且两个温控装置中的吸风管道和吹风管道实现了循环吹风，为每个温控腔室提供稳定且均匀的温度，实现了分区精准加热，而且吹风管道的出口朝向纤维丝与拉伸辊的相交位置，避免了纤维由于整束断丝或单根毛丝造成缠辊的问题。

综上，本发明使纤维在一个拉伸甬道内进行分区精准加热的同时可实现多级牵伸，有效缩短了拉伸区间，减小了设备占地面积，提高了纤维拉伸的有效性与均匀性，进一步提升纤维的强度。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明的拉伸设备内部的结构示意图；

图2为图1中在温控腔室内部的结构示意图；

图3为图1的侧视图；

图4为拉伸箱体传动侧的结构示意图；

上述图中的标记均为：1.拉伸箱体，11.传动侧，12.操作侧，2.拉伸辊组，21.拉伸辊，22.升降压辊，3.保温罩，31.保温罩体Ⅰ，311.下凸部，32.保温罩体Ⅱ，321.上凸部，33.进丝口，34.出丝口，4.温控腔室，41.温控子腔室，5.驱动电机，6.阻风辊，7.温控装置，71.温度检测单元，72.调温吹风单元，73.吸风管道，74.吹风管道，8.透明保温门，9.软质密封帘，10.支撑架，13.耐热板，14.锥形仓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明具体的实施方案为：如图1～图4所示，一种超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备，包括拉伸箱体1，拉伸箱体1采用表面加厚钢板内部填充石棉等保温材料构成，拉伸箱体1内设置有可实现多级拉伸的拉伸辊组2和将拉伸辊组2外周包覆的保温罩3，保温罩3与拉伸辊组2之间围成多个封闭式的温控腔室4，每个温控腔室4内均设置有循环温控***，使纤维在一个拉伸甬道内进行分区精准加热的同时可实现多级牵伸，可有效缩短拉伸区间，减小设备占地面积，提高了纤维拉伸的有效性与均匀性，进一步提升了纤维的强度、模量等关键性能。

具体地，其中的拉伸辊组2包括多个拉伸辊21，多个拉伸辊21设置有上下两排且两排拉伸辊21交错布置，每个拉伸辊21的连接轴伸出拉伸箱体1后与对应的驱动电机5相连，通过控制相应驱动电机5的转速可单独调节对应拉伸辊21的速度，当上下相邻驱动电机5的速度同步，不产生速度差，即为一次无效拉伸，由此可知，通过同步多组上下相邻的驱动电机5的速度，可有效减少拉伸级数，当全部为有效拉伸时，所有的驱动电机5的速度不同且沿着进丝的方向依次递增，当所有的驱动电机5的速度相同时，则为无效拉伸，可根据需要通过设置相应的驱动电机5的转速来设置拉伸的级数。

而且，其中的拉伸辊21设置为空心辊，拉伸辊21内设置有加热模块和温度检测模块，温度检测模块通过PLC控制单元与加热模块相连，其中的加热模块可设置成螺旋电热丝，缠绕在拉伸辊21的内壁上，每个螺旋电热丝连接有可控硅模块，其中的温度检测模块可设置成温度传感器，温度传感器检测拉伸辊21的温度并将温度信号传输给PLC控制单元，PLC控制单元控制可控硅模块来调节螺旋电热丝的发热功率，使拉伸辊21辊面的温度在设定的温度范围内。当然其中的加热模块也可设置成导热油管，导热油管与模温机相连，通过模温机来控制拉伸辊21辊面的温度，使拉伸辊21表面的温度与温控腔室4内的温度相差不大，自调温的拉伸辊21起到了辅助拉伸的作用，而且提高了纤维拉伸的均匀性，上述加热模块能将拉伸辊21的辊面温度提升至20-200℃。另外，为了避免纤维粘辊，在拉伸辊21的表面镀有一层聚四氟乙烯膜的不锈钢金属，而且拉伸辊21的直径为50-100cm，辊的直径越大，相同线速度的条件下，角速度越小，从而相同质量纤维的角动量越小，纤维更难维持原来转动状态运动，所以缠辊的几率也变小，拉伸辊21转数为0-50r/min，上下相邻的两个拉伸辊21速度比为0-5。

