CN101200817A

CN101200817A - 聚苯硫醚复合长丝一步法成套设备和生产方法

Info

Publication number: CN101200817A
Application number: CNA2007100775202A
Authority: CN
Inventors: 侯庆华; 杨新华; 邓佶; 连宏光
Original assignee: SHENZHEN ZHONGCHENG FIBER ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN ZHONGCHENG FIBER ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2008-06-18

Abstract

本发明涉及聚苯硫醚复合长丝一步法成套设备和生产方法。聚苯硫醚复合长丝是以线性聚苯硫醚(PPS)为皮层，以聚酯对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二酸乙二酯(PEN)或聚己内酰胺(PA6)或聚己二酸己二胺(PA66)为芯层的皮芯结构。采用本发明的复合长丝一步法成套设备和生产方法生产聚苯硫醚复合长丝，其成套设备和生产方法包括复合纺丝牵伸卷绕联合机及聚苯硫醚复合纺丝制备方法。该聚苯硫醚复合长丝价廉物美，其原料成本比单组份聚苯硫醚长丝可减少30～40％以上，该纤维做为过滤材料可广泛推广应用于环境保护产业。

Description

聚苯硫醚复合长丝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，特别涉及聚苯硫醚复合长丝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。

聚苯硫醚树脂为热塑性材料，其熔融温度在285℃左右，日本专利特开昭57-143518和特开平1-229809均公开了聚苯硫醚纤维熔融低速纺丝低速牵伸的两步法工艺和设备，即低速纺丝卷绕后，再在牵伸设备上进行牵伸定型再卷绕生产聚苯硫醚长丝，此种方法能耗大、加工成本高、效率低，生产出的聚苯硫醚长丝品质毛丝多、均一性差，且由于PPS切片价格昂贵，难于推广应用等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术能耗大、加工成本高、效率低、产品品质毛丝多、均一性差、价格昂贵等问题，提供一种生产过程稳定、易管理、制成率高、成本低、效率高且产品质量好的一步法生产聚苯硫醚复合长丝的成套设备和生产方法。

本发明的聚苯硫醚复合长丝一步法成套设备包括复合纺丝成形装置和牵伸卷绕装置。其中复合纺丝成形装置由双螺杆挤压机、双过滤器、双计量泵及传动装置和复合纺丝箱体及皮芯复合纺丝喷丝板、缓冷区、无风区、冷却区和甬道等组成；牵伸卷绕装置则由上油辊、导丝辊、五组牵伸辊、预网络器、主网络器和卷绕头等组成。

本发明包括如下顺序的步骤：

(1)熔融复合纺丝：以预结晶干燥后的线性聚苯硫醚切片为A组份，在螺杆挤压机中进行高温熔融和过滤，经计量泵计量后进入复合纺箱体。以干燥后的PET或PEN或PA6或PA66切片为B组份在螺杆挤压机中熔融和过滤，然后经计量泵计量后进入复合纺箱体，A、B组份在复合箱体中的皮芯复合组件中复合喷出。

(2)缓冷-无风-冷却：皮芯复合后的熔体从喷丝板喷出后，经过缓冷区-无风区-冷却区固化成形。

(3)多道牵伸卷绕：固化成形的纤维经上油后进入多道连续牵伸定型及卷绕。

本发明采用A组份PPS切片是一种线性结构的聚合物，

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。

本发明采用的B组份为干燥后的PET或PEN切片，通常含水率控制在≤30PPM，或者采用PA6或PA66干切片，通常含水率控制在≤30PPM。

本发明在熔融纺丝过程中，A组份熔融温度280～340℃，B组份熔融温度在265～300℃。喷丝孔孔径选用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。

本发明在缓冷-无风-冷却过程中，皮芯复合熔体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℃。

皮芯复合初生纤维通过缓冷区和无风区后继续通过一个冷却区，风温控制在15～30℃，最好控制在20～25℃。冷却媒介为空气。

本发明所述的聚苯硫醚复合长丝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。根据聚苯硫醚长丝的应用其牵伸温度、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％。聚苯硫醚复合长丝其卷绕速度为1500～4500m/min，根据聚苯硫醚切片的以及纤维单丝的线密度，通常其卷绕速度控制在2000～4000m/min。

本发明所述的聚苯硫醚复合长丝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2.0～7.0dtex，每束聚苯硫醚复合长丝可以有若干根单纤维组成，或者根据应用也可以多束纤维合股并丝而成。

本发明的技术效果在于：选用性能优良的线性聚苯硫醚切片为皮层，PET或PEN或PA6或PA66为芯层，采用专门设计的一步法复合纺牵联合机成套设备，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复合长丝，生产过程稳定、易管理、制成率高、成本低、效率高且产品品质均一性好。更加显著的效果是较之单组份PPS长丝而言，由于芯层采用了价廉的PET或PEN或PA6或PA66，其原料成本可减少30～40％以上，为在环保产业推广应用奠定了价格优势。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为聚苯硫醚复合长丝一步法纺丝成套设备简示图

