專利名稱：一種聚醚砜纖維及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維材料，進(jìn)一步地說，是涉及一種聚醚砜纖維及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
聚醚砜樹脂(polyether sulfone，PES)是非結(jié)晶性、琥珀色、透明的均聚物，具有綜合的優(yōu)異性能。聚醚砜的結(jié)構(gòu)單元為 PES樹脂是一種具有優(yōu)異阻燃性的耐熱性特種高分子材料。它的耐熱性突出，熱變形溫度為200～220℃，可在180～200℃長(zhǎng)期使用。高溫下抗蠕變性能好，在150℃、19.99MPa的應(yīng)力作用下，其應(yīng)變只有2.55％，在180℃以下的溫度范圍內(nèi)其抗蠕變性是熱塑性樹脂中最優(yōu)異的一種。在溫度急劇變化的環(huán)境中仍能保持性能穩(wěn)定等突出優(yōu)點(diǎn)。制品透明，尺寸穩(wěn)定，可耐150～160℃的熱水或蒸氣，其模量在100～200℃幾乎不變，特別在100℃以上比任何一種熱塑性樹脂都好。耐老化性能也優(yōu)異，在180℃使用壽命可達(dá)20年。PES樹脂極限氧指數(shù)為38，具有自熄性，不添加任何阻燃劑即有優(yōu)異的阻燃性。其耐化學(xué)藥品性能好，除可耐稀硫酸、稀硝酸、濃、稀鹽酸外，還可耐50％NaOH、50％KOH、液氨和氨水等無機(jī)酸堿，耐有機(jī)試劑的能力也優(yōu)于一般工程塑料，如可耐各種烷烴、石油制品、醇類、苯、乙酸、氯仿和四氯化碳等。耐蒸汽和過熱水(150～160℃)性能也極好，可經(jīng)過多次蒸汽消毒。可化學(xué)鍍鎳和鍍銅。耐r射線輻射性能也好。但耐紫外線性能差。在衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)方面，被美國(guó)FDA認(rèn)可，也符合日本厚生省第434號(hào)和178號(hào)公告的要求。力學(xué)性能和電性能優(yōu)良，其典型的物化性能為相對(duì)密度1.37，拉伸強(qiáng)度84MPa，彎曲強(qiáng)度12.4MPa，懸臂梁沖擊強(qiáng)度(缺口)85.3J/m，洛氏硬度M88，吸水率(24h)0.43％，熱變形溫度(1.82MPa)203℃，相對(duì)介電常數(shù)3.5，體積電阻率1017～1018Ω·cm3。
特種工程塑料聚醚砜在耐熱性、耐化學(xué)藥品性和機(jī)械性能等方面都是非常優(yōu)越的，而且它是熱塑性樹脂，成型加工性好，故在有高性能、高可靠性要求的領(lǐng)域中的需求在不斷增長(zhǎng)。PES的主要應(yīng)用領(lǐng)域有電器、電子，機(jī)械領(lǐng)域，汽車領(lǐng)域，熱水領(lǐng)域，醫(yī)療器具、食品加工機(jī)械領(lǐng)域，膜分離領(lǐng)域。
目前PES樹脂的制品僅限于特種(耐熱型)工程塑料、涂料和濾膜。其工程塑料可用注射、擠出、模壓、真空成型等方法加工，涂料和濾膜的加工則需配成溶液。類似纖維的品種只有尚處于實(shí)驗(yàn)階段的超濾用的中空PES纖維，它是由溶液紡絲法濕法成型制成的直徑(1mm左右)遠(yuǎn)大于普通纖維(直徑為10～30μm)的過濾材料，其加工工藝與性能要求與普通纖維并不完全相同。國(guó)外關(guān)于聚醚砜熔紡的報(bào)道只有一篇[1]，其中研究了在PES中加入小于1％的不相容添加劑，PES才可穩(wěn)定紡絲，所得纖維強(qiáng)度為2.1CN/dtex。國(guó)內(nèi)關(guān)于聚醚砜熔融紡絲的研究報(bào)道也極少，只有天津紡院在熔融指數(shù)儀上作過實(shí)驗(yàn)研究。(《聚醚砜纖維研制》，于建明等，天津紡織工學(xué)院院報(bào)，1996，15②14～17)目前熔融法紡制聚醚砜纖維的困難主要在于1、聚醚砜樹脂加工溫度高。而目前使用的紡絲用的單螺桿擠出機(jī)及配套紡絲組件的使用溫度限制在350℃以下，而PES的加工溫度為330～370℃，熔融紡絲溫度則更高，需在340～380℃。
2、熔體粘度大。PES加熱熔融后，粘度較大，有熔體破裂傾向，可紡性差。而且通過提高紡絲溫度來降低熔體粘度的方法由于熱分解的存在而難以實(shí)現(xiàn)。
