專利名稱：聚苯硫醚紡絲熔體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚苯^^醚的紡絲工藝，尤其是涉及到紡絲熔體的 制備方法。
背景技術(shù)：
聚苯^L醚纖維是一種綜合性能優(yōu)異的高技術(shù)纖維，不僅耐化學(xué)腐 蝕(200。C以下幾乎不溶于任何溶劑)、耐高溫(長(zhǎng)期使用溫度為 150-180°C)、阻燃性好(LOI〉35),還具有良好的物理機(jī)械性能和極 好的尺寸穩(wěn)定性，PPS纖維產(chǎn)品有短纖、長(zhǎng)絲、中空纖維、復(fù)合纖維、 以及由纖維紡織加工的織物、非織布和氈等各種紡織品。
聚苯石克醚纖維的紡織制品的主要用途方面， 一是利用該纖維的熱 穩(wěn)定性好、耐高溫和耐化學(xué)腐蝕性能，用于帶有腐蝕性的熱氣體過濾 材料，如熱電廠的高溫除塵袋、垃圾焚燒爐的袋式除塵器、水泥廠濾 袋等。二是利用聚苯碌b醚纖維的在各種溶劑中的難溶性和穩(wěn)定性，用 于化學(xué)品的過濾，如各種有機(jī)溶液和無機(jī)溶液的過濾。三是利用聚苯 ^琉醚纖維的電絕緣性和阻燃性，用作電絕緣紙、阻燃制品、復(fù)合材料 等。
聚苯錄b醚樹脂(簡(jiǎn)稱PPS樹脂)的紡絲，由于聚苯^^醚在200。C 下幾乎沒有任^T溶劑，其熔點(diǎn)為285。C,在空氣氣氛下的分解溫度為 515°C，為典型的熱塑性材料，因此一般不用溶液紡絲，而是采用熔 融法紡絲獲得纖維。熔融法紡絲制備聚苯辟b醚纖維工藝流程短、設(shè)備 較為簡(jiǎn)單、加工效率高。紡絲過程包括纖維級(jí)聚苯石克酸樹脂的干燥、 預(yù)結(jié)晶，紡絲熔體的制備，經(jīng)過熔體計(jì)量、過濾、噴絲孔噴出絲條、 絲條固化冷卻、上油以及集束等工序形成初生纖維，再經(jīng)過拉伸、熱 定型得到聚苯^^醚纖維。紡絲過程基本無廢水、廢氣、廢渣等"三廢" 排出，對(duì)環(huán)境基本無污染。
聚苯硫醚樹脂熔點(diǎn)較高、而且熔體具有與 一般成纖聚合物不同的 特殊的流變性能，加之聚苯硫醚在高溫下易熱氧化，造成熔體并非普 通假塑性流體。如圖1，四次實(shí)驗(yàn)表明，聚苯硫醚樹脂熔融時(shí)，其剪 切速率總是要在一定范圍內(nèi)變化，當(dāng)剪切速率在150"400S"范圍內(nèi)， 表觀粘度急劇增大，甚至達(dá)到由30陡增至200Pa's,形成剪切增稠現(xiàn) 象，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是PPS樹脂在熔融輸送過程中發(fā)生了 熱氧化，甚至有部分交聯(lián)，從而造成的粘度急劇上升。聚苯硫醚樹脂 的這一現(xiàn)象給紡絲帶來了很大困難，粘度的變化導(dǎo)致機(jī)頭壓力波動(dòng)非 常大，同時(shí)機(jī)頭壓力上升速度快，時(shí)常出現(xiàn)瞬間超過機(jī)頭額定壓力的 情況，導(dǎo)致螺桿的扭矩也有很大波動(dòng)，時(shí)常需要停機(jī)，嚴(yán)重時(shí)還可能 導(dǎo)致電機(jī)燒毀，無法正常連續(xù)紡絲，不僅會(huì)造成纖維線密度不均勻、 力學(xué)性能差，而且很容易損壞螺桿。
中國(guó)專利200410096068.0公開了 一種線性高分子量聚苯石克醚纖 維熔融紡絲、拉伸熱定型方法，包括高溫紡絲、延時(shí)加熱冷卻、固化成型、加熱慢速、多級(jí)拉伸和多級(jí)、多溫區(qū)加熱松弛/緊張熱定型， 該方法限于生產(chǎn)聚苯辟u醚短纖維。
中國(guó)專利200610134654.9公開了 一種抗氧聚苯石克醚纖維的制造 方法，此方法釆用對(duì)聚苯^5克醚樹脂進(jìn)行改性處理，從而抑制和延緩纖 維被高溫氧化和降解，將改性的樹脂熔融紡絲，包括雙螺桿擠出機(jī)高 溫熔融、過濾、高壓紡絲、側(cè)吹風(fēng)冷卻、集束、高倍多級(jí)拉伸、巻曲、 熱定型步驟，該方法主要用于生產(chǎn)抗氧聚苯石克醚短纖維。
曰本專利JP2001262436公開了 一種聚苯碌u醚纖維的生產(chǎn)方法， 該方法控制聚苯石克醚樹脂熔體流動(dòng)速率為100-600g/10min。包括高溫 紡絲、噴絲板下部10厘米處延時(shí)加熱冷卻、固化成型、加熱慢速、 三級(jí)拉伸和松弛熱定型步驟。
