CN101392415A - 聚苯硫醚/聚酯合金纤维及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚苯硫醚/聚酯共混纤维，其特征在于，由以下重量份原料组成：聚苯硫醚PPS 20～95份、阻燃剂 4～6份、助剂 0.1～10份。其制备步骤包括：混前干燥，共混造粒，纺前干燥，纺丝，拉伸和热定型。该纤维耐湿热、耐化学腐蚀，力学性能优良，纺织加工性好，成本较低，纺丝能耗相应降低。可用作工业过滤材料，可广泛应用于火力发电、炼钢、垃圾焚烧处理等领域的烟尘过滤和造纸、印染、医药食品、有色金属冶炼过程中的高温污水处理的热腐蚀性液体过滤，甚至可作为阻燃的织物材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚苯硫醚/聚酯合金纤维及制备方法，所得纤维价廉物美，能大规模应用于环保工业过滤材料，属于化学纤维技术领域。
背景技术
现有治理污染的耐高温过滤材料中主要合成纤维是：聚酯(PET)纤维、聚酰胺(PA)纤维、芳砜纶纤维、PPS纤维以及普通PET(聚酯)和聚苯硫醚共混制备的纤维，它们的缺陷如下：
采用一般的PET(聚酯)或PA66(聚酰胺)或芳砜纶纤维制作无纺针制毡。其缺陷是不能长期适用于高温、高湿、酸碱复杂多变的污染治理的综合性需要。
由于PPS具有良好的耐热性、耐化学药品性和极佳的阻燃效果，特别是在湿热环境中，强度保持率在90％以上，在190℃高温下可长期使用，极限氧指数LOI为34，电绝缘性优良，具有很好的纺织加工性等优点。因此PPS纤维被广泛用作高温、高湿、化学腐蚀等极其恶劣的环境条件下的过滤材料，可使过滤器材具有长寿命和高性能的特点。但是，纤维级PPS原料价格过于昂贵，并且使用过程中由于杂质堵塞缩短了使用寿命，阻碍了单组分PPS纤维的大规模应用，因此解决上述问题变得十分重要。
采用PET(聚酯)和聚苯硫醚共混制备纤维，如专利申请号为200610096711.9的“大直径高温聚苯硫醚共混纤维”介绍的聚苯硫醚共混纤维，所采用的技术有以下不足或缺陷：
(1)所述聚酯为常规聚酯，耐热性能不佳，不阻燃，高温使用时易损环，使用寿命不长；
(2)所采用的实施方法是将一定量的PPS和一定量的聚酯在340℃熔化后直接挤出成型，没有经过混合造粒工序，而是在纺丝时混合，这样既不能将PPS与聚酯混合均匀，又会使生产效率大大下降。另外，340℃的纺丝温度，会使通用级聚酯发生剧烈的热降解；
(3)冷却拉伸所得到的纤维截面直径为0.2-0.3mm，直径如此之大使纤维比表面积下降，大大降低了过滤效率。
还有将PET与PPS复合纺成皮芯型纤维的专利如200610117544.1，但复合纺丝设备、工艺复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种能达到更好的治理环境污染效果，使用寿命长，生产成本可大大降低的聚苯硫醚/聚酯合金纤维及制备方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种聚苯硫醚/聚酯共混纤维，其特征在于，由以下重量份原料组成：
聚苯硫醚(PPS) 20～95份、
阻燃剂 4～6份、
助剂 0.1～10份。
所述的阻燃剂为聚酯PET；所述的助剂为硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌。
一种聚苯硫醚/聚酯共混纤维的制备方法，其特征在于，其步骤为：
步骤1.混前干燥
将聚苯硫醚PPS及阻燃剂分别置于转鼓内干燥，六小时内升温到70～130℃；然后于70～130℃保温不少于六小时；随后在一小时内降温70℃到以下，直至共混造粒时取出使用，两种原料含水控制在40ppm以下；
步骤2.混合造粒
将聚苯硫醚PPS和所述阻燃剂和助剂混合10分钟-15分钟后输入储料筒，加入双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机混合造粒1至16区温度分别是：一区：90～120℃，二区：120～170℃，三区：180～220℃，四区：220～250℃，五区：240～270℃，六区：250～275℃，七区：265～280℃，八区：270～285℃，九区：280～290℃，十区：285～295℃，十一区：290～300℃，十二区：295～305℃，十三区：300～310℃，十四区：305～315℃，十五区：310～320℃，十六区：305～310℃；
