CN103361748B - 熔融法生产耐高温pes纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化学纤维制造领域，公开了一种熔融法生产耐高温PES纤维的方法，包括以下具体步骤：切片干燥步骤、熔融纺丝步骤、冷却步骤、拉伸步骤、卷绕步骤。本发明的优点在于，工艺流程得到简化，制造成本低廉，克服了PES纤维生产上存在的工艺难题，具有较高的应用价值。

Description

熔融法生产耐高温PES纤维的方法

技术领域

本发明涉及化学纤维制造领域，特别涉及一种熔融法生产耐高温PES纤维的方法。

背景技术

耐高温阻燃纤维是一种重要的战略性高性能纤维材料，因具有良好的热稳定性、阻燃性、电绝缘性、化学稳定性和耐辐射性，而广泛用于军需装备、防护制品、过滤材料、电绝缘材料、摩擦密封材料、各种工业织物、耐高温纸及航空航天材料、武器装备等领域，此类纤维使用范围广，需求量大，市场前景广阔，在经济和社会发展中将发挥越来越重要的作用。

目前，世界各国均迫切需要耐高温阻燃性能好、绿色环保、且相对廉价的本质阻燃纤维。由于此类纤维多用于航空航天和国防工业等高端产业，制造技术极其保密，很难从国外通过商业路径进行技术引进和消化吸收。在国内，耐高温阻燃这类纤维的研发目前尚处于初级阶段，可批量生产的阻燃耐高温纤维少之又少，只有芳纶1313、芳砜纶、聚苯硫醚等少数几个品种，同时由于受到技术设备、国外发达国家的经济、技术封锁等方面的制约而不能大批量生产，且产品都不同程度地存在着染色困难、熔滴、强度差、燃烧时产生烟气且有毒、价格偏高等问题，因而产品性能不能满足国内多种需求，产品质量与国外相比也有较大差距，导致每年需要大量进口价格高昂这类产品，严重阻碍了高性能阻燃产品的普及和升级换代。所幸这类纤维的研究、开发、生产、应用已经被提到国家战略高度，我国已将其列为“十二五”期间以及未来较长一段时间内化纤行业发展的重要方向之一。因此，研究、完善生产技术，促进生产设备的改造升级，提高质量，增加产量，降低成本，扭转长期以来对该类产品完全依赖进口的局面，已经成为我国现阶段耐高温阻燃等高技术纤维发展的当务之急，这也是我们专业工作者为社会做出应有贡献需承担的责任。

即使这样，在产品研发过程中，得到信息的下游客户纷纷前来咨询，对其寄予了厚望。通过设备改造，原料的优选和工艺的综合调节，使上述的生产难点得到有效的解决，由此开发出的耐高温PES纤维可以丰富耐高温纤维的品种，具有广阔的市场前景。

作为一种高性能的工程塑料PES，在纤维的研发上则刚刚起步，仅在小试上取得了一定的进展，因PES树脂在高温下纺丝易降解；初生纤维没有结晶结构，强度低，后道拉伸性能差；熔体粘度大大高于普通的PET聚酯，流动性能差，且增大剪切作用并不能很好降低熔体粘度。所制得的PES纤维尚无法获得能够与现有的阻燃耐高温纤维相类似的阻燃和耐高温性能。

有鉴于此，本发明人结合从事化学纤维研究工作的多年经验，对上述技术领域的缺陷进行长期研究，本案由此产生。

发明内容

本发明针对现有技术工艺复杂，成本较高，无法实现PES纤维的大批量生产等缺点，提供了一种新型的熔融法生产耐高温PES纤维的方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

熔融法生产耐高温PES纤维的方法，包括以下具体步骤：

1）将改性色母粒于干热空气进行通风干燥，干热空气露点小于-80℃，温度130℃，干燥时间4-5小时，得到干改性色母粒，所述改性色母粒为产自荷兰色彩公司，型号为W-121108的色母粒，所得干改性色母粒的含水率为50PPM；

2）切片干燥：将PES湿切片进行转鼓干燥得到PES干切片；

3）熔融纺丝：将步骤1所得干改性色母粒和步骤2所得PES干切片共同输入异向双螺杆挤压机进行熔融挤压得到熔体，干改性色母粒的添加量为1.5-1.8wt%，用预过滤器对熔体进行过滤，将所得到的熔体进行熔融纺丝得到熔体细流；

4）冷却：对得到的熔体细流依次进行冷却吹风、上油得到固化丝条；

5）拉伸：将固化丝条通过热辊进行拉伸；

6）卷绕：拉伸后的固化丝条经过卷绕得到最后的PES纤维成品；

其中，步骤2中，转鼓干燥的真空度不低于0.1MPa，干燥温度为170-180℃，干燥时间10-15小时，干燥后的PES干切片的含水质量比≤70PPM；

步骤3中，异向双螺杆挤压机的螺杆温度为330-380℃，纺前过滤器的滤后压力为20MPa；

步骤4中，采用由熔体细流侧面吹风冷却固化的方式，吹风的风速为0.3-1.0m/s，对风的风温为18-25℃，对风的湿度为75%；通过油嘴进行上油，油剂型号为F-4179，油剂浓度为1.0%，上油率为1.1%；

步骤5中，热辊包括第一热辊、第二热辊和第三热辊，第一热辊的温度为80-125℃，第一级牵伸比为1.05-1.5倍，第二热辊的温度为180-220℃，第二级牵伸比为1.5-2.0倍，第三热辊的温度为180-220℃，第三级牵伸比为1.5-2.0倍，总牵伸倍率为2.3-6