CN101187070A - 聚苯硫醚短纤维一步法成套设备和生产方法 - Google Patents

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侯庆华
杨新华
邓佶
连宏光
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Abstract

本发明为聚苯硫醚短纤维一步法成套设备和生产方法。提供了一种聚苯硫醚短纤维的生产方法，以弥补现有二步法技术的不足和缺陷。主要是选用线性聚苯硫醚切片，采用本发明的聚苯硫醚一步法工艺和设备，在280～340℃进行熔融纺丝，熔体喷出后经过缓冷区和冷却区的固化过程且连续地经过多道牵伸定型并在600～1500m/min牵伸卷绕速度下生产聚苯硫醚短纤维。此发明的方法生产过程稳定，制成率高、易管理、效率高、成本低、产品质量好。

Description

聚苯硫醚短纤维一步法成套设备和生产方法
技术领域
本发明属于特种化学纤维的技术领域，特别涉及聚苯硫醚短纤维一步法成套设备和生产方法。
背景技术
聚苯硫醚(英文名称Polyphenylene Sulfide，缩写PPS)纤维由美国菲利浦(Philip)石油公司首先研制成功。该公司于1973年PPS树脂工业化生产，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，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，由于有较好的纺织加工性能和优良的耐化学性、热稳定性、耐高温性和阻燃性，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具有广泛的应用，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。
以往聚苯硫醚短纤维的生产均采用公知的二步法短纤维生产工艺和设备，即纺丝成形过程在500～1000m/min纺丝速度下成形后落桶，然后再把若干桶的丝束集束再经牵伸、卷曲、定型、切断和打包等过程完成，此后处理过程的牵伸定型速度最高不超过200m/min。二步法生产设备和生产方法有着设备庞大、占地面积多、能耗大、加工成本高、效率低，且生产出的聚苯硫醚短纤维品质均一性差等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种聚苯硫醚短纤维一步法成套设备和生产方法，以弥补现有技术的不足或缺陷。用本发明一步法成套设备和生产方法生产聚苯硫醚短纤维，生产过程稳定、易管理、制成率高、成本低、效率高且产品质量好。
本发明的聚苯硫醚短纤维一步法成套设备包括纺丝成形设备和后处理设备。其中所述的纺丝成形设备由螺杆挤压机、过滤器、纺丝箱体、喷丝板、缓冷、环吹、上油和导丝装置等组成：其中所述的后处理设备则由五组牵伸辊、三辊导丝辊、卷曲机、切断机和打包机等组成。
本发明所述的聚苯硫醚切片是一种线性结构的聚合物，
Figure S2007101246085D00011
结构单元含量≥70％mol/mol，最好≥90％mol/mol。其熔融指数(MFR)应为20～600g/10min，最好为30～300g/10min。MFR过大，纤维成型困难，MFR过低，熔融挤出困难，难于加工。
本发明所述的喷丝孔孔径在0.1～1.0mm。由于聚苯硫醚属于高弹性热塑性材料，喷丝孔长径比L/D在3.0～10.0较为合适，最好孔径在0.3～0.6mm，L/D在3.0～8.0。
本发明所述聚苯硫醚短纤维经喷丝孔挤出后首先通过一个缓冷区，这一区域主要是由加热装置组成，此加热装置其加热方式主要是电加热和联苯加热；其外形为保温筒式，为了操作便利性，可以将其制成可开合的形式。其位置在喷丝板下方1～30cm处，最好在5～10cm处，此缓冲装置的长度为10～50cm，最好在20～40cm，缓冷区的温度控制在190～300℃，最好控制在200～280℃。
本发明所述的聚苯硫醚短纤维纺丝固化成形过程为先经缓冲区后进入环吹风装置中固化成形，风温控制在20～60℃，最好控制在25～50℃。冷却媒介为空气。
本发明所述的聚苯硫醚短纤维其牵伸定型过程是一个高于聚苯硫醚玻璃化温度环境中进行牵伸和定型的过程，其加热媒介为电加热。根据聚苯硫醚短纤维的应用其牵伸温度、牵伸倍率有所不同。为了提高纤维的取向度和结晶度，降低纤维的干热收缩率，其牵伸过程可以分为3道或4道牵伸来进行，总牵伸倍率控制在1.5～6.0倍，最好控制在2.5～5.0倍，牵伸温度80～260℃，牵伸温度最好控制在90～250℃。在进行多道牵伸过程中，其总牵伸倍数可以分配到每一道牵伸来完成。如采用3道牵伸时，第1道牵伸倍率为总牵伸倍率的1.1～1.5倍，第2道牵伸倍率为总牵伸倍率的1.8～3.5倍，第3道牵伸倍率为总牵伸倍率的1.05～1.2倍。若采用4道牵伸时，第1道牵伸倍率为总牵伸倍率的1.1～1.4倍，第2道牵伸倍率为总牵伸倍率的2～3.5倍，第3道牵伸倍率为总牵伸倍率的1.05～1.2倍，第4道牵伸倍率为总牵伸倍率的1.01～1.15倍；定型温度控制在150～280℃，最好控制在160～260℃，松驰率为8.0～11.0％，最好控制在2.0～4.0％。
本发明所述的聚苯硫醚短纤维其牵伸定型速度为600～1500m/min，根据聚苯硫醚切片的以及纤维单丝的线密度，通常其牵伸定型速度控制在800～1200m/min。
本发明所述的聚苯硫醚纤维其最终的单纤维线密度在0.5～10.0dtex，最好控制在1.0～8.0dtex，通常用的线密度控制在1.5～7.0dtex，聚苯硫醚短纤维长度通常为38mm、51mm、76mm、102mm等。
本发明的技术效果：选用性能优良的线性聚苯硫醚切片，采用专门设计的一步法纺牵联合短纤维成套设备，经过严格的工艺控制过程，即可生产出断裂强度、断裂伸长、干热收缩率等性能都较优的聚苯硫醚短纤维。产品质量好、生产过程稳定、易管理、制成率高、成本低、效率高。
下面结合附图和实施例进一步说明。
附图说明
图1是聚苯硫醚短纤维成套设备简示图
1-螺杆挤压机      2-过滤器         3-纺丝箱体       4-喷丝板     5-缓冷装置
6-环吹装置        7-上油辊         8-导丝辊         9-第一组热辊
10-第二组热辊     11-第三组热辊    12-第四组热辊    13-第五组热辊
14-三辊导丝辊     15-卷曲机        16-切断机        17-输送机    18-打包机
本发明选用性能优良的经过干燥后含水率≤30PPM的聚苯硫醚切片，注入到螺杆挤出机1中熔融，熔融温度280～340℃，经过滤器2过滤杂质后的熔体经过计量泵计量后进入纺丝箱体3中的喷丝板4中喷出，喷出的丝条经缓冷装置5和环吹风6中冷却固化后经上油辊7上油后，经导丝辊8集束后进入五组热辊9、10、11、12、13中进行多道多倍牵伸定型，牵伸定型后的纤维丝束经三辊导丝辊14进入卷曲机15中进行卷曲，卷曲的丝束进入切断机16切断成规定的长度，切断后的短纤维经输送机17输送到打包机18中进行打包。牵伸倍数为2～5倍，牵伸温度为80～260℃，定型温度为150～280℃，第五组热辊牵伸定型速度为100～1500m/min，制成单纤维线密度为1～10dtex，切断长度为38mm、51mm、76mm和102mm等均可。
具体实施方式
实施例1
采用MFR为170g/10min线性聚苯硫醚切片，为了避免聚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，氧化降解和交联等情况，在熔融纺丝前，在公知的真空转鼓或预结晶干燥设备中进行干燥聚苯硫醚切片，含水率为23PPM。纺丝时螺杆温度280～325℃，箱体温度320℃，喷丝板孔径0.3mm，长径比(L/D)为6，喷丝板孔数为2500孔，缓冷区距离喷丝板下方10cm处，缓冷区温度240℃；冷却区风温30℃；按1.6％上油率来上油；采用三道牵伸进行牵伸，总牵伸倍数为4.0倍，牵伸定型速度1200m/min。各道牵伸辊温度和倍数，定型温度、卷绕速度以及聚苯硫醚长丝物性指标参见表1所示。
实施例2纺丝条件均同实施例1，仅是牵伸时采用四道牵伸过程，牵伸条件和物性指标参见表1所示。
实施例3采用了MFR为210g/10min的线性聚苯硫醚切片，纺丝条件，牵伸卷绕条件和物性指标见表1所示。
表1实施例工艺参数和物性表

