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。