A1、B1-螺杆挤压机 A2、B2-过滤器 A3、B3-熔体管道

A4、B4-计量泵 5-皮芯复合喷丝板 6-复合纺丝箱体

7-缓冷区 8-无风区 9-冷却区

10-甬道 11-油辊 12-导丝辊

13-第一组牵伸辊 14-第二组牵伸辊 15-第三组牵伸辊

16-第四组牵伸辊 17-第五组牵伸辊 18-主网络器

19-卷绕头

图2为聚苯硫醚皮芯复合长丝横截面照片

本发明A组份选用性能优良的经过干燥后含水率≤30PPM的PPS切片，注入到螺杆挤出机A1中熔融，熔融温度280～340℃，经过滤器A2过滤掉杂质，熔体通过熔体管道A3经计量泵A4计量后进入复合纺丝箱体6中；B组份选用干燥后的PET或PEN或PA6或PA66切片，注入到螺杆挤压机B1中熔融，熔融温度260～300℃，熔体经过滤器B2过滤掉杂质，熔体通过熔体管道B3经计量泵B4计量后进入复合纺丝箱体6中。A组份和B组份熔体分别进入复合纺组件喷丝板5皮芯复合，从喷丝板5中喷出的初生丝经过缓冷区7、无风区8、冷却区9和甬道10。缓冷区位于喷丝板下方1～30cm处，缓冷区温度控制在190～300℃，冷却区风温控制在15～30℃。喷丝板的喷丝孔孔径在0.1～1.0mm，喷丝孔长度与直径比(L/D)为3.0～10.0。冷却固化后的纤维经过油辊11上油后经导丝辊12进入牵伸辊13、14、15、16、17进行多道多倍牵伸定型，然后纤维经主网络器18网络后进入卷绕头19中进行卷绕。牵伸倍数为1.5～6.0倍，牵伸温度为80～260℃，定型温度为150～280℃，卷绕速度为1500～4500m/min。制成的聚苯硫醚长丝单纤维线密度为0.5～10.0dtex。

具体实施方式

实施例1

A组份采用MFR为210g/10min线性PPS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，含水率为23PPM。熔融时螺杆温度280～325℃；B组份采用特性粘度0.67的PET切片，干燥后含水率为21PPM，熔融时螺杆温度为278～295 ℃。复合箱体温度控制在300℃，喷丝板孔径0.3mm，长径比(L/D)为6，喷丝板孔数为60孔，缓冷区距离喷丝板下方10cm处，缓冷区温度240℃；冷却区风温25℃；按1.5％上油率来上油；采用三道牵伸进行牵伸，总牵伸倍数为3.8倍，各道牵伸辊温度和倍数，定型温度、卷绕速度以及聚苯硫醚复合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3A组份同实施例1，B组份为含水率26PPM的PEN，熔融时螺杆温度275～290℃。纺丝和牵伸卷绕条件均同实施例1。

实施例4A组份同实施例1，B组份为PA6，含水率为150PPM，熔融时螺杆温度为265～288℃，纺丝和牵伸卷绕条件参见表1所示。

实施例5A组份同实施例1，B组份为PA66，含水率为260PPM，熔融时螺杆温度为280～290℃，纺丝和牵伸卷绕条件参见表1所示。

表1 实施例工艺参数和物性表

Claims

1.聚苯硫醚复合长丝一步法成套设备和生产方法，其特征在于熔融复合纺丝设备和牵伸卷绕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复合长丝的生产方法。

2.聚苯硫醚复合长丝一步法成套设备和生产方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)熔融复合纺丝：以预结晶干燥后的聚苯硫醚切片为A组份在螺杆挤压机中进行熔融和过滤，经计量泵计量后进入复合纺箱体；以干燥后的PET或PEN或PA6或PA66切片为B组份在螺杆挤压机中熔融和过滤，然后经计量泵后进入复合箱体。A、B组份在复合箱体中的皮芯复合组件复合喷出。

3.根据权利要求1、2所述的聚苯硫醚复合长丝的生产方法，其特征在于线性聚苯硫醚切片中

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所述的聚苯硫醚复合长丝的生产方法，其特征在于皮芯复合长丝中，皮层组份为PPS，芯层为PET或PEN或PA6或PA66。

5.根据权利要求1、2所述的聚苯硫醚复合长丝的生产方法，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为280～340℃，喷丝板孔径为0.1～1.0mm，长径比L/D为3.0～10.0。

6.根据权利要求1、2所述的聚苯硫醚复合长丝的生产方法，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15～30℃。

7.根据权利要求1、2所述的聚苯硫醚复合长丝的生产方法，其特征在于缓冷区和冷却区之间设置了无风区，无风区长度为10～50cm。

8.根据权利要求1、2所述的聚苯硫醚长丝的生产方法，其特征在于采用了3道或4道连续牵伸，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℃，卷绕速度为1500～4500m/min，制成聚苯硫醚长丝单纤维的线密度为0.5～10dtex。