具体地，其中的拉伸辊组2还包括设置在拉伸箱体1上下两端的多个升降压辊22，每个升降压辊22的辊面与拉伸辊21的辊面滚动相连，用于使纤维丝胀紧贴附在拉伸辊21的辊面上，保证了拉伸效果。

具体地，其中的保温罩3的外表面采用不锈钢金属板，其内部可填充石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维、泡沫玻璃混凝土、硅酸钙中的一种或多种，使保温效果更好，而且便于保温罩3的固定。该保温罩3包括包覆在上排拉伸辊21上的保温罩体Ⅰ31和包覆在下排拉伸辊21上的保温罩体Ⅱ32，保温罩体Ⅰ31和保温罩体Ⅱ32的一端设置有进丝口33，保温罩体Ⅰ31和保温罩体Ⅱ32的另一端设置有出丝口34，为纤维穿丝提供通道。其中的保温罩体Ⅰ31和保温罩体Ⅱ32与拉伸辊21的辊面相隔一段距离，保温罩体Ⅰ31的下端设置有多个与下排拉伸辊21相对的下凸部311，下凸部311的端部安装与下排拉伸辊21滚动相连的阻风辊6；保温罩体Ⅱ32的上端设置有多个与上排拉伸辊21相对的上凸部321，上凸部321的端部安装与上排拉伸辊21滚动相连的阻风辊6，阻风辊6保证了保温罩体Ⅰ31和保温罩体Ⅱ32与拉伸辊21的辊面相隔一段距离，使保温罩3、相邻两个阻风辊6、拉伸辊组2与拉伸箱体1之间围成温控腔室4，使该温控腔室4形成相对封闭性的腔室，每个温控腔室4内设置循环温控***，用于分区控温。另外，其中的升降压辊22以及阻风辊6采用高强度耐热橡胶，由包括氟橡胶、硅氟橡胶、硅橡胶、氢化丁晴胶的材料加工而成，提高了温控腔室4的密封性。

具体地，其中的循环温控***包括分别设置在温控腔室4上下两侧的两个温控装置7，温控腔室4被纤维丝分割成两个温控子腔室41，每个温控子腔室41内设置温控装置7，两个温控装置7相配合以向温控腔室4内循环吹风。

其中的温控装置7包括设置在温控子腔室41内的温度检测单元71，该温度检测单元71设置为温度传感器，温度检测单元71通过PLC控制单元与调温吹风单元72相连，调温吹风单元72通过吸风管道73和吹风管道74与温控子腔室41相连通。该调温吹风单元72可设置为温控风机，温控风机为现有的结构，温控风机与吹风管道74的连接处设置有加热单元，该加热单元包括多档电热丝，温度传感器和加热单元与PLC控制单元相连，PLC控制单元中包括存储模块、判断模块和温度调节驱动模块，存储模块用于存储设定的温度范围，温度传感器实时检测温控子腔室41内的当前温度值，并将测得的当前温度值发送至PLC控制单元，PLC控制单元中的判断模块将当前温度值与设定的温度范围相比较，并根据对比的结果通过温度调节驱动模块驱动对应档的电阻丝工作进行温度调节，通过PLC控制单元控制温控风机的转速来控制出风量。上述加热单元能将温控腔室4内的温度提升至100-200℃。

其中，温控腔室4上侧的吸风管道73的入口位于对应吹风管道74出口的上方，温控腔室4下侧的吸风管道73的入口位于对应吹风管道74出口的下方，实现了温控腔室4内热风的循环流动，为每个温控腔室4提供稳定且均匀的温度，实现了分区精准加热。且温控腔室4上侧的吹风管道74的出口设置在纤维丝一侧与拉伸辊21相交的位置处，温控腔室4下侧的吹风管道74的出口设置在纤维丝另一侧与拉伸辊21相交的位置处，避免了纤维由于整束断丝或单根毛丝造成缠辊的问题。而且，其中的吸风管道73的入口处安装有耐热板13，耐热板13上均布有通风孔，耐热板13覆盖安装在保温罩3上，耐热板13的内侧通过锥形仓14与吸风管道73相连，有效避免了因风力过于集中导致断丝或毛丝被吸附的问题。