以上幾種方法均采用高溫熔融紡絲的方法，以降低聚苯石危醚在螺 桿輸送過程中的粘度，雖然在很大程度上降低了在熔體制備時(shí)損壞螺 桿的可能性，但由圖l可知，只采用高溫熔融紡絲，熔體粘度在剪切 速率150—400S"范圍內(nèi)仍有較大變化，即不能從根本上解決由于機(jī) 頭壓力波動(dòng)較大，而引起的纖維纖維線密度不均勻，力學(xué)性能性能差 的問題。
日本專利JP2006336140公開了 一種聚苯硫醚纖維的生產(chǎn)方法，此 方法是在130—25(TC空氣中氣氛中，對(duì)聚苯^Tb醚樹脂進(jìn)行一定程度 的熱氧化，然后經(jīng)造粒、干燥、紡絲等步驟得到聚苯石克醚纖維。此方 法利用預(yù)先熱氧化的方法，控制原料的熔融指數(shù)，以減小切片熔融時(shí)
熱氧化的程度，從而減小了螺桿輸送過程中，熔體粘度的急劇波動(dòng)。 但熱氧化過程控制比較困難，很容易使聚苯硫醚產(chǎn)生氧化交聯(lián)，甚至 導(dǎo)致原料不能用于紡絲的問題。
綜上所述，如何在剪切速率150—"400S"范圍內(nèi)有效控制熔體粘 度的急劇變化，同時(shí)避免過多熱氧化、熱交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生增加熔體粘度，
成為了當(dāng)前聚苯辟u醚紡絲工藝中亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種聚苯硫醚熔體的制備方法，通過該方 法制備的熔體在初始熔融階段的粘度變化幅度小，熔融均勻，熱氧化、 熱交聯(lián)度低。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種聚苯硫醚紡絲熔體的制備方法，包括 (1 )預(yù)處理步驟將熔融指數(shù)為50~250g/10min的聚苯^5克醚樹 脂，放入真空烘箱中，在溫度為105 ~ 160°C ，真空度為-0.01 ~ -O.lMpa 下，進(jìn)行干燥和預(yù)結(jié)晶處理3~24小時(shí)；
(2)熔融步驟經(jīng)過上述預(yù)處理的聚苯硫醚樹脂在下述條件下， 在熔融設(shè)備中進(jìn)行熔融得到聚苯硫醚紡絲熔體
螺桿溫度310~ 330°C;
擠出機(jī)機(jī)頭壓力10. O土lMpa;
物料在設(shè)備中的流量6. 0-20cmVmin;
物料在設(shè)備中的停留時(shí)間5-10 min。
其中，所述的熔體在剪切速率150一00S"范圍內(nèi)的粘度為 60~100 Pa s，密度為U5~1.2g/cm3。
本發(fā)明熔融聚苯硫醚樹脂采用的設(shè)備是在常規(guī)的單螺桿擠出機(jī) 上，將其螺旋槽設(shè)計(jì)為'淺槽，縮短螺桿長(zhǎng)度，成為淺槽短程單螺桿擠 出機(jī)，即輸送槽體較一般的更淺，輸送熔體的距離更短，這樣減少了 聚苯硫醚在螺桿中的輸送量，使聚^e克醚受熱更均勻，當(dāng)聚苯硫醚樹 脂剪切速率在150~400S"范圍內(nèi)時(shí)，表觀粘度波動(dòng)較較小；同時(shí)減 少了聚苯硫醚樹脂在單螺桿擠出機(jī)中的停留時(shí)間，從而降低了發(fā)生熱 氧化、熱交聯(lián)的可能性，控制熔體粘度在小范圍波動(dòng)，進(jìn)而使機(jī)頭壓 力穩(wěn)定，從而避免了螺桿因扭矩的急劇增大而損壞的可能性，進(jìn)而得 到均勻、穩(wěn)定的紡絲熔體；
采用本發(fā)明熔體可制備的聚苯硫醚長(zhǎng)絲，該長(zhǎng)絲具有優(yōu)異的力學(xué) 性能和紡織加工性，主要用于聚苯硫醚無紡布基布和高溫濾袋縫合 線，由此生產(chǎn)的產(chǎn)品用于火力發(fā)電、鋼鐵工業(yè)、水泥工業(yè)的煙道除塵 過濾袋，也可用于各種化學(xué)品的過濾，其過濾效率高，使用周期長(zhǎng)， 解決了上述行業(yè)對(duì)環(huán)境污染問題。


