本發(fā)明涉及一種繩索用聚乙烯纖維領(lǐng)域，具體涉及一種中高強(qiáng)度繩索用聚乙烯超粗旦單絲及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前繩索用纖維，主要有滌綸、錦綸、聚乙烯長絲、聚丙烯長絲等，強(qiáng)度為5-10cn/dtex，此外有芳綸、超高分子量聚乙烯纖維等，強(qiáng)度為22-40cn/dtex，而對于強(qiáng)度在10-20cn/dtex的中高強(qiáng)纖維，國內(nèi)市場處于空白。

2、使用超高分子量聚乙烯纖維制備的繩索強(qiáng)力高，性能優(yōu)良，但是對于部分中端民用市場來說，在使用階段往往不需要特別高的強(qiáng)度，況且由于超高分子量聚乙烯長絲紡絲工藝造成的成本高、污染現(xiàn)象也無法避免。超高分子量聚乙烯單絲較細(xì)，在使用過程容易磨斷和勾絲，所以超高分子量聚乙烯繩索在制備過程必須進(jìn)行涂層才能后續(xù)使用。而市場上在售的普通聚乙烯粗旦單絲，強(qiáng)度在7cn/dtex以下，使用中需頻繁更換。制備粗單絲過程中，存在冷卻困難，生產(chǎn)速度慢的問題，卷繞速度一般100-150m/min。

3、目前已有很多研究，通過對超高分子量聚乙烯進(jìn)行改性，使用螺桿擠出機(jī)直接熔融紡絲，大都是通過與低分子量聚烯烴或者潤滑劑等進(jìn)行共混，擠出速度較慢。同時這些添加材料與超高分子量聚乙烯相容性不好，在實際生產(chǎn)中會出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，很難進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

4、也有部分研究，通過高密度聚乙烯(hdpe)中添加改性劑，然后熔融紡絲，制備的單絲細(xì)度較細(xì)，在應(yīng)用于繩索中，耐磨效果不是特別理想。且過多添加改性劑，影響紡絲連續(xù)性、成品強(qiáng)度及手感。

5、專利cn102154749a公開一種粗旦超高分子量聚乙烯纖維紗，采用凝膠紡絲，流程復(fù)雜、成本高。

6、專利cn115029810a公開一種抗風(fēng)浪漁業(yè)繩網(wǎng)用高性能聚乙烯粗旦單絲，出絲孔直徑5-50mm，如此大的噴絲孔意味著同時成產(chǎn)的單絲數(shù)量少，

7、產(chǎn)量低，且擠出的原絲直徑過大，難以冷卻均勻。

8、因此針對上述問題，需要開發(fā)一種低成本、制備工藝簡單的可用于繩索的中高強(qiáng)聚乙烯超粗旦單絲。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供一種繩索用聚乙烯超粗旦單絲及其制備方法，該單絲生產(chǎn)工藝簡單，成本低，制備的繩索與普通聚乙烯繩索相比，拉伸及耐磨性能大幅提升，改善繩索使用耐久性，適用于中端民用市場。

2、本發(fā)明制備的聚乙烯單絲，細(xì)度為400d-2000d，強(qiáng)度為13cn/dtex以上，斷裂伸長率為3-10％。

3、本發(fā)明的目的是通過如下手段實現(xiàn):

4、本發(fā)明的技術(shù)方案之一提供了一種繩索用聚乙烯超粗旦單絲制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5、(1)原料選擇

6、選用重均分子量8萬-50萬，分子量分布小于等于4，190℃、2.16kg下熔融指數(shù)為0.3-10.0g/10min的hdpe粉料，該類型聚乙烯原料流動性較好，易于加工，不需要再添加潤滑劑使用。此外，hdpe每1000個碳原子含0.1-5個支鏈，支鏈越少，聚乙烯結(jié)晶度越高，制備的成品強(qiáng)度越高。

7、(2)物料混合

8、以hdpe重量計算，添加0.1-1％的抗氧劑，根據(jù)顏色需求添加0.5-5％的聚乙烯色母粒，可通過高速混料機(jī)攪拌5-10min直接混合均勻，得到混合料備用。

9、(3)熔融紡絲

10、熔融紡絲工藝流程為：進(jìn)料機(jī)→單螺桿擠出機(jī)→熔體過濾器→計量泵→噴絲板→第一冷卻水箱→第二冷卻水箱→第一牽引設(shè)備→第一加熱設(shè)備→第二牽引設(shè)備→第二加熱設(shè)備→第三牽引設(shè)備→卷繞機(jī)。

11、其中，單螺桿擠出機(jī)，長徑比30-35，螺桿直徑65mm以上。各區(qū)域溫度設(shè)置為：螺桿進(jìn)料段溫度150-230℃，熔融段溫度220-320℃，計量段溫度220-320℃。

12、因超粗旦單絲擠出量較大，計量泵為50cc或100cc或150cc，轉(zhuǎn)速10-50r/min，采用一進(jìn)一出。噴絲板溫度220-320℃。噴絲孔直徑0.8-3mm，長徑比6-15，噴絲孔間隙比常規(guī)間隙要大，以防止擠出的原絲黏連。噴頭牽伸比為5-50。

13、所述第一、第二冷卻水箱采用循環(huán)水冷卻，擠出的原絲直徑較粗，采用風(fēng)冷難以達(dá)到冷卻效果，采用循環(huán)水冷卻，既能使原絲冷卻均勻，又能節(jié)能。同時采用兩級冷卻，增加聚乙烯結(jié)晶時間，提高結(jié)晶度。第一冷卻水箱及第二冷卻水箱長度均為1.5?-3m。通過控制進(jìn)水閥與出水閥，使第一冷卻水箱溫度保持50-70℃，第二冷卻水箱溫度15-30℃。噴絲板距第一冷卻水箱水面1-5cm。