具体地，其中的拉伸箱体1包括传动侧11和操作侧12，传动侧11与保温罩3的一侧相连，操作侧12安装有透明保温门8，该透明保温门8可采用玻璃、有机玻璃、PC等透明材料组成多层，且相邻两层之间冲入惰性气体而成，便于观察拉伸箱体1内部的拉伸情况。透明保温门8内侧通过可翻转的软质密封帘9与保温罩3的另一侧相连，软质密封帘9用于将保温罩3靠近透明保温门8的一侧密封，进一步提高温控腔室4温控的精准性，该软质密封帘9外表面可采用聚酰亚胺纤维复合高强度芳纶纤维编织的面料，内部可填充石棉、PPS纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维中的一种或多种，提高了保温密封效果。另外，传动侧11外安装有支撑架10，支撑架10的下端与地面相连，支撑架10上设置有用于安装多个驱动电机5的安装位，使驱动电机5的安装和拆卸更加方便，而且有效减小了驱动电机5作用在拉伸箱体1上的作用力。

另外，为了减小拉伸箱体1在纤维拉伸过程中的振动，在拉伸箱体1的底部安装有减震垫。

运用上述拉伸设备对超高分子量聚乙烯纤维进行超倍拉伸的方法是：

步骤1：设定牵伸工艺参数：根据拉伸倍数，确定拉伸级数、进丝的速度、出丝速度和每个驱动电机5的转速，并设定拉伸辊21的加热温度范围和相应调温吹风单元72的温度范围；

步骤2：穿丝：由拉伸箱体1的操作侧12将耐热纤维丝缠绕在拉伸辊组上，该耐热纤维丝可选用聚酰亚胺纤维，保证耐热纤维伸出进、出丝口外；使拉伸辊组2和调温吹风单元72按照设定的温度升温，当温控腔室4内的温度稳定后，在进丝口外将耐热纤维丝与聚乙烯纤维丝连接；驱动所有驱动电机5同步转动带动聚乙烯纤维丝到达出丝口；

步骤3：超倍拉伸：电机同步转动的同时按照拉伸倍数及拉伸级数输入各拉伸辊21转速，一键操作控制面板使驱动电机5按设定转数运转，使聚乙烯纤维丝在加热的同时进行多级牵伸。

以下实施例对原丝为16000D/360F(其中16000D是指9000米长度下纤维束的重量是16000g，360F是指一束纤维丝由360根单丝组成)的初生纤维进行多级超倍拉伸的过程中进行具体描述，其中初生纤维在形成过程中，由于模头牵伸及预牵伸也存在一定的拉伸倍数，这里不做考虑。

实施例一

对原丝为16000D/360F的初生纤维进行20倍拉伸，拉伸后得到800D/360F的纤维，拉伸的级数为6级。

步骤1：设定牵伸工艺参数：根据进丝速度的范围在0.5～6m/min，出丝速度的范围在20～70m/min，初步确定进丝的速度为3m/min，根据拉伸倍数20可确定出丝的速度为60m/min，随着拉伸级数的增加，拉伸辊21的速度逐渐增加。且根据纤维拉伸过程中，纤维中存在分子内应力，在纤维进丝和出丝时采用小倍数拉伸，且使每一级的拉伸倍数在1～3之间，可以使纤维均匀拉伸，确定一级拉伸相邻两辊的速度比为1.39，二级拉伸相邻两辊的速度比为2，三级拉伸相邻两辊的速度比为2，四级拉伸相邻两辊的速度比为2，五级拉伸相邻两辊的速度比为1.5，六级拉伸相邻两辊的速度比为1.2，从而可确定每个驱动电机5的转速。

根据初生纤维的熔点范围在120～130℃，由于纤维丝的加热温度超过150℃，会使纤维丝发硬，影响纤维丝的强度，设定拉伸辊21的加热温度为80～90℃；由于在纤维拉伸的过程中，每一级牵伸分子间结构都有很大的变化。随着纤维的拉伸，纤维中大分子由无序状向有序状定向排列，不光结晶度随之逐渐提高，结晶形态也发生着改变，这些变化都需要提供额外的能量，通过这些变化也使得纤维的强力、初始模量等性能逐步提高，所以为了满足纤维结晶度的不断提升以及结晶形态的转变，往后的每一级牵伸温度要大于前面的牵伸温度，因此，一级拉伸中调温吹风单元72的设定温度范围为120～130℃，二级拉伸中调温吹风单元72的设定温度范围为130～135℃，三级拉伸中调温吹风单元72的设定温度范围为135～138℃，四级拉伸中调温吹风单元72的设定温度范围为138～140℃，五级拉伸中调温吹风单元72的设定温度范围为140～142℃，六级拉伸中调温吹风单元72的设定温度范围为142～145℃。调温吹风单元72的频率为40～80HZ。