圖1是本發(fā)明聚苯疏醚樹脂不同溫度下表觀粘度與剪切速率關(guān) 系曲線，圖中，橫坐標(biāo)為剪切速率(s")，縱坐標(biāo)為表觀粘度(Pa's)。 由圖可見，聚苯硫醚的流變行為與普通高聚物有很大區(qū)別，其在剪切 速率lSO^OOS"范圍內(nèi)，表觀粘度急劇增大(甚至達(dá)到200Pa's )，
形成剪切增稠現(xiàn)象；而剪切速率在400 s"以上時(shí)，表觀粘度逐漸降
低，表現(xiàn)為剪切變?。辉谙嗤羟兴俾氏?，表觀粘度隨溫度增加而降 低，而且隨溫度的增加，表觀粘度對(duì)剪切速率的敏感性減弱。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是，以 下實(shí)例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做 出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例1:
將熔融指數(shù)為162g/10min,顏色透明的聚苯疏醚樹脂，放入真空 烘箱中，在溫度為105°C，真空度為-0.05Mpa下，進(jìn)行千燥、預(yù)結(jié)晶 處理3小時(shí)后，再在160。C、真空度-0.09Mpa下脫出樹脂附著溶劑等 20小時(shí)，采用淺槽多溫區(qū)螺桿熔融并輸送，螺桿溫度為310~330°C， 擠出機(jī)機(jī)頭壓力10Mpa,計(jì)量泵輸出量為6.0cmVmin條件下，物料 在設(shè)備中停留5-10min,得到聚苯硫醚紡絲熔體，所述的熔體的粘度 為960 Pa s，密度為1.2g/cm3。
熔體經(jīng)溫度為340。C的計(jì)量泵計(jì)量、過濾后，從孔徑為0.3mm， 孔數(shù)為36孔的噴絲頭噴出，紡絲速度400m/min,紡絲細(xì)流用常溫側(cè) 吹風(fēng)冷卻固化，固化絲條經(jīng)上油、集束、巻繞等工序得到初生纖維。 初生纖維在100。C的熱空氣浴中拉伸3倍后，進(jìn)入定型箱，在溫度為 115。C的熱空氣浴中定型3.5min,制得聚苯^Jt長(zhǎng)絲束。纖維的斷裂
強(qiáng)度4.02cN/dtex，單纖維纖度為3.0dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為21.34% ,纖 維表面光滑，斷面為圓形。纖維在93。C、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%疏酸溶液 中浸泡一周后，其斷裂強(qiáng)度為3.80cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率30.82%;在 93°C、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%硫酸溶液中浸泡一周后，其斷裂強(qiáng)度為 3.86cN/dtex,斷裂伸長(zhǎng)率24.75 % 。 實(shí)施例2:
將熔融指數(shù)為188g/10min，顏色不透明聚苯疏醚樹脂，放入真空 烘箱中，在溫度為120°C,真空度為-0.09Mpa下，進(jìn)行干燥、預(yù)結(jié)晶 處理20小時(shí)后，采用淺槽多溫區(qū)螺桿熔融并輸送，螺桿溫度為 305~330°C,擠出機(jī)機(jī)頭壓力10Mpa,計(jì)量泵輸出量為6.0cm3/min條 件下，物料在設(shè)備中停留5 10min，得到聚苯硫醚紡絲熔體，所述 的熔體的粘度為1060Pa s,密度為1.18g/cm3。
熔體經(jīng)溫度為335。C的計(jì)量泵計(jì)量、過濾后，從孔徑為0.3mm, 孔數(shù)為36孔的噴絲頭噴出，紡絲速度600m/min，紡絲細(xì)流用常溫側(cè) 吹風(fēng)冷卻固化，固化絲條經(jīng)上油、集束、巻繞等工序得到初生纖維。 初生纖維在95r的熱空氣浴中拉伸2倍后，進(jìn)入定型箱，在溫度為 115。C的熱空氣浴中定型3.5min,制得聚苯^5克醚長(zhǎng)絲束。纖維的斷裂 強(qiáng)度3.02cN/dtex,單纖維纖度為3.0dtex,斷裂伸長(zhǎng)率為22.93 % ，纖 維表面光滑，斷面為圓形。
實(shí)施例3:
將熔融指數(shù)為206g/10min，顏色透明聚苯硫醚樹脂，放入真空烘
