CN105544001A - 聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法 - Google Patents

Abstract

一种聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，属于高性能特种改性纤维制备领域。其是将96-98.5%的聚苯硫醚粉料与1.5-4%的改性剂引入螺杆挤出机中熔融为聚苯硫醚改性熔体且将熔体挤出到均化釜中，由均化釜抽除进入到均化釜内的聚苯硫醚改性熔体中的溶剂和低分子挥发物，并使聚苯硫醚改性熔体均化混合，接着由熔体泵送入过滤器，由过滤器除杂过滤后经计量泵计量并引入纺丝箱纺丝，由喷丝板上的喷丝孔喷出的丝条依次经环吹风冷却、上油辊对丝条上油、牵伸、热定型机定型、卷曲、松弛定型机松弛定型、切断和打包，得到聚苯硫醚改性短纤。缩短制备流程、简化设备配置、提高制备效率、降低成本、节约能耗且保证品质的一致性。

Description

聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法

技术领域

本发明属于高性能特种改性纤维制备技术领域，具体涉及一种聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法。

背景技术

前述的聚苯硫醚的英文全称为：PolyphenyleneSulfide（简称PPS）。前述的聚苯硫醚改性短纤即为聚苯硫醚改性短纤维或短切纤维（以下同）。聚苯硫醚纤维由美国菲利浦（Philip）石油公司率先研制成功，该公司于1973年实现了PPS树脂的工业化生产，1979年研制出纤维级的PPS树脂，1983年PPS短纤维工业化。由于聚苯硫醚纤维具有优良的使用性能，因而受到人们的关注，日本东洋纺、东丽、帝人和德国拜耳公司也相继开发和生产出聚苯硫醚纤维。

聚苯硫醚可制成长丝和短纤维，由于其具有较好的纺织加工性能（即可纺性）和优良的耐化学性、热稳定性、耐高温性和阻燃性，因而在环境保护、烟道和化学工业高温过滤及航空航天等领域中被广泛应用，如热电厂燃煤锅炉、垃圾焚烧、水泥厂高温烟道过滤袋、化学工业中的耐腐蚀滤布、造纸工业和电气工业中的干燥带、针刺毡；特殊电缆包复层；宇航工业中的阻燃织物等等。但是由于PPS纤维不耐氧化，因而如何提高PPS纤维的耐氧化性能成了目前关注的热点。

聚苯硫醚短纤维的生产普遍采用公知三步法，如果需要改性，至少也要三步才能完成。第一步：将PPS粉料造粒形成PPS粒料；第二步：先将粒料经干燥除水后由螺杆挤出机熔融挤出，再进入纺丝箱熔融纺丝，在线速度为500-900m/min的纺丝速度下卷绕落桶；第三步：将若干桶的丝束集束，依次经牵伸、卷曲、定型、切断和打包，得到聚苯硫醚短纤。

由上述三步法的工艺流程可知，由于需要将PPS粉料改性造粒及干燥除水，纺丝与牵伸分开，且牵伸速度慢、占用生产场所的空间大、环节多，重复加热、冷却，因而不仅工艺环节多、能耗大、效率低、短纤的稳定性（品质的均一性）差，而且制备成本高，例如干燥设备要求楼层高甚至需采用氮气作为干燥介质。

在公开的中国专利文献中可见诸聚苯硫醚短纤的制备方法的技术信息，如公开号CN101187070A推荐有“聚苯硫醚短纤维一步法成套设备和生产方法”，该专利申请方案教导了：为了避免线型苯硫醚切片在螺杆熔融挤出过程中产生堵料、引起压力波动、氧化降解和交联等，在熔融纺丝前即在螺杆熔融挤出前对线型聚苯硫醚切片采用真空转鼓或预结晶干燥设备进行干燥（说明书第3页第2段）。