Claims (7)

1.聚苯硫醚短纤维一步法成套设备和生产方法。其特征在于熔融纺丝设备和牵伸定型设备形成全流程和系统集成化的成套设备且能连续地生产聚苯硫醚短纤维的生产方法。
2.聚苯硫醚短纤维一步法成套设备和生产方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)熔融纺丝：将预结晶干燥后的线性聚苯硫醚切片在螺杆挤压机中进行高温熔融。
(2)缓冷和冷却：熔体从喷丝板喷出后，经过缓冷区和冷却区固化成形。
(3)多道牵伸定型：固化成形的纤维经上油导丝后进入多道牵伸定型。
3.根据权利要求1、2所述的聚苯硫醚短纤维的生产方法，其特征在于线性聚苯硫醚切片中
Figure S2007101246085C00011
结构单元含量≥90％(mol/mol)，熔融指数MFR为20～600g/10min。
4.根据权利要求1、2所述的聚苯硫醚短纤维的生产方法，其特征在于线性聚苯硫醚切片在螺杆挤压机中的熔融温度280～340℃，喷丝板孔径0.1～1.0mm，长径比L/D为3.0～10.0，喷丝板孔数为2500孔。
5.根据权利要求1、2所述的聚苯硫醚短纤维的生产方法，其特征在于喷丝板下方10cm处设置缓冷区，缓冷区温度控制在190～300℃，冷却区风温控制在20～60℃。
6.根据权利要求1、2所述的聚苯硫醚短纤维的生产方法，其特征在于采用了连续的多道牵伸和定型，总牵伸倍数为1.5～6.0倍，牵伸温度为80～260℃，定型温度为150～280℃，牵伸定型速度为600～1500m/min。
7.根据权利要求1、2所述的聚苯硫醚短纤维的生产方法，其特征在于制成聚苯硫醚短纤维的线密度为1.0～10dtex。
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