箱中，在溫度為120°C，真空度為-0.09Mpa下，進(jìn)行干燥、預(yù)結(jié)晶處 理20小時(shí)后，采用淺槽多溫區(qū)螺桿熔融并輸送，螺桿溫度為 310~330°C,擠出機(jī)機(jī)頭壓力10Mpa,計(jì)量泵輸出量為6.0cm3/min條 件下，物料在設(shè)備中停留5 10min,得到聚苯疏醚紡絲熔體，所述 的熔體的粘度為1350 Pa s,密度為1.2g/cm3。
熔體經(jīng)溫度為330。C的計(jì)量泵計(jì)量、過濾后，從孔徑為0.3mm， 孔數(shù)為36孔的噴絲頭噴出，紡絲速度800m/min,紡絲細(xì)流在空氣中 自然冷卻固化，固化絲條經(jīng)上油、集束、巻繞等工序得到初生纖維。 初生纖維在100。C的熱空氣浴中拉伸1.5倍后，進(jìn)入定型箱，在溫度 為115。C的熱空氣浴中定型3.5min,制得聚苯;^危醚長(zhǎng)絲束。纖維的斷 裂強(qiáng)度3.79cN/dtex,單纖維纖度為3.0dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為20.00% ， 纖維表面光滑，斷面為圓形。纖維在93。C、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%硫酸溶 液中浸泡一周后，其斷裂強(qiáng)度為3.71cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率27.84%; 在93°C、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%硫酸溶液中浸泡一周后，其斷裂強(qiáng)度為 3.76cN/dtex,斷裂伸長(zhǎng)率21.98 % 。
權(quán)利要求
1、一種聚苯硫醚紡絲熔體的制備方法，包括預(yù)處理和熔融步驟，其特征在于(1)預(yù)處理步驟將熔融指數(shù)為50～250g/10min的聚苯硫醚樹脂，放入真空烘箱中，在溫度為105～160℃，真空度為-0.01～-0.1Mpa下，進(jìn)行干燥和預(yù)結(jié)晶處理3～24小時(shí)；(2)熔融步驟經(jīng)過上述預(yù)處理的聚苯硫醚樹脂在下述條件下進(jìn)行熔融得到聚苯硫醚紡絲熔體螺桿溫度310～330℃；擠出機(jī)機(jī)頭壓力10.0±1Mpa；物料在設(shè)備中的流量6.0-20cm3/min；物料在設(shè)備中的停留時(shí)間5-10min。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的熔體在 剪切速率150400S-1范圍內(nèi)的粘度為60-100 Pa s，密度為 1.15~1.2g/cm3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚苯硫醚紡絲熔體的制備方法，它包括預(yù)處理步驟和熔融步驟，本發(fā)明熔融步驟采用淺槽短程單螺桿擠出機(jī)，減少了聚苯硫醚在螺桿中的輸送量，使聚苯硫醚受熱更均勻，當(dāng)聚苯硫醚樹脂剪切速率在150-400S^-1范圍內(nèi)時(shí)，表觀粘度波動(dòng)較小，同時(shí)減少了聚苯硫醚樹脂在熔融設(shè)備中的停留時(shí)間，從而降低了發(fā)生熱氧化、熱交聯(lián)的可能性，控制熔體粘度在小范圍波動(dòng)，進(jìn)而使機(jī)頭壓力穩(wěn)定，避免了螺桿因扭矩的急劇增大而損壞的可能性，能夠得到均勻、穩(wěn)定的紡絲熔體，利用該熔體制得的長(zhǎng)絲，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和紡織加工性。
文檔編號(hào)D01D5/08GK101348948SQ200810045628
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者喬昌兵, 劉小慧, 劉鵬清, 葉光斗, 唐國(guó)強(qiáng), 姜猛進(jìn), 彭金華, 徐建軍, 明 晏, 曾理康, 李守群, 林雪梅, 彥 游, 岳 蔣 申請(qǐng)人:自貢鴻鶴化工股份有限公司