CN103409835B提供有“细旦聚苯硫醚短纤维的生产方法”，在工艺步骤的第一步教导了：切片输送、预结晶、干燥塔干燥、螺杆挤压机熔融、熔体预过滤器、计量泵、纺丝组件、环吹风冷却、卷绕集束、细旦聚苯硫醚短纤维生丝落筒。该专利方法针对的是0.9-1.3dtex纤度的纤维；还如CN104894678A介绍有“一种高强高模聚苯硫醚短纤的生产方法”，其工艺步骤依次为：聚苯硫醚树脂混合物混合、双螺杆挤出机挤出、干燥、纺丝、集束、拉伸、卷曲、热定型、切断和打包，改善纤维的断裂强度（4.9-5.2cN/dtex）、剪切模量（3-4.5cN/dtex）系该专利的建树所在。

通过对上述CN103409835B以及CN104894678A的说明书的阅读可知，两者的工艺线路基本相同，主要是通过改变工艺条件如温度、时间、压力、原料等达到获得特种聚苯硫醚纤维之目的，然而均未给出得以简化工序、降低能耗、节省设备配量及投资成本、改善可纺性等的启示。

如业界所知，聚苯硫醚粉料是聚苯硫醚粒子（切片）的前体，人们始终沿袭着传统工艺而先将其制备成粒子，再对粒子进行干燥，而后由螺杆挤出机熔融挤出，因此难以甚至无法将聚苯硫醚短纤的制备成本降低到业界之预期。然而经本申请人所作的反复试验表明：只要对工艺路线作合理改进以及对相关设备合理增减，那么完全可以摆脱传统模式的先造粒再干燥，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，该方法在螺杆熔融挤出之前无需对聚苯硫醚粉料按部就班地依次进行改性、造粒和干燥而藉以提高制备效率并得以使牵伸与纺丝并驾齐驱地进行，有助于摒弃丝条落桶以及摒弃集束而藉以减少工艺环节、降低能耗、进而提高制备效率、节约制备成本并且得以保障聚苯硫醚改性短纤品质的一致性。

本发明的任务是这样来完成的，一种聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，其是将质量%比为96-98.5%的聚苯硫醚粉料与质量%比为1.5-4%的改性剂引入配有混炼装置的螺杆挤出机中熔融为聚苯硫醚改性熔体并且将该聚苯硫醚改性熔体挤出到配有搅拌器的均化釜中，由均化釜抽除进入到均化釜内的聚苯硫醚改性熔体中的溶剂和低分子挥发物，并使聚苯硫醚改性熔体均化混合，接着由与均化釜相连接的熔体泵送入过滤器，由过滤器除杂过滤后经计量泵计量并引入纺丝箱纺丝，由纺丝箱的喷丝板上的喷丝孔喷出的丝条依次经环吹风冷却装置环吹风冷却、上油辊对丝条上油、牵伸、热定型机定型、卷曲、松弛定型机松弛定型、切断和打包，得到聚苯硫醚改性短纤。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的改性剂为纳米二氧化硅。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的聚苯硫醚粉料为熔融指数为110-200g/10min的线性聚苯硫醚粉料。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述挤出时的所述螺杆挤出机的螺杆温度为：一区236-240℃，二区245-250℃，三区260-270℃，四区272-276℃，五区280-285℃，六区285-290℃，七区295-300℃，八区295-305℃，九区305-320℃，十区305-330℃，机头温度为300-340℃。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述纺丝箱纺丝的温度为306-340℃；所述喷丝板为圆形喷丝板，该圆形喷丝板的直径为260㎜，喷丝孔的直径为0.25-0.45㎜，喷丝孔的长径比L∶D为3～4∶1。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述环吹风的方式为由内向外吹风和由外向内的吹风中的任意一种环吹风方式，环吹风的温度控制为15-26℃；所述上油辊对丝条上油的上油率为0.22-0.5%。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述牵伸为热辊牵伸并且牵伸道数为三道，第一道牵伸的牵伸倍数为1.02-1.2倍并且第一道牵伸的牵伸温度为70-110℃；第二道牵伸的牵伸倍数为2.8-3.8倍并且第二道牵伸的牵伸温度为60-120℃；第三道牵伸的牵伸倍数为1.02-1.2倍并且牵伸温度为100-140℃，所述丝条出第三道热牵伸辊时的线速度为950-1500m/min。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述热定型机定型的温度为150-220℃，所述松弛定型机松弛定型的温度为140-180℃。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述卷曲的卷曲数为9-14个/25㎜；所述切断是将丝束切断至长度为38㎜、51㎜或76㎜。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述聚苯硫醚改性短纤维的纤度为0.9-5.0dtex，断裂强度为4.0-4.80CN/dtex，断裂伸长率为28.0-45%，180℃干热收缩率为3.0-8.5%。

