(生產(chǎn)管理知識)國內(nèi)超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)概況

國內(nèi)超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)概況超高分子量聚乙烯纖維是一種新材料，它的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，從航空航天到國防軍事，再到民用繩網(wǎng)，都有著它廣闊的應(yīng)用市場和開發(fā)領(lǐng)域。目前國內(nèi)此纖維的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，大約已有13年了。早期投產(chǎn)的有三家，分別在寧波、湖南、北京。三家的生產(chǎn)方式各有不同，產(chǎn)品也各有千秋。但是，由于此種纖維的自身特性和超高分子量的特點，它與一般常規(guī)化纖的生產(chǎn)有著很大差異。常規(guī)化纖［短纖］的總欠伸倍數(shù)一般為：幾倍--20倍就可以了，而這種凍膠纖維的總欠伸倍數(shù)要100多倍，為何要拉伸這麼多倍呢？這是由于溶劑的存在，使纖維中鏈纏結(jié)交聯(lián)點的數(shù)目減少而至。也就是說，此種纖維，它從紡絲噴絲板到產(chǎn)品成型需要一段漫長的過程才能實現(xiàn)，過程長了，環(huán)節(jié)就多了，控制起來，困難自然也就多了。它就像一條鏈子，不論少了哪一環(huán)，整條鏈子都會斷裂。在生產(chǎn)的每一個過程中，要嚴格控制纖維的外在技術(shù)指標，更要掌握、了解纖維的內(nèi)在分子結(jié)構(gòu)變化，看它內(nèi)在結(jié)構(gòu)的變化，符合不符合它在這一工段中所能達到的工藝要求。換句話說：纖維在每一道生產(chǎn)過程中，它的內(nèi)外技術(shù)指標變化是不是人們所希望應(yīng)達到的狀態(tài)。所以，在生產(chǎn)過程中，半成品的物檢、化驗是不可缺少的中間控制手段。要想生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，并且要達到一定的制成率，確實不易。目前，在這一領(lǐng)域的理論認知程度，還有待于進一步的研究提高，特別是成熟的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，還不是十分成熟。情況不一，大體上分析：有技術(shù)問題，有設(shè)備問題，還有的是控制方法問題。當然，人員、資金問題也不能排除。超高分子量聚乙烯纖維的生產(chǎn)是高科技，生產(chǎn)過程中每一道環(huán)節(jié)的控制，都很嚴謹，控制精度很高。有的工段，溫度相差1度，線速度相差0.1米/分，就會產(chǎn)生大量毛絲及斷頭，造成纏輥現(xiàn)象，而常規(guī)化纖的生產(chǎn)就不需如此嚴格。纖維的制作，總體上說與常規(guī)聚酯短纖的制作有相似之處。它的主要生產(chǎn)工序如下：原料的制備一一雙螺桿擠壓機一一紡絲箱一一噴絲板一一萃取一一干燥一一加熱牽伸一一卷繞成型。原料的制備：目前，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，整體車速都要響應(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?shù)臐舛葍?nèi)，還是可以的，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。雙螺桿擠壓機：螺桿擠壓機對物料起著輸送—攪拌—加熱—加壓等作用。首先，進入“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，不同的組合，對物料的攪拌，會有不同的效果。紡絲箱：它的作用主要是保溫；控溫；均勻的將物料分配到每一個紡絲組件。噴絲板：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。這一環(huán)節(jié)，可以稱作生產(chǎn)當中的龍頭之處。紡絲箱和噴絲板處的溫度是統(tǒng)一整體考慮的，溫度的設(shè)定參數(shù)，是通過觀察噴出絲的熔融狀態(tài)而設(shè)定的。要想控制好它，是需要有一些具體技術(shù)條件和實踐經(jīng)驗來判斷。。萃?。褐饕菍⒔z條中大量的溶劑萃取、置換出來，從而得到“純”度的高強度聚乙烯纖維。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，絲條隨機不斷的拉伸，從外觀上看，由粗變細，由半透明到半乳白，絲的可拉伸性也逐漸提高，有了一點“強度”。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，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，就會產(chǎn)生大量的并絲、疆絲現(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，才能達到高強、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。