3.在紡絲工藝常用的熔融設(shè)備一單螺桿擠出機(jī)中進(jìn)料困難。PES為無定型高分子材料，無熔點(diǎn)，在一個(gè)較寬的溫度范圍內(nèi)發(fā)生軟化。因此在達(dá)到充分熔融的條件下易發(fā)生環(huán)結(jié)阻料。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明旨在得到一種在具有良好阻燃性能的同時(shí)具有良好耐熱性、耐化學(xué)藥品及機(jī)械性能的聚醚砜纖維。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種高性能聚醚砜纖維。該纖維具有耐熱、阻燃、耐化學(xué)藥品、物理機(jī)械性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供所述聚醚砜纖維的不同于已有熔融紡絲的設(shè)備和技術(shù)的制備方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供所述聚醚砜纖維的在制備紡織品及復(fù)合材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。
本發(fā)明所述的一種聚醚砜纖維，其單纖維的細(xì)度為0.3～30dt，優(yōu)選為1.5～10dt。此處纖維細(xì)度即纖度，標(biāo)準(zhǔn)單位為dt(分特)，為10000米該纖維的克數(shù)。
以上所述的聚醚砜纖維，其由制備的純聚醚砜織物的極限氧指數(shù)(LOI)大于等于30，優(yōu)選為大于等于36。
傳統(tǒng)的樹脂纖維熔融紡絲法是將含水率達(dá)到紡絲要求的樹脂用單螺桿擠出機(jī)加熱熔融，經(jīng)紡絲組件(包括過濾、計(jì)量、分配裝置及噴絲板)以熔體細(xì)流的形式流出，再經(jīng)冷卻固化，形成纖維。
在本發(fā)明中，為了使PES樹脂能順利紡成纖維，需將含水率達(dá)到普通紡絲工藝要求的PES樹脂用雙螺桿擠出機(jī)加熱熔融，再經(jīng)耐高溫的紡絲組件以熔體細(xì)流的形式流出，經(jīng)冷卻固化，形成纖維。
本發(fā)明的聚醚砜纖維的制備方法，具體包括以下步驟①將聚醚砜樹脂干燥；
②將以上聚醚砜樹脂用雙螺桿擠出機(jī)在330～390℃、優(yōu)選為350～370℃的溫度下加熱熔融，再經(jīng)耐溫性至少為400℃的紡絲組件熔融紡絲，熔融紡絲溫度為340～400℃，優(yōu)選為350～370℃。
將上述紡出的絲按常規(guī)方法冷卻固化后，經(jīng)通常的卷繞機(jī)卷繞成形；平衡一段時(shí)間后，以平行牽伸機(jī)進(jìn)行牽伸制得最終的本發(fā)明所述的聚醚砜纖維。
本發(fā)明制備的聚醚砜纖維為純聚醚砜樹脂制備，即含100％wt聚醚砜樹脂。
上述聚醚砜纖維的制備方法選用雙螺桿擠出機(jī)是因?yàn)橛秒p螺桿擠出機(jī)熔融擠出可對(duì)樹脂提供較大的熔體壓力，產(chǎn)生較大的剪切速率，從而在一定程度上降低PES熔體粘度，提高其可紡性。另外，雙螺桿機(jī)擠出機(jī)不同于單螺桿擠出機(jī)，它有自清潔作用，為強(qiáng)制進(jìn)料，不會(huì)發(fā)生環(huán)結(jié)阻料，從而解決了PES這種無定型高分子材料在熔融設(shè)備中進(jìn)料困難的問題。在本發(fā)明中所用的雙螺桿擠出機(jī)可選用現(xiàn)有技術(shù)中所用的各種雙螺桿擠出機(jī)。
上述聚醚砜纖維的制備方法，熔融擠出和紡絲的溫度是根據(jù)聚醚砜樹脂的熔融加工溫度范圍而定。其中紡絲組件的結(jié)構(gòu)為通用的組件結(jié)構(gòu)，一般包括計(jì)量泵、過濾網(wǎng)、噴絲板等。在本發(fā)明中紡絲組件選用耐溫溫度至少為400℃的材料制成?？刹捎玫牟牧习蜏亟饘俨牧稀⒛蜏胤墙饘俨牧系?，范圍非常廣泛?？紤]到成本和材料獲得的難易程度等因素一般可由不銹鋼(1Gr18Ni9Ti)制作，也可由高強(qiáng)鋼(40Gr)制作。
上述本發(fā)明的聚醚砜纖維能夠與棉、毛、絲、麻、羊絨中的一種紗線進(jìn)行合股并紗，制成紗制品。可具有阻燃性，提高耐熱性和強(qiáng)度，改善了尺寸穩(wěn)定性。