本发明提供的技术方案相对于已有技术因无需造粒、干燥、落桶并且无需在落桶后集束，而是将聚苯硫醚粉料和改性剂一并投入配有混炼装置的螺杆挤出机中熔融并挤出牵伸，因而可显著缩短制备流程、简化设备配置、提高制备效率、降低制备成本、节约能耗并且能保障聚苯硫醚改性短纤的品质的一致性。

具体实施方式

实施例1：

将熔融指数为155g/10min的并且质量%比为98.5%的聚苯硫醚粉料以及质量%为1.5%的纳米二氧化硅引入配有混炼装置的螺杆挤出机中熔融为聚苯硫醚改性熔体并且同时将该聚苯硫醚改性熔体挤出到配有搅拌器的均化釜中，在均化釜的真空度小于10Pa并且在搅拌器处于搅拌状态下由均化釜抽除进入到均化釜内的聚苯硫醚改性熔体中的溶剂和低分子挥发物，同时将聚苯硫醚改性熔体均化混合，接着由与均化釜的出料口相连接的熔体泵送入即泵入过滤器，由过滤器除杂（除去杂质）过滤后经计量泵计量并引入纺丝箱纺丝，纺丝的温度为318℃，由纺丝箱的纺丝组件的喷丝板上的喷丝孔喷出的丝条依次经环吹风冷却、上油辊对丝条上油、热辊牵伸（热辊为电磁感应加热辊）、热定型机定型、卷曲、松弛定型机松弛定型、切断和打包，得到聚苯硫醚改性短纤，本实施例所述挤出时的螺杆挤出机的螺杆温度控制为：一区236℃，二区250℃，三区265℃，四区272℃，五区280℃，六区290℃，七区295℃，八区295℃，九区310℃，十区305℃，机头温度为335℃，所述的喷丝板为圆形喷丝板，该喷丝板的直径为260㎜，喷丝孔的直径为0.45㎜，喷丝孔的长径比L/D为3.5∶1，所述环吹风冷却的环吹风方式为由内向外吹风，环吹风的温度（风温）为15℃，丝条在途经上油辊时的上油率为0.45%，热辊牵伸道数为三道，第一道牵伸是在第一牵伸辊（成对配置）与第二牵伸辊（成对配置）之间完成的，第一道牵伸辊的温度为100℃并且牵伸倍数为1.03倍；第二道牵伸是在第二牵伸辊与第三牵伸辊（成对配置）之间进行，第二道牵伸的温度为90℃并且牵伸倍数为3.3倍；第三道牵伸在第三牵伸辊与第四牵伸辊（成对配置）之间进行，第三道牵伸的温度为120℃并且牵伸倍数为1.1倍，丝条在出第三道牵伸辊即出第四牵伸辊时的线速度为1200m/min，所述热定型机定型的定型温度为200℃；所述卷曲的卷曲数为9个/25㎜；所述松弛定型机松弛定型的温度为150℃；所述切断的长度为51㎜；所述聚苯硫醚改性短纤的纤度为2.2dtex、断裂强度为4.5CN/dtex、断裂伸长率为33.3%、180℃干热收缩率为6%。

