CN102517978A

CN102517978A - 聚苯硫醚纸及其制备方法

Info

Publication number: CN102517978A
Application number: CN2011104524464A
Authority: CN
Inventors: 崔宁; 韩辉; 史贤宁; 吴鹏飞
Original assignee: China Textile Academy
Current assignee: China Textile Academy
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: CN102517978B

Abstract

本发明提供了一种聚苯硫醚纸及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：将聚苯硫醚树脂加热成熔体后，在温度为300-380℃的空气流作用下喷出，形成熔体流；在空气浴中冷却该熔体流，形成聚苯硫醚纤维；该聚苯硫醚纤维粘附在载体上形成无序纤网结构的非织造材料；非织造材料经过热轧成型，制得聚苯硫醚纸，制得的聚苯硫醚纸具有较高的抗拉伸强度。

Description

聚苯硫醚纸及其制备方法

技术领域

本发明属于造纸领域，尤其涉及一种聚苯硫醚纸及其制备方法。

背景技术

聚苯硫醚是一种新型高性能热塑性树脂，英文名称：Polyphenylene sulfide，简称PPS，其结构式如下：

PPS具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃、均衡的物理机械性能，极好的尺寸稳定性以及优良的电性能等特点，被广泛用作结构性高分子材料，通过填充、改性后已经广泛用作特种工程塑料。

近年来，利用短纤维造纸已经成为非常成熟的技术工艺，已公开的有关纸制品的专利和文献也很多，但所涉及的制备方法都采用了传统的抄纸工艺。所谓抄纸工艺，是指将短切纤维在添加分散剂的体系中打浆并调节纸浆均匀度后，以抄造成纸方法制备得到聚酯短纤维纸。目前在现有抄纸工艺的基础上，也存在一些改进的技术。例如，在中国专利公开号为CN101949082的申请文件中，介绍了以上述方法制备的聚苯硫醚纤维绝缘纸，该方法采用100％聚苯硫醚纤维作为原料，经过2-3道开松、高速梳理、纵横向90度交叉铺网后，再经过热轧工艺制备得到聚苯硫醚绝缘纸。该工艺不需要像传统工艺一项将短切纤维形成纸浆，而是将短切纤维进行梳理成网并与热轧工艺的结合，制备聚苯硫醚纸。但这种方法制得的聚苯硫醚纤维纸仍然由短纤维制成，其在拉伸强度方面还存在一定的缺陷。

发明内容

为了解决现有技术中纤维纸制品制备工艺的缺陷，本发明提供了一种制备聚苯硫醚纸的方法，以更简化的工艺过程制备具有高附加值的聚苯硫醚纸。

本发明提供的聚苯硫醚纸的制备工艺，包括如下步骤：将聚苯硫醚树脂加热成熔体后，在温度为300-380℃的空气流下喷出，形成熔体流；将上述熔体流在空气浴中冷却，并粘附在载体上形成无序纤网结构的非织造材料；上述非织造材料经过热轧成型，制得聚苯硫醚纸。

进一步地，该空气流的温度为340-370℃，压力控制在2.0-3.5bar，流量控制在13-25m3//hr。

进一步地，形成熔体流的步骤是通过将熔融状态的聚苯硫醚树脂加入熔喷模头，在高温空气流的作用下，从熔喷模头的微孔中喷出而实施的，熔喷模头的微孔孔径为0.25-0.35mm，长径比为7/1-12/1。

进一步地，上述微孔的排布为一字排布，排布的密度为600-800个/米。

进一步地，上述载体以5-40cm的竖直距离设置于熔喷模头下方，熔体流在下落到所述载体的过程中，在空气浴中冷却。

进一步地，在熔喷模头中，在熔喷模头的微孔中，熔体流动方向与高温空气流的流动方向之间的夹角为60-90°。

本发明的另一目的在于提供了一种的聚苯硫醚纸，聚苯硫醚纸由聚苯硫醚树脂按照上述的方法制备而成，其中，聚苯硫醚树脂经过熔喷后形成无序纤网结构的非织造材料。

由本发明提供的聚苯硫醚纸制备方法，使得熔喷工艺与热轧工艺有效地结合在一起，将成纤与成网在同一流程内完成。由于熔融喷丝中的取向效应和热压过程中的定型效应，使得制得的聚苯硫醚纸制品具有更为优良的性能。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明，附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1示出了根据本发明实施例中聚苯硫醚熔喷纸工艺流程示意图；