14、所述第一加熱設(shè)備采用水浴加熱，水箱長度4-8m，溫度控制90-100℃，帶有溫度控制器，精度±1℃。水的導(dǎo)熱系數(shù)高，有利于粗單絲受熱均勻，充分牽伸。

15、所述第二加熱設(shè)備采用蒸汽烘箱加熱，熱牽伸的同時熱風(fēng)烘干單絲。因單絲直徑較粗，為保證絲條在一定牽引速度下受熱均勻，烘箱長度比常規(guī)烘箱長度加長，長度為8-12m，溫度設(shè)置105-115℃。

16、所述第二牽引設(shè)備與第一牽引設(shè)備速度之比為2～5倍，第三牽引設(shè)備與第二牽引設(shè)備速度之比為3～7倍，使冷卻后的原絲牽伸8-25倍。充分牽伸后的單絲強(qiáng)力高，伸長小，更適用于制備繩索。

17、卷繞速度為200-800m/min，速度過快時，絲條不能充分冷卻，及牽伸過程受熱不均勻，影響最終成品強(qiáng)度。

18、本發(fā)明的有益效果在于：

19、(1)制備的聚乙烯單絲強(qiáng)度為13cn/dtex以上，伸長率為3-10％，與普通聚乙烯單絲相比強(qiáng)度提升，伸長率減少，紡絲卷繞速度提高，增加產(chǎn)量。比超高分子量聚乙烯長絲成本低得多，廣泛適用于民用纜繩市場。

20、(2)制備的單絲細(xì)度400d-2000d，單絲細(xì)度越高，制備的繩索耐磨性越好，且不需要添加涂層使用。

21、(3)采用熔融法直接進(jìn)行擠出紡絲，工藝流程簡單，成本低，無污染。

22、(4)無需添加過多流動助劑等添加劑，減少成本，同時減少紡絲過程中斷絲現(xiàn)象，不會過多影響成品強(qiáng)度及手感。

技術(shù)特征：

1.一種繩索用聚乙烯超粗旦單絲，其特征在于單絲細(xì)度為400d-2000d，強(qiáng)度為13cn/dtex以上，伸長率為3-10％。

2.一種繩索用聚乙烯超粗旦單絲制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種繩索用聚乙烯超粗旦單絲制備方法，其特征在于，所述步驟3單螺桿擠出機(jī)，長徑比30-35，螺桿直徑65mm以上。螺桿各區(qū)域溫度設(shè)置：進(jìn)料段溫度150-230℃，熔融段溫度220-320℃，計量段溫度220-320℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種繩索用聚乙烯超粗旦單絲制備方法，其特征在于，所述步驟3，計量泵為50cc或100cc或150cc，轉(zhuǎn)速10-50r/min，采用一進(jìn)一出。噴絲板溫度220-320℃，噴絲孔直徑0.8-3mm，長徑比6-15。噴頭牽伸比為5-50。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種繩索用聚乙烯超粗旦單絲制備方法，其特征在于，所述步驟3，冷卻采用兩級冷卻方式，通過控制循環(huán)水，使第一冷卻水箱溫度50-70℃，水箱長度1.5-3m，第二冷卻水箱溫度15-30℃，水箱長度1.5-3m。噴絲板距第一冷卻水箱水面1-5cm。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種繩索用聚乙烯超粗旦單絲制備方法，其特征在于，所述步驟3，第一加熱設(shè)備采用水浴加熱，水箱長度4-8m，帶有溫度控制器，精度±1℃，溫度控制90-100℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種繩索用聚乙烯超粗旦單絲制備方法，其特征在于，所述步驟3，第二加熱設(shè)備采用蒸汽烘箱加熱，烘箱長度為8-12m，溫度設(shè)置105-115℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種繩索用聚乙烯超粗旦單絲制備方法，其特征在于，所述步驟3，第二牽引設(shè)備與第一牽引設(shè)備速度之比為2～5倍，第三牽引設(shè)備與第二牽引設(shè)備速度之比為3～7倍，使冷卻后的原絲牽伸8-25倍。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種繩索用聚乙烯超粗旦單絲制備方法，其特征在于，所述步驟3，卷繞機(jī)收卷速度為200-800m/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種繩索用聚乙烯超粗旦單絲及其制備方法。該單絲細(xì)度為400D?2000D，強(qiáng)度為13cN/dtex以上，斷裂伸長率為3?10％。制備方法包括以下步驟：(1)原料選擇:選用重均分子量8萬?50萬，分子量分布小于等于4，190℃、2.16KG下熔融指數(shù)為0.3?10.0g/10min的HDPE粉料。此外，HDPE每1000個碳原子含0.1?5個支鏈。(2)物料混合，將HDPE與抗氧劑、色母粒等混合均勻。(3)熔融紡絲：依次經(jīng)過進(jìn)料機(jī)1，單螺桿擠出機(jī)2，熔體過濾器3，計量泵4，噴絲板5，第一冷卻水箱6，第二冷卻水箱7，第一牽引設(shè)備8，第一加熱設(shè)備9，第二牽引設(shè)備10，第二加熱設(shè)備11，第三牽引設(shè)備12，最后通過卷繞機(jī)13收卷到輥子上，收卷速度200?800m/min。該制備流程簡單，成本低，制備的超粗旦單絲強(qiáng)力高，斷裂伸長率低，耐磨性好，適用于制備繩索。

技術(shù)研發(fā)人員：劉航程,盛向前,胡渭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島正高科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8