实施例2：

将熔融指数为110/10min的并且质量%比为96%的聚苯硫醚粉料以及质量%为4%的纳米二氧化硅引入配有混炼装置的螺杆挤出机中熔融为聚苯硫醚改性熔体并且同时将该聚苯硫醚改性熔体挤出到配有搅拌器的均化釜中，在均化釜的真空度小于10Pa并且在搅拌器处于搅拌状态下由均化釜抽除进入到均化釜内的聚苯硫醚改性熔体中的溶剂和低分子挥发物，同时将聚苯硫醚改性熔体均化混合，接着由与均化釜的出料口相连接的熔体泵送入即泵入过滤器，由过滤器除杂（除去杂质）过滤后经计量泵计量并引入纺丝箱纺丝，纺丝的温度为316℃，由纺丝箱的纺丝组件的喷丝板上的喷丝孔喷出的丝条依次经环吹风冷却、上油辊对丝条上油、热辊牵伸（热辊为电磁感应加热辊）、热定型机定型、卷曲、松弛定型机松弛定型、切断和打包，得到聚苯硫醚改性短纤，本实施例所述挤出时的螺杆挤出机的螺杆温度控制为：一区240℃，二区245℃，三区270℃，四区274℃，五区285℃，六区285℃，七区300℃，八区303℃，九区305℃，十区330℃，机头温度为340℃，所述的喷丝板为圆形喷丝板，该喷丝板的直径为260㎜，喷丝孔的直径为0.35㎜，喷丝孔的长径比L/D为3∶1，所述环吹风冷却的环吹风方式为由外向内吹风，环吹风的温度（风温）为26℃，丝条在途经上油辊时的上油率为0.22%，热辊牵伸牵伸道数为三道，第一道牵伸是在第一牵伸辊（成对配置）与第二牵伸辊（成对配置）之间完成的，第一道牵伸辊的温度为70℃并且牵伸倍数为1.02倍；第二道牵伸是在第二牵伸辊与第三牵伸辊（成对配置）之间进行，第二道牵伸的温度为120℃并且牵伸倍数为3.8倍；第三道牵伸在第三牵伸辊与第四牵伸辊（成对配置）之间进行，第三道牵伸的温度为140℃并且牵伸倍数为1.2倍；丝条在出第三道牵伸辊即出第四牵伸辊时的线速度为950m/min，所述热定型机定型的定型的温度为150℃；所述卷曲的卷曲数为14个/25㎜；所述松弛定型机松弛定型的温度为180℃；所述切断的长度为38㎜。所述聚苯硫醚改性短纤的纤度为5dtex、断裂强度为4CN/dtex、断裂伸长率为28%、180℃干热收缩率为3%。

实施例3：

将熔融指数为200g/10min的并且质量%比为97.5%的聚苯硫醚粉料以及质量%为2.5%的纳米二氧化硅引入配有混炼装置的螺杆挤出机中熔融为聚苯硫醚改性熔体并且同时将该聚苯硫醚改性熔体挤出到配有搅拌器的均化釜中，在均化釜的真空度小于10Pa并且在搅拌器处于搅拌状态下由均化釜抽除进入到均化釜内的聚苯硫醚改性熔体中的溶剂和低分子挥发物，同时将聚苯硫醚改性熔体均化混合，接着由与均化釜的出料口相连接的熔体泵送入即泵入过滤器，由过滤器除杂（除去杂质）过滤后经计量泵计量并引入纺丝箱纺丝，纺丝的温度为306℃，由纺丝箱的纺丝组件的喷丝板上的喷丝孔喷出的丝条依次经环吹风冷却、上油辊对丝条上油、热辊牵伸（热辊为电磁感应加热辊）、热定型机定型、卷曲、松弛定型机松弛定型、切断和打包，得到聚苯硫醚改性短纤，本实施例所述挤出时的螺杆挤出机的螺杆温度控制为：一区238℃，二区248℃，三区260℃，四区276℃，五区282℃，六区288℃，七区298℃，八区305℃，九区320℃，十区315℃，机头温度为300℃，所述的喷丝板为圆形喷丝板，该喷丝板的直径为260㎜，喷丝孔的直径为0.25㎜，喷丝孔的长径比L/D为4∶1，所述环吹风冷却的环吹风方式为由内向外吹风，环吹风的温度（风温）为20℃，丝条在途经上油辊时的上油率为0.36%，热辊牵伸牵伸道数为三道，第一道牵伸是在第一牵伸辊（成对配置）与第二牵伸辊（成对配置）之间完成的，第一道牵伸辊的温度为90℃并且牵伸倍数为1.2倍；第二道牵伸是在第二牵伸辊与第三牵伸辊（成对配置）之间进行，第二道牵伸的温度为60℃并且牵伸倍数为2.8倍；第三道牵伸在第三牵伸辊与第四牵伸辊（成对配置）之间进行，第三道牵伸的温度为100℃并且牵伸倍数为1.02倍，丝条在出第三道牵伸辊即出第四牵伸辊时的线速度为1500m/min，所述热定型机定型的温度为220℃；所述卷曲的卷曲数为12个/25㎜；所述松弛定型机松弛定型的温度为140℃；所述切断的长度为76㎜。所述聚苯硫醚改性短纤的纤度为0.9dtex、断裂强度为4.8CN/dtex、断裂伸长率为45%、180℃干热收缩率为8.5%。