步骤2：穿丝：由拉伸箱体1的操作侧12将耐热纤维丝缠绕在拉伸辊组上，该耐热纤维丝可选用聚酰亚胺纤维，保证耐热纤维伸出进、出丝口外；使拉伸辊组2和调温吹风单元72按照设定的温度升温，使拉伸辊21的加热温度达到80～90℃，使各级调温吹风单元72分别达到设定的范围，当温控腔室4内的温度稳定后，在进丝口外将耐热纤维丝与聚乙烯纤维丝连接；驱动所有驱动电机5同步转动带动聚乙烯纤维丝到达出丝口；

步骤3：超倍拉伸：电机同步转动的同时按照拉伸倍数及拉伸级数输入各拉伸辊21转速，一键操作控制面板使驱动电机5按设定转数运转，使聚乙烯纤维丝在加热的同时进行多级牵伸。

牵伸完成后，对5条纤维成品试样进行化纤拉伸测试，测试参数如表一所示。

表一实施例一化纤拉伸测试参数

经过测试后得到如表二所示的试验结果，由表二的测试结果可知，断裂强度的平均值为37.87cN/dtex，其偏差系数为1.89％，断裂功的平均值为2678.21N.mm，其偏差系数为13.6％，应用电容式条干不匀率测定仪测定5条纤维成品试样的条干均匀度均在1-2之间。

表二实施例一化纤拉伸测试结果

对比例一

对原丝为16000D/360F的初生纤维进行20倍拉伸，拉伸后得到800D/360F的纤维，传统拉伸工艺因为过长的拉伸区间限制了拉伸级数，一般为3级拉伸，且每一级均有两组七辊机和一台拉伸热箱组成，共四组七辊机，3台拉伸热箱，每一级拉伸均通过两组七辊机的速差及拉伸热箱供热实现超倍热拉伸。

步骤1：设定牵伸工艺参数：第一组七辊机速度为2m/min，根据拉伸倍数20可确定出丝的速度为40m/min，第一、二、三级拉伸比分别设定为4、2.5、2；第一级拉伸热箱温度设定为135℃，风机频率设定为45HZ；由设定的拉伸比可知第二组七辊机速度为8m/min；第二级拉伸热箱温度设定为142℃，风机频率设定为47HZ；由设定的拉伸比可知第三组七辊机速度为20m/min；第三级拉伸热箱温度设定为145℃，风机频率设定为47HZ，由设定的拉伸比可知第四组七辊机速度为40m/min。

步骤2：穿丝：按照步骤1中将各拉伸热箱升温到设定温度，由于传统拉伸工艺中七辊机不升温，故由操作人员直接将超高分子量聚乙烯纤维绕在第一组七辊机上，开启各组七辊机同步转动，按先后顺序并将拉伸热箱开盖打开一道小口让超高分子量聚乙烯纤维依次穿过每一级拉伸热箱，并与缠绕在对应拉伸热箱的下一组七辊机上。

步骤3：超倍拉伸：待全部穿丝完成，设定各级拉伸比，一键确认开始超倍热拉伸。

牵伸完成后，对5条纤维成品试样进行化纤拉伸测试，测试参数如表三所示。

表三对比例一化纤拉伸测试参数

经过测试后得到如表四所示的试验结果，由表四的测试结果可知，断裂强度的平均值为33.82cN/dtex，其偏差系数为4.08％，断裂功的平均值为2348.33N.mm，其偏差系数为8.2％，应用电容式条干不匀率测定仪测定5条纤维成品试样的条干均匀度均在7-8之间。