图2示出了熔喷模头中熔体微孔与高温气流狭缝之间的位置关系示意图；

图3示出了图2的纵向截面示意图；

1.熔喷模头 2.熔体计量泵 3.螺杆挤出机

4.高压空气加热装置 5.熔体细流 6.接收传输网板

7.网板驱动轮 8.热轧成形辊 9.聚苯硫醚熔喷非织造纤网

10.聚苯硫醚熔喷纸卷装 11.熔体管路 12.高温高压空气管路

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

本发明提供的聚苯硫醚纸制备工艺，包括如下步骤：将聚苯硫醚树脂加热成熔体后，在温度为300-380℃的空气流作用下喷出，形成熔体流；在空气浴下冷却熔体流，形成聚苯硫醚纤维；该聚苯硫醚纤维粘附在载体上形成无序纤网结构的非织造材料；非织造材料经过热轧成型，制得聚苯硫醚纸。

与现有技术不同地是，上述聚苯硫醚纸制备方法并没有采用传统的抄纸方式，而是将聚苯硫醚树脂通过传统的熔融纺丝方法，在高温空气流的作用下喷射到载体上，形成无序纤网结构的非织造材料。然后经过热轧工艺后进一步将此无序纤网结构进行热定型。这种制备方法相对于传统的抄纸方式工艺路线短、厂房与设备投入少。聚苯硫醚树脂熔喷在载体上形成无序纤网结构的非织造材料的单丝纤度(即细度)要远小于传统的非织造材料，所以使得所制备的纸产品更为轻薄、柔软。

在本发明提供的制备方法中，高温空气流的温度为300-380℃，优选为340-370℃，高温空气流的压力控制在2.0-3.5bar，流量控制在13-25m³//hr。将高温空气流控制在此范围内，可有利于熔融状态的聚苯硫醚从熔喷模头中喷射出去，聚苯硫醚在此范围内可以保持较好的流动性，进而减少纤维断裂的情况，或者牵伸不足的情况。当然，本领域技术人员完全可以根据实际工作的需求，调节空气的温度、压力和流量，从而控制喷出的聚苯硫醚熔体细流的大小。

熔融状态的聚苯硫醚树脂加入到熔喷模头后，在高温空气流的作用下，从熔喷模头的微孔中喷出，在本发明的实施例中，熔喷模头的微孔孔径为0.25-0.35mm，长径比为7/112/1。将微孔孔径控制在此范围内，有利于使得熔融聚苯硫醚快速通过微孔，并在有效的剪切作用下得到充分的拉伸，从而形成细流并有利于形成无序纤网结构。在设计微孔时，优选地，高温空气流的方向ao与熔体的流动方向mo之间的夹角为60-90°。将二者之间的夹角设置在此范围内，使得聚苯硫醚熔体在流出微孔口的瞬间就被高温气流拉伸，形成熔体细流。

熔喷模头上的微孔任意排布，微孔的排布主要影响后续形成的无序纤维网的结构，如微孔可以布置为“一”字形，或者设置为两排或多排方式。在本发明的具体实施例中，微孔为一字排布，排布的密度为600-800个/米，在这种排布下形成的聚苯硫醚纸的抗拉伸强度较高。

当熔体从熔喷模头的微孔中喷出后，熔体流在下落到载体的过程中被周围的空气所冷却，优选地，载体和熔喷模头均以平行于水平面的方向设置，并且载体与熔喷模头在垂直于水平面方向上的距离为5-40cm，这样有利于熔体细流在下落过程中被冷却，有利于与载体上的熔体形成纤网结构。