Claims (10)

1.一种聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，其特征在于其是将质量%比为96-98.5%的聚苯硫醚粉料与质量%比为1.5-4%的改性剂引入配有混炼装置的螺杆挤出机中熔融为聚苯硫醚改性熔体并且将该聚苯硫醚改性熔体挤出到配有搅拌器的均化釜中，由均化釜抽除进入到均化釜内的聚苯硫醚改性熔体中的溶剂和低分子挥发物，并使聚苯硫醚改性熔体均化混合，接着由与均化釜相连接的熔体泵送入过滤器，由过滤器除杂过滤后经计量泵计量并引入纺丝箱纺丝，由纺丝箱的喷丝板上的喷丝孔喷出的丝条依次经环吹风冷却装置环吹风冷却、上油辊对丝条上油、牵伸、热定型机定型、卷曲、松弛定型机松弛定型、切断和打包，得到聚苯硫醚改性短纤。

2.根据权利要求1所述的聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，其特征在于所述的改性剂为纳米二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，其特征在于所述的聚苯硫醚粉料为熔融指数为110-200g/10min的线性聚苯硫醚粉料。

4.根据权利要求1所述的聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，其特征在于所述挤出时的所述螺杆挤出机的螺杆温度为：一区236-240℃，二区245-250℃，三区260-270℃，四区272-276℃，五区280-285℃，六区285-290℃，七区295-300℃，八区295-305℃，九区305-320℃，十区305-330℃，机头温度为300-340℃。

5.根据权利要求1所述的聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，其特征在于所述纺丝箱纺丝的温度为306-340℃；所述喷丝板为圆形喷丝板，该圆形喷丝板的直径为260㎜，喷丝孔的直径为0.25-0.45㎜，喷丝孔的长径比L∶D为3～4∶1。

6.根据权利要求1所述的聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，其特征在于所述环吹风的方式为由内向外吹风和由外向内的吹风中的任意一种环吹风方式，环吹风的温度控制为15-26℃；所述上油辊对丝条上油的上油率为0.22-0.5%。

7.根据权利要求1所述的聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，其特征在于所述牵伸为热辊牵伸并且牵伸道数为三道，第一道牵伸的牵伸倍数为1.02-1.2倍并且第一道牵伸的牵伸温度为70-110℃；第二道牵伸的牵伸倍数为2.8-3.8倍并且第二道牵伸的牵伸温度为60-120℃；第三道牵伸的牵伸倍数为1.02-1.2倍并且牵伸温度为100-140℃，所述丝条出第三道热牵伸辊时的线速度为950-1500m/min。

8.根据权利要求1所述的聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，其特征在于所述热定型机定型的温度为150-220℃，所述松弛定型机松弛定型的温度为140-180℃。

9.根据权利要求1所述的聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，其特征在于所述卷曲的卷曲数为9-14个/25㎜；所述切断是将丝束切断至长度为38㎜、51㎜或76㎜。

10.根据权利要求1所述的聚苯硫醚粉料改性直接制备聚苯硫醚改性短纤的方法，其特征在于所述聚苯硫醚改性短纤维的纤度为0.9-5.0dtex，断裂强度为4.0-4.80CN/dtex，断裂伸长率为28.0-45%，180℃干热收缩率为3.0-8.5%。