纖維在欠伸過程中，欠伸倍數(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，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，誰就達到了高強纖維這一領(lǐng)域里的頂峰。所有生產(chǎn)工藝的制定，都有著它的獨立性，一套設(shè)備，配一套工藝。所謂“工藝”一詞的含義，就是要靈活的掌握生產(chǎn)制造藝術(shù)。在生產(chǎn)實踐中，工藝參數(shù)是需要隨時隨地的不斷調(diào)整，根據(jù)纖維的生產(chǎn)狀態(tài)，隨行就市，決不可以生搬硬套。因為，此種纖維的生產(chǎn)線，從籌建到產(chǎn)品，我們已做過幾條了，所以，對行業(yè)內(nèi)情況也略知一二。但由于各企業(yè)之間信息往來很少，溝通不多的原因，所以，看法、觀點未必一致，只能各持己見。在早期投產(chǎn)的老廠中，北京生產(chǎn)的纖維質(zhì)量，不論在品質(zhì)上，還是在制成率及穩(wěn)定性上，都較比更好一些。技術(shù)管理人員的結(jié)構(gòu)也比較合理，分工明確。這給纖維的產(chǎn)品質(zhì)量奠定了一定的堅實基礎(chǔ)。山東有一新企業(yè)，從建廠到生產(chǎn)，又從生產(chǎn)到產(chǎn)品出口，僅用了一年多的時間。是目前國內(nèi)發(fā)展速度最快的企業(yè)。它生產(chǎn)的纖維成品，主要技術(shù)指標如下：強力--32cN/dtex;斷裂伸長率—2.2%；初始摸量—1300cN/dtex;其產(chǎn)品的制成率也比較高，屬上乘.但是,與其他企業(yè)一樣,仍然還存在一些纖維質(zhì)量問題，特別是在產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性方面，與荷蘭;美國公司相比，還是有一定的差距。近年來,國內(nèi)又有幾家公司也在上此項目。有的已投產(chǎn),有的正在試車,還有的正在籌建之中.這是件好事,值得推廣,但要具體操作起來困難還是不少的.就看現(xiàn)在已生產(chǎn)的幾家公司中，都不乏高技術(shù)人才,也都曾經(jīng)先后接受過一流專家、教授的指點,企業(yè)自身也摸索、積累了很多寶貴的生產(chǎn)經(jīng)驗,但產(chǎn)品質(zhì)量至今仍未能達到理想的狀態(tài)。如果，這種纖維制作很容易的話，各廠家就不會還在受某些技術(shù)問題的煩擾。分析起來，不過是程度不同而已。這一實際情況，希望能引起再建者的高度重視，還當謹慎從事。國內(nèi)與國外的產(chǎn)品質(zhì)量，主要差別是在產(chǎn)品的穩(wěn)定性方面，而其他的技術(shù)指標毫不遜色，關(guān)鍵原因之一，是資金投入問題。因為，目前國內(nèi)此種纖維的生產(chǎn)，還是處在發(fā)展初期，主體屬于民間自發(fā)的狀態(tài)，資本條件很有限，大多數(shù)人都想盡快投資回報，無力進行高一層次的研發(fā)，即使在一些主要生產(chǎn)設(shè)備的資金投入上，也是省了又省。機械設(shè)備的制造精度不夠，電器設(shè)備的控制手段及選材不精細。這勢必會給今后的產(chǎn)品品質(zhì)，帶來很大影響。國內(nèi)外建一條同樣規(guī)模的生產(chǎn)線，資金投入比大約是：1比8。 或1比10，懸殊很大。由此看來，目前國內(nèi)能將此產(chǎn)品做到這種程度，已數(shù)不宜。按說這種纖維的再制品，應(yīng)用領(lǐng)域如此寬廣。國內(nèi)的需求量應(yīng)該很大，特別是在國防物資儲備方面，更應(yīng)大量使用，不可缺少。這種纖維的生產(chǎn)特點，就是產(chǎn)量較低，若在產(chǎn)量規(guī)模有限的情況下，一旦需求，短時間內(nèi)是無法做到的?？墒?，現(xiàn)在國內(nèi)卻將較好的纖維大多出口了，因國際市場上的需求量更大。這一現(xiàn)象，若能引起有關(guān)部門的高度重視，加大對其產(chǎn)品的研究開發(fā)，并投入適當?shù)馁Y金，當為甚好。高強聚乙烯纖維的強力、模量都很高，只是耐高溫性能差，這是此物料的特性，不易改觀。若通過進一步的努力，是否能用復(fù)合紡；包纏紗或表面附著耐熱膠粘劑等方法，或還可將另外耐熱布與其纖維布一起制成復(fù)合材料，來彌補和改善此種材料的自身不足，從而得到新功能的、適用性更強的材料，發(fā)揮出此纖維的最大利用價值，將會對國民經(jīng)濟、各行各業(yè)的發(fā)展，帶來很多益處。大學中的實驗室條件有限，大多對可行性方面的實驗，做得多一些，若要實施大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，在具體技術(shù)上還不能給予完善的支持。許多問題只有在生產(chǎn)的過程中，