经过上述制备方法，聚苯硫醚树脂熔融成为粘流态熔体，在高温空气流的作用下喷出。熔体从微孔喷出的过程中在剪切作用下带动熔体中大分子按照常规取向流动。当熔体从微孔喷出后，在高温空气流的牵伸作用下，熔体中大分子结构进一步按照高温空气流的流动取向流动。处于粘流态的熔体被迅速拉伸成为熔体细流。熔体细流在空气浴中逐渐冷却，最终被传输网板接收并相互粘结、凝聚固化，成为具有无序纤网结构的非织造材料。该材料经金属辊热轧成型，成为具有聚苯硫醚纸，制得的聚苯硫醚纸的显著特征是具有良好的电绝缘性能和耐腐蚀性能，以及较好的抗拉伸强度。

测试方法：

1.耐热强度保持率：在温度为180℃下，加热24小时后，计算强度降低的情况；

2.耐酸腐蚀强度保持率：在48％硫酸，93℃的条件下，浸泡24小时，计算强度降低的情况；

3.纵向断裂强力和横向断裂强力：测试标准参照GB/T22898-2008

4.体积电阻率：GB/T1410-2006，固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法对比例1

按照中国专利申请CN101949082A公开的技术方案，制得对比例1。具体步骤为：

(1)选用100％的聚苯硫醚纤维生产聚苯硫醚纤维绝缘纸，聚苯硫醚纤维的长度为20mm，纤度为0.7dtex；

(2)梳理成网：采用开松机将聚苯硫醚纤维原料开松2遍，在经梳理机梳理成网，其中梳理机大锡林梳理速度为1600m/min，然后进行纵横向90度交叉铺网；

(3)热压成型：梳理后的纤维网使得轧辊式热轧机热轧成型，热轧工艺参数为：热轧温度为240℃，热轧压力位1700N/cn，辊速2m/min，即制得对比例绝缘纸。

实施例1：

聚苯硫醚树脂的预处理方法：树脂切片原料加入真空转鼓，真空度小于100Pa后，将温度升至80℃进行两个小时的预结晶过程，随后将转鼓温度升至130℃，保持10个小时进行干燥。干燥后的树脂切片含水率小于30ppm。

图1示出了该实施例的聚苯硫醚熔喷纸工艺流程示意图。将预处理后的聚苯硫醚放入到螺杆挤出机3中，螺杆挤出机3的四个加热区温度设置分别为285℃、310℃、320℃、320℃，熔体经熔体计量泵2的熔体管路11输送到熔喷模头1中，熔体计量泵2和熔喷模头1的温度设置为340℃；高压空气加热装置4经高温高压空气管路12向熔喷模头1中输送高温压缩空气流，该高温空气流的温度控制在350℃左右，该压缩空气的压力为2.5bar，空气流量控制在16～18m³/hr。加热后，压缩空气的出口温度为350℃±5℃。在实施例中，如图2所示，熔喷模头的喷丝微孔呈一字排列，微孔直径0.3mm，微孔长径比为10/1，微孔中心距为1.0mm。图3示出了熔喷模头的喷丝微孔中熔体流道中心轴与压缩空气喷出方向的夹角，该夹角为80°。熔体在该高温空气的作用下，形成熔体细流5。熔体细流从微孔中喷出，并且在下落过程中被冷却，负载在接收传输网板6上，形成聚苯硫醚熔喷非织造纤网9。在制备过程中，控制熔体计量泵2的转速，使喷丝头单孔流量为0.55ml/min。熔喷模头1与接收传输网板(载体)6的距离为20cm，接收传输网板6的行进速度控制为8m/min。