上述本發(fā)明的聚醚砜纖維能夠與其他的天然纖維或合成纖維或上述的聚醚砜紗進(jìn)行交織制成織物，可具有阻燃性，提高耐熱性和強(qiáng)度，改善尺寸穩(wěn)定性。
本發(fā)明的聚醚砜纖維具有耐熱、阻燃、耐化學(xué)藥品、物理機(jī)械性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以用于有阻燃要求的紡織品(如消防服、公共場(chǎng)所的地毯、裝飾等)中，也可以用于在耐化學(xué)藥品性和物理機(jī)械性能上有較高要求的紡織品(如勞保服、工業(yè)用布等)中，也可以在有耐熱和/或阻燃要求或在耐化學(xué)藥品性和物理機(jī)械性能上有較高要求的復(fù)合材料中作增強(qiáng)材料。
本發(fā)明的聚醚砜纖維的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中聚醚砜樹脂難于制備纖維的問題，成功制備出性能優(yōu)良的聚醚砜纖維，且工藝簡(jiǎn)單，易于操作，適合推廣。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不受這些實(shí)施例的限制，本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求書中提出。
實(shí)施例1以德國(guó)巴斯夫(BASF)公司生產(chǎn)的聚醚砜(E1010)為原料經(jīng)真空干燥器干燥后(含水率＜100ppm)，采用同向雙螺桿擠出機(jī)組(南京杰恩特公司生產(chǎn)的SHJ-18型)熔融擠出，熔融擠出溫度在330-360℃(一段330℃，二段340℃，三段340℃，四段340℃，五段360℃)；之后經(jīng)紡絲組件在360℃紡絲，冷卻固化后經(jīng)卷繞機(jī)以500米/分鐘的速度卷繞成形；然后以平行牽伸機(jī)進(jìn)行牽伸，牽伸倍數(shù)為2.0。所述紡絲組件包括計(jì)量泵、過濾網(wǎng)、噴絲板等由不銹鋼(1Gr18Ni9Ti)制得。
經(jīng)過以上方法制得聚醚砜纖維的單絲纖度為5dtex，強(qiáng)度為2.7cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)為11％。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB9997測(cè)得。
實(shí)施例2以德國(guó)巴斯夫(BASF)公司生產(chǎn)的聚醚砜(E1010)為原料經(jīng)真空干燥器干燥后(含水率＜100ppm)，采用同向雙螺桿擠出機(jī)組(南京杰恩特公司生產(chǎn)的SHJ-18型)熔融擠出，熔融擠出溫度在330-350℃(一段330℃，二段340℃，三段340℃，四段340℃，五段350℃)；之后經(jīng)紡絲組件在350℃紡絲，冷卻固化后經(jīng)卷繞機(jī)以300米/分鐘的速度卷繞成形；然后以平行牽伸機(jī)進(jìn)行牽伸，牽伸倍數(shù)為1.5。所述紡絲組件包括計(jì)量泵、過濾網(wǎng)、噴絲板等由不銹鋼(1Gr18Ni9Ti)制得。
經(jīng)過以上方法制得聚醚砜纖維經(jīng)同上標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，單絲纖度為20dtex，強(qiáng)度為2.1cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)為20％。
實(shí)施例3以德國(guó)巴斯夫(BASF)公司生產(chǎn)的聚醚砜(E2010)為原料經(jīng)真空干燥器干燥后(含水率＜50ppm)，采用同向雙螺桿擠出機(jī)組(南京杰恩特公司生產(chǎn)的SHJ-18型)熔融擠出，熔融擠出溫度在330-370℃(一段330℃，二段340℃，三段340℃，四段350℃，五段370℃)；之后經(jīng)紡絲組件在370℃紡絲，冷卻固化后經(jīng)卷繞機(jī)以600米/分鐘的速度卷繞成形；然后以平行牽伸機(jī)進(jìn)行牽伸，牽伸倍數(shù)為2.4。所述紡絲組件包括計(jì)量泵、過濾網(wǎng)、噴絲板等由不銹鋼(1Gr18Ni9Ti)制得。