表四对比例一化纤拉伸测试结果

通过实施例一和对比例一的试验结果可知，采用本发明的拉伸设备和拉伸工艺进行拉伸可得到整体强度更高和均匀度更高的纤维丝。

实施例二

对原丝为16000D/360F的初生纤维进行80倍拉伸，拉伸后得到200D/360F的纤维，拉伸的级数为8级。

步骤1：设定牵伸工艺参数：根据进丝速度的范围在0.5～6m/min，出丝速度的范围在20～70m/min，初步确定进丝的速度为0.8m/min，根据拉伸倍数80可确定出丝的速度为64m/min，随着拉伸级数的增加，拉伸辊21的速度逐渐增加。且根据纤维拉伸过程中，纤维中存在分子间的作用力，在纤维进丝和出丝时采用小倍数拉伸，且使每一级的拉伸倍数在1～3之间，可以使纤维均匀拉伸，确定一级拉伸相邻两辊的速度比为1.39，二级拉伸相邻两辊的速度比为2，三级拉伸相邻两辊的速度比为2，四级拉伸相邻两辊的速度比为2，五级拉伸相邻两辊的速度比为1.5，六级拉伸相邻两辊的速度比为1.2，从而可确定每个驱动电机5的转速。

根据初生纤维的熔点范围在120～130℃，由于纤维丝的加热温度超过160℃，会使纤维丝发硬，影响纤维丝的强度，设定拉伸辊21的加热温度为80～90℃；由于在纤维拉伸的过程中，结晶度是慢慢增大的，所以后面为了实现顺利拉伸必须破坏前面的结晶，要克服晶格能，因此，一级拉伸中调温吹风单元72的设定温度范围为120～130℃，二级拉伸中调温吹风单元72的设定温度范围为130～135℃，三级拉伸中调温吹风单元72的设定温度范围为135～138℃，四级拉伸中调温吹风单元72的设定温度范围为138～140℃，五级拉伸中调温吹风单元72的设定温度范围为140～145℃，六级拉伸中调温吹风单元72的设定温度范围为145～148℃。调温吹风单元72的频率为50～90HZ。

步骤2：穿丝：由拉伸箱体1的操作侧12将耐热纤维丝缠绕在拉伸辊组上，该耐热纤维丝可选用聚酰亚胺纤维，保证耐热纤维伸出进、出丝口外；使拉伸辊组2和调温吹风单元72按照设定的温度升温，使拉伸辊21的加热温度达到80～90℃，使各级调温吹风单元72分别达到设定的范围，当温控腔室4内的温度稳定后，在进丝口外将耐热纤维丝与聚乙烯纤维丝连接；驱动所有驱动电机5同步转动带动聚乙烯纤维丝到达出丝口；

步骤3：超倍拉伸：电机同步转动的同时按照拉伸倍数及拉伸级数输入各拉伸辊21转速，一键操作控制面板使驱动电机5按设定转数运转，使聚乙烯纤维丝在加热的同时进行多级牵伸。

牵伸完成后，对5条纤维成品试样进行化纤拉伸测试，测试参数如表五所示。

表五实施例二化纤拉伸测试参数

经过测试后得到如表六所示的试验结果，由表六的测试结果可知，断裂强度的平均值为43.7cN/dtex，其偏差系数为1.94％，断裂功的平均值为814.88N.mm，其偏差系数为4.78％，应用电容式条干不匀率测定仪测定5条纤维成品试样的条干均匀度均在2-3之间。

表六实施例二化纤拉伸测试结果

对比例二

采用传统拉伸设备和工艺对对原丝为16000D/360F的初生纤维进行80倍拉伸时，由于该拉伸倍数较高，采用连续化生产会产生大量断丝的现象，无法实现不间断生产，且生产产品条干均匀度较差，无法达到品控要求。

综上，本发明将纤维束逐步通过多个相互独立控制速度的拉伸辊21，在保温罩3、拉伸辊21自身可调温和循环温控***的共同作用下，通过逐渐递增的拉伸辊21转速，实现了纤维束的超倍拉伸。一方面，本发明使纤维在一个拉伸甬道内进行分区精准加热的同时可实现多级牵伸，可有效缩短拉伸区间，减小设备占地面积，提高了纤维拉伸的有效性与均匀性，进一步提升了纤维的强度、模量等关键性能；另一方面，本发明通过独立可控的循环温控***，实现了拉伸区间内差异化可控精准加热，多个封闭式的温控腔室4减小了不必要的热量散失，进一步减少了能耗，降低成本，而且通过可控精准加热以及多级牵伸，使纤维整体的拉升倍数均匀化、细分化，有效减少了纤维出现毛丝断头等情况。

