防彈頭盔重要材料-超高分子量聚乙烯纖維的制作過程

超高分子量聚乙烯纖維的主要生產(chǎn)工序如下：

原料的制備——雙螺桿擠壓機(jī)——紡絲箱——噴絲板——萃取——干燥——加熱牽伸——卷繞成型。 

制備原料

當(dāng)前，國內(nèi)外原料的制備方法不一，采用的溶劑不同，含固量也不一樣。所以，沒有固定的統(tǒng)一模式，生產(chǎn)制作的設(shè)備差異也很大，而常規(guī)熔融紡是不加溶劑的。但不論采取那種方式，最終都能達(dá)到所需的效果。因生產(chǎn)是連續(xù)化的，所以原料的配比不能有波動，要求始終均勻一致。雖然含固量的提高，是提高產(chǎn)量的重要手段之一，但拉伸比也隨之提高，整體車速都要相應(yīng)加快，增加了操作難度，毛絲的產(chǎn)生量相比明顯增多，不易把握。但若能將含固量的百分比控制在適當(dāng)?shù)臐舛葍?nèi)，還是可以的，因此要根據(jù)自身情況，量力而行。提高計量泵的轉(zhuǎn)速也是提高產(chǎn)量的有效手段之一。

攪拌物料

螺桿擠壓機(jī)對物料起著輸送—攪拌—加熱—加壓等作用。首先，進(jìn)入“螺桿”之前的漿料要脫泡，不能含有水汽，物料在輸送過程中，要得到充分的混練攪拌。各區(qū)的加熱溫度，要結(jié)合螺桿上捏合塊的位置加以設(shè)定，并且要保證一定的輸送壓力。螺桿捏合塊的設(shè)定，理論性很強(qiáng)，不同的組合，對物料的攪拌，會有不同的效果。

紡絲

紡絲箱的作用主要是保溫；控溫；均勻的將物料分配到每一個紡絲組件。

噴絲

由計量泵將物料擠壓變?yōu)榻z條，就是通過噴絲板實現(xiàn)的，板的孔徑大小及刨面形狀是它的重要技術(shù)參數(shù)，它對纖維的成型及拉伸性能的好壞，起著至關(guān)重要的作用。紡絲箱和噴絲板處的溫度匹配，通過觀察噴出絲的熔融狀態(tài)設(shè)定溫度參數(shù)。但要想精確控制，還需要具備一些具體技術(shù)條件和實踐經(jīng)驗。

萃取

主要是將絲條中大量的溶劑萃取、置換出來，從而得到“純”度的高強(qiáng)度聚乙烯纖維。萃取劑的選取，廠家各有不同，生產(chǎn)工藝也不一樣。到目前為止，很難找到一種即經(jīng)濟(jì)實用、安全環(huán)保，萃取效果又好，還無毒、無味的理想萃取劑。在國際上，也是一個長期不宜解決的難題。

從紡絲到萃取這一工段中，絲條隨機(jī)不斷的拉伸，從外觀上看，由粗變細(xì)，由半透明到半乳白，絲的可拉伸性也逐漸提高，有了一點“強(qiáng)度”。若從絲的內(nèi)部看，原料的分子結(jié)構(gòu)并無大的變化，大分子之間沒有定向排列，還是處在無序狀態(tài)，分子之間被大量的溶劑包裹隔離著，不能形成分子鏈，若分子鏈形不成，絲也就不可能有真正的強(qiáng)力。而這時的纖維內(nèi)部，實際上象是一個圓管型網(wǎng)狀體，聚乙烯的分子顆粒在其管網(wǎng)之中，隨著纖維的不斷拉伸變細(xì)，溶劑不斷的析出，管網(wǎng)的形狀也由圓到長，由梳到密，物料分子之間密度逐漸增加，大分子的排列，也由紊亂狀態(tài)向部分有序狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變。

干燥

干燥工序，主要目的是將粘于絲條上的萃取劑祛除烘干，以備牽伸之用。這道工序控制起來，看似簡單，實為較難，在工藝溫度及張力上稍有掌握不當(dāng)，就會產(chǎn)生大量的并絲、僵絲現(xiàn)象，導(dǎo)致半成品絲束無法繼續(xù)加工。干燥溫度和干燥長度的把握是其關(guān)鍵所在。此工序不可小視，它直接關(guān)系到后牽伸的產(chǎn)品質(zhì)量。

加熱牽伸

超高分子量聚乙烯纖維的牽伸與常規(guī)滌綸短纖的牽伸工藝，從形式上看基本一樣，但要求控制的精度大有不同。此纖維必須采取多級牽伸方式，才能達(dá)到高強(qiáng)、高模的特性。每一級欠牽伸過程中，分子間結(jié)構(gòu)都有很大的變化。隨著拉伸，大分子間由無序狀向有序狀，定向排列，結(jié)晶度也隨之逐漸提高。只有在纖維的大分子沿纖維軸向的取向度提高，大分子鏈產(chǎn)生的數(shù)量就多，抱合力就越大，纖維的強(qiáng)力自然也就越高。纖維的結(jié)晶度提高，初始模量也自然提高，纖維在抗外力的作用下，伸長越小，變形量也越小。

纖維在牽伸過程中，牽伸倍數(shù)盡量要大，要讓纖維有突然的拉伸變化，才更能促使大分子間的有序取向和高度結(jié)晶。纖維的內(nèi)部結(jié)晶，是在高取向度形成的同時，發(fā)生結(jié)晶轉(zhuǎn)變的。由于此種纖維的分子量較高，抗外力的作用強(qiáng)，生產(chǎn)上只能采取熱拉伸工藝。所以，需配有較高的拉伸溫度，才能實現(xiàn)高倍牽伸。每一級拉伸，溫度不一，要根據(jù)絲條在以前工序中的狀態(tài)而定，沒有定數(shù)，但一定要在纖維自身能承受的溫度范圍以內(nèi)。生產(chǎn)中，一般不超過攝氏溫度155度。否則，會有硬絲，僵絲的產(chǎn)生。

卷繞成型

絲卷成型的要求：絲筒無塌邊，無毛邊，絲束要定長，定重。所謂定長、定重，決不是簡單的指，對絲束長度、重量的要求，它的內(nèi)涵很深，若能準(zhǔn)確把握，是非常困難的。它是在要求，所有的生產(chǎn)工序必須很正常、很穩(wěn)定，纖維的纖度只有始終均勻一致，才能有所保障。倘若誰能真正做到定長、定重的技術(shù)水平，誰就達(dá)到了高強(qiáng)纖維這一領(lǐng)域里的頂峰。