經(jīng)過以上方法制得聚醚砜纖維的單絲纖度為1.Sdtex，強(qiáng)度為2.9cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)為10％。
實(shí)施例4將實(shí)施例1所得聚醚砜纖維經(jīng)加捻制成細(xì)度為40Ne/1、捻度為377捻/m的單紗，在SL7900全自動(dòng)梭織打樣機(jī)(臺(tái)灣本盟)上織成平紋織物(一上一下)，經(jīng)密260根/10m，緯密230根/10m，幅寬50cm。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T5454-1997測(cè)得該織物的LOI為37。
實(shí)施例5將實(shí)施例3所得聚醚砜纖維與純毛紗線在環(huán)錠紡紗機(jī)上紡成包芯紗，聚醚砜纖維包覆在純毛紗線上，聚醚砜纖維在包芯紗中的含量為60％，紡得包芯紗捻度為880捻/m，成紗纖度為16.5tex。在SL7900全自動(dòng)梭織打樣機(jī)(臺(tái)灣本盟)上織成平紋織物(一上一下)，經(jīng)密160根/10m，緯密140根/10m，幅寬50cm，紡織過程順利。
權(quán)利要求
1.一種聚醚砜纖維，其單纖維的細(xì)度為0.3～30dt。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚醚砜纖維，其單纖維的細(xì)度為1.5～10dt。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚醚砜纖維，由其制備的含聚醚砜為100％的織物的極限氧指數(shù)大于等于30。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚醚砜纖維，所述織物的極限氧指數(shù)大于等于36。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4之一所述的聚醚砜纖維的制備方法，包括以下步驟①將聚醚砜樹脂干燥；②將以上聚醚砜樹脂用雙螺桿擠出機(jī)在330～390℃的溫度下加熱熔融，再經(jīng)耐溫溫度至少達(dá)到400℃的紡絲組件熔融紡絲，熔融紡絲溫度為340～400℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚醚砜纖維的制備方法，其中雙螺桿擠出機(jī)的加熱熔融溫度為350℃～370℃；熔融紡絲溫度為350～370℃。
7.一種聚醚砜紗，是采用權(quán)利要求1～4之一所述的聚醚砜纖維與棉、毛、絲、麻、羊絨中的一種或幾種紗線進(jìn)行合股并紗而得。
8.一種聚醚砜織物，是采用權(quán)利要求1～4之一所述的聚醚砜纖維或權(quán)利要求7所述的聚醚砜紗與棉、毛、絲、麻、羊絨中的一種或幾種紗線進(jìn)行交織而得。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種聚醚砜纖維及其制備方法和應(yīng)用，涉及樹脂紡絲領(lǐng)域。本發(fā)明的聚醚砜纖維，其單纖維的細(xì)度為0.3～30dt，優(yōu)選為1.5～10dt其纖維的極限氧指數(shù)大于等于30。本發(fā)明的聚醚砜纖維是通過將聚醚砜樹脂利用雙螺桿擠出機(jī)加熱熔融，再經(jīng)耐高溫的紡絲組件以熔體細(xì)流的形式流出，并經(jīng)冷卻固化，形成纖維的。本發(fā)明的聚醚砜纖維具有耐熱、阻燃、耐化學(xué)藥品、物理機(jī)械性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以用于有阻燃要求的紡織品中，也可以用于在耐化學(xué)藥品性和物理機(jī)械性能上有較高要求的紡織品中，也可以在有耐熱和/或阻燃要求或在耐化學(xué)藥品性和物理機(jī)械性能上有較高要求的復(fù)合材料中作增強(qiáng)材料。
文檔編號(hào)D01F6/58GK1763278SQ20051011518
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月15日
發(fā)明者張?zhí)祢? 鄒黎光, 張麗娜, 包建文, 張毅 申請(qǐng)人:北京服裝學(xué)院