防弹头盔重要材料-超高分子量聚乙烯纤维的制作过程

超高分子量聚乙烯纤维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。 

制备原料

当前，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，整体车速都要相应加快，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，因此要根据自身情况，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。

搅拌物料

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

纺丝箱的作用主要是保温；控温；均匀的将物料分配到每一个纺丝组件。

喷丝

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。纺丝箱和喷丝板处的温度匹配，通过观察喷出丝的熔融状态设定温度参数。但要想精确控制，还需要具备一些具体技术条件和实践经验。

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、僵丝现象，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。

纤维在牵伸过程中，牵伸倍数尽量要大，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。