以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (10)

1.一种超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备，其特征在于，包括拉伸箱体，所述拉伸箱体内设置有可实现多级拉伸的拉伸辊组和将拉伸辊组外周包覆的保温罩，所述保温罩与拉伸辊组之间围成多个封闭式的温控腔室，每个温控腔室内均设置有循环温控***。

2.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备，其特征在于：所述拉伸辊组包括多个拉伸辊，多个拉伸辊设置有上下两排且两排拉伸辊交错布置，每个拉伸辊的连接轴伸出拉伸箱体后与对应的驱动电机相连；所述拉伸辊设置为空心辊，所述拉伸辊内设置有加热模块和温度检测模块，所述温度检测模块通过PLC控制单元与加热模块相连。

3.根据权利要求2所述的超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备，其特征在于：所述拉伸辊组还包括设置在所述拉伸箱体上下两端的多个升降压辊，每个升降压辊的辊面与所述拉伸辊的辊面滚动相连。

4.根据权利要求2所述的超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备，其特征在于：所述保温罩包括包覆在上排拉伸辊上的保温罩体Ⅰ和包覆在下排拉伸辊上的保温罩体Ⅱ，所述保温罩体Ⅰ和保温罩体Ⅱ的一端设置有进丝口，所述保温罩体Ⅰ和保温罩体Ⅱ的另一端设置有出丝口；所述拉伸箱体包括传动侧和操作侧，所述传动侧与所述保温罩的一侧相连，所述操作侧安装有透明保温门，所述透明保温门内侧通过可翻转的软质密封帘与所述保温罩的另一侧相连。

5.根据权利要求4所述的超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备，其特征在于：所述保温罩体Ⅰ和保温罩体Ⅱ与所述拉伸辊的辊面相隔一段距离，所述保温罩体Ⅰ的下端设置有多个与下排拉伸辊相对的下凸部，所述下凸部的端部安装与下排拉伸辊滚动相连的阻风辊；所述保温罩体Ⅱ的上端设置有多个与上排拉伸辊相对的上凸部，所述上凸部的端部安装与上排拉伸辊滚动相连的阻风辊。

6.根据权利要求4所述的超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备，其特征在于：所述保温罩、相邻两个阻风辊、拉伸辊组与所述拉伸箱体之间围成所述温控腔室，所述温控腔室内设置所述循环温控***。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备，其特征在于：所述循环温控***包括分别设置在所述温控腔室上下两侧的两个温控装置，所述温控腔室被纤维丝分割成两个温控子腔室，每个温控子腔室内设置所述温控装置，两个所述温控装置相配合以向所述温控腔室内循环吹风。

8.根据权利要求7所述的超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备，其特征在于：所述温控装置包括设置在所述温控子腔室内的温度检测单元，所述温度检测单元通过PLC控制单元与调温吹风单元相连，所述调温吹风单元通过吸风管道和吹风管道与所述温控子腔室相连通。

9.根据权利要求8所述的超高分子量聚乙烯纤维拉伸设备，其特征在于：所述温控腔室上侧的吸风管道的入口位于对应吹风管道出口的上方，所述温控腔室下侧的吸风管道的入口位于对应吹风管道出口的下方；且所述温控腔室上侧的吹风管道的出口设置在纤维丝一侧与拉伸辊相交的位置处，所述温控腔室下侧的吹风管道的出口设置在纤维丝另一侧与拉伸辊相交的位置处。

10.一种超高分子量聚乙烯纤维拉伸工艺，运用如权利要求1～9任意一项所述的拉伸设备，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据拉伸倍数，确定拉伸级数、进丝的速度、出丝速度和每个驱动电机的转速，并设定拉伸辊的加热温度范围和相应调温吹风单元的温度范围；

步骤2：由拉伸箱体的操作侧将耐热纤维丝缠绕在拉伸辊组上，使拉伸辊组和调温吹风单元按照设定的温度升温，当温控腔室内的温度稳定后，将耐热纤维丝与聚乙烯纤维丝连接，驱动所有驱动电机同步转动带动聚乙烯纤维丝到达出丝口；

步骤3：电机同步转动的同时按照拉伸倍数及拉伸级数输入各拉伸辊转速，使驱动电机按设定转数运转，使聚乙烯纤维丝在加热的同时进行多级牵伸。

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