熔体被高温高压空气喷射到接收丝网上后固化成型，然后被网板驱动轮7输送到热轧成形辊8进行热压成型，热压辊的温度控制为250℃。经过上述熔融挤出、喷出成网和热压成型工序后，得到聚苯硫醚纸产品。聚苯硫醚纸再制成聚苯硫醚熔喷纸卷装10。

将上述熔喷纸沿纵向和横向(纵向为传输网板行进的方向，横向为与纵向垂直的方向)分别裁剪成20cm×5cm的样条，测试其拉伸断裂强度，纵向的断裂强度为，横向的断裂强度为。(测试标准参照GB/T22898-2008)，测试的结果请见表1。

实施例2：

聚苯硫醚树脂的预处理方法与实施例1相同。

与实施例1所不同的是，高温空气流的温度控制在320℃左右，该压缩空气的压力为2.0bar，空气流量控制在20～23m³/hr。熔喷模头的喷丝微孔呈一字排列，微孔直径0.35mm，微孔长径比为7/1，微孔中心距为1.5mm。熔体流动的方向与高温空气流的方向之间的夹角为60°

经过上述熔融挤出、喷出成网和热压成型工序后，得到聚苯硫醚纸产品。

将上述熔喷纸沿纵向和横向(纵向为传输网板行进的方向，横向为与纵向垂直的方向)分别裁剪成20cm×5cm的样条，测试其拉伸断裂强度，纵向的断裂强度，横向的断裂强度(测试标准参照GB/T22898-2008)。

表1

	对比例1	实施例1	实施例2
				体积电导率(Ω·m)	8.0×10¹⁶	1.0×10¹⁶-3.0×10¹⁶	1.0×10¹⁶-3.0×10¹⁶
耐热强度保持率(％)	90	92	90
				耐酸腐蚀强度保持率(％)	95	96	95
纵向断裂强力(N)	≥200	≥160	≥150
				横向断裂强力(N)	≥180	≥100	≥100
纤维直径(μm)	14～16μm	3.0～7.0μm	3.0～8.0μm
				单位面积的重量(g/m²)	100～200	40～150	40～150

本发明所提供的聚苯硫醚纸的制备方法相对于传统的抄纸方式具有工艺路线短、厂房与设备投入少的有益效果。同时，由上述表1中内容可以看出，由本发明实施例1和2所制备的纸产品与对比例所制备的纸产品相比，在耐热强度保持率、耐酸腐蚀强度保持率、纵向断裂强力以及横向断裂强力性能基本相同的情况下，大幅度地减小了纸产品的纤维直径、单位面积的重量，进而使得由本发明聚苯硫醚纸的制备方法所制备的纸产品更轻薄、更柔软。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种聚苯硫醚纸的制备方法，其特征在于，所述制备工艺包括以下步骤：

将聚苯硫醚树脂加热熔融后形成熔体，在温度为300-380℃的空气流作用下喷出，形成熔体流；

将所述熔体流在空气浴中冷却，并粘附在载体上形成无序纤网结构的非织造材料；

所述非织造材料经过热轧成型，制得所述聚苯硫醚纸。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述空气流的温度为340-370℃，压力控制在2.0-3.5bar，流量控制在13-25m³//hr。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述形成熔体流的步骤是通过将熔融状态的所述聚苯硫醚树脂加入到熔喷模头，在所述空气流的作用下，从所述熔喷模头的微孔中喷出而实施的，所述微孔的孔径为0.25-0.35mm，长径比为7/1 12/1。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述微孔的排布为一字排布，排布的密度为600-800个/米。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述载体以5-40cm的竖直距离设置于所述熔喷模头下方，所述熔体流在下落到所述载体的过程中，在空气浴中冷却。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述熔喷模头的微孔中，所述熔体的流动方向与所述空气流的流动方向之间的夹角为60-90°。

7.一种聚苯硫醚纸，其特征在于，所述聚苯硫醚纸由聚苯硫醚树脂按照权利要求1-6中任一项所述的方法制备而成，其中，所述聚苯硫醚树脂经过熔喷后形成无序纤网结构的非织造材料。