步骤3.纺前干燥
将上步所得粒料置于干燥用转鼓，在70～150℃干燥10小时-18小时，使粒料含水控制在40ppm以下；
步骤4.纺丝
将干燥后的粒料加入熔融纺丝机进料口进行纺丝操作。喷丝孔采用三叶形或Y字形等异形喷丝孔，也可用圆形喷丝孔；设置共混纺丝机的一区至六区的温度如下：一区50℃～105℃，二区280℃～305℃，三区295℃～320℃，法兰区285℃～320℃，弯管区275℃～315℃，纺丝区305℃-320℃，纺丝速度为500～4000m/min，制得聚苯硫醚/聚酯长纤维丝束，集束于物料桶，集束总纤度：20～70万dtex；
步骤5.拉伸热定型
拉伸总倍率：2.8～6.0倍；一级拉伸倍率2.8～4.0，拉伸温度50～125℃；二级拉伸倍率1.1～1.5倍，拉伸温度100～160℃；热定型温度：I区115℃～140℃，II区135℃～160℃，III区145℃～155℃，IV区100℃～125℃，定型时间15～45分钟；切断长度：短纤维25mm以下，长纤维30～115mm。
所述的拉伸纤维的截面形状为圆形或三角形、三叶形，Y字形，纺制成长纤维或短纤维。
本发明的优点是：
1、由于使用固相聚合得到的PET，且是阻燃型的，所以它的耐化学性、耐高温性比常规PET要好得多，可以明显提高使用寿命；同时添加剂的加入使PET与PPS加工时流动性提高，纺丝温度下降，起到节能和降低生产成本作用；
2、纤维表面的PET暴露于化学品、湿热环境中，随使用时间的延长，表面PET逐渐被腐蚀、水解或热解，表面会产生微孔使比表面积增大，从而弥补由于粉尘堵塞所造成的过滤效率下降的缺陷，由此可以延长滤材使用寿命；
3、该纤维截面为三叶形、Y字形，纤维比表面积比圆形截面纤维的比表面积要大得多，有利于提高过滤效率；
4、采用双组分共混纺丝，很明显它比单组分PPS纤维可以降低成本，这为环境污染治理的大规模应用奠定了价格基础，有利于该过滤材料的广泛应用，能够取得良好的经济效益和环境效益。
因此，本发明的纤维可用作湿热、化学腐蚀环境下的过滤材料，既可用作烟尘过滤材料(比如制成过滤袋)，如火力发电、炼钢、垃圾焚烧处理等领域；也可用作液态过滤介质(本纤维的针刺非织造布或机织物)，如造纸、印染、医药食品、有色金属冶炼过程中的高温污水处理材料。还可以加工成干燥机用帆布、缝纫线、各种防护布、耐热衣料、刹车用摩擦片等。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将PPS(聚苯硫醚)及高黏度、阻燃型PET(聚酯)分别置于真空转鼓内，六小时升温到130℃；然后在130℃保持六小时；随后在一小时后降温到70℃，直至共混造粒时取出使用。两种原料含水控制在40ppm以下。将PPS与PET、硬脂酸钙按质量比80∶19.9∶0.1加入双螺杆挤出机，双螺杆挤出机混合造粒1至16区温度分别是：一区：105℃二区：170℃三区：220℃四区：250℃五区：270℃六区：272℃七区：278℃八区：285℃九区：288℃十区：293℃十一区：300℃十二区：305℃十三区：310℃十四区：315℃十五区：318℃十六区：308℃，熔融混合均匀；然后挤出造粒，输入储料筒。将所得粒料置于上述混前干燥时用的真空干燥装置，在150℃干燥12小时，使粒料含水控制在40ppm以下。将干燥后的粒料加入熔融纺丝机进料口进行纺丝操作。喷丝孔采用Y字形等异形喷丝孔。设置共混纺丝机的一区至六区的温度如下：一区95℃，二区295℃，三区320℃，法兰区325℃，弯管区318℃，纺丝区310℃，纺丝速度为750m/min。拉伸热定型处理：拉伸总倍率4.2倍；一级拉伸倍率3.5，拉伸温度125℃；二级拉伸温度154℃。热定型温度：I区125℃，II区160℃，III区150℃，IV区120℃，定型时间30分钟。测得强度、模量、断裂伸长率，93℃、48％硫酸处理7天强度保持率和93℃、30％NaOH处理7天强度保持率见表1。
实施例2
实施方法同例一，只是把PPS与PET、添加剂质量比改为70∶29.9∶0.1，共混造粒各区、纺丝各区、拉伸热定型各区温度同时下降5℃。测得强度、模量、断裂伸长率，93℃、48％硫酸处理7天强度保持率和93℃、30％NaOH处理7天强度保持率见表1。
实施例3
实施方法同例一，只是把PPS与PET、添加剂的质量比改为60∶39.9∶0.1，共混造粒各区、纺丝各区、拉伸热定型各区温度同时下降8℃。测得强度、模量、断裂伸长率，93℃、48％硫酸处理7天强度保持率和93℃、30％NaOH处理7天强度保持率见表1。
对照例
实施方法同例一，只是用常规PET代替高黏度、阻燃型PET，共混造粒各区、纺丝各区、拉伸热定型各区温度同时下降10℃。测得强度、模量、断裂伸长率，93℃、48％硫酸处理7天强度保持率和93℃、30％NaOH处理7天强度保持率见表1。
表1，四种实施方法所得纤维性能对照如下表：
| 共混纤维PPS含量 | 抗张强度cN/dtex | 杨氏模量cN/dtex | 断裂伸长率％ | 93℃、48％硫酸处理7天强度保持率/％ | 93℃、30％NaOH处理7天强度保持率/％ | |
| 实施例1 | 80％ | 3.9 | 52 | 15 | 100 | 100 |
| 实施例2 | 70％ | 4.2 | 49 | 18 | 98 | 98 |
| 实施例3 | 60％ | 4.7 | 47 | 21 | 98 | 98 |
| 对照例 | 80％ | 3.7 | 42 | 16 | 92 | 85 |
注：表中以及上文中高分子量PET指由固相缩聚制备的、具有阻燃性、特性粘度为1.2的PET。
Claims (5)
1.一种聚苯硫醚/聚酯共混纤维，其特征在于，由以下重量份原料组成：
聚苯硫醚(PPS) 20～95份、
阻燃剂 4～6份、
助剂 0.1～10份。
2.根据权利要求1所述的聚苯硫醚/聚酯共混纤维，其特征在于，所述的阻燃剂为聚酯PET。
3.根据权利要求1所述的聚苯硫醚/聚酯共混纤维，其特征在于，所述的助剂为硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌。
4.根据权利要求1所述的聚苯硫醚/聚酯共混纤维的制备方法，其特征在于，其步骤为：
步骤1.混前干燥
将聚苯硫醚PPS及阻燃剂分别置于转鼓内干燥，六小时内升温到70～130℃；然后于70～130℃保温不少于六小时；随后在一小时内降温70℃到以下，直至共混造粒时取出使用，两种原料含水控制在40ppm以下；
步骤2.混合造粒
将聚苯硫醚PPS和所述阻燃剂和助剂混合10分钟-15分钟后输入储料筒，加入双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机混合造粒1至16区温度分别是：一区：90～120℃，二区：120～170℃，三区：180～220℃，四区：220～250℃，五区:240～270℃，六区:250～275℃，七区:265～280℃，八区：270～285℃，九区：280～290℃，十区：285～295℃，十一区：290～300℃，十二区：295～305℃，十三区：300～310℃，十四区：305～315℃，十五区：310～320℃十六区：305～310℃；
步骤3.纺前干燥
将上步所得粒料置于干燥用转鼓，在70～150℃干燥10小时-18小时，使粒料含水控制在40ppm以下；
步骤4.纺丝
将干燥后的粒料加入熔融纺丝机进料口进行纺丝操作。喷丝孔采用三叶形或Y字形等异形喷丝孔，也可用圆形喷丝孔；设置共混纺丝机的一区至六区的温度如下：一区50℃～105℃，二区280℃～305℃，三区295℃～320℃，法兰区285℃～320℃，弯管区275℃～315℃，纺丝区305℃-320℃，纺丝速度为500～4000m/min，制得聚苯硫醚/聚酯长纤维丝束，集束于物料桶，集束总纤度：20～70万dtex；
步骤5.拉伸热定型
拉伸总倍率：2.8～6.0倍；一级拉伸倍率2.8～4.0，拉伸温度50～125℃；二级拉伸倍率1.1～1.5倍，拉伸温度100～160℃；热定型温度：I区115℃～140℃，II区135℃～160℃，III区145℃～155℃，IV区100℃～125℃，定型时间15～45分钟；切断长度：短纤维25mm以下，长纤维30～115mm。
5.根据权利要求4所述的聚苯硫醚/聚酯共混纤维，其特征在于，所述的拉伸纤维的截面形状为圆形或三角形、三叶形，Y字形，纺制成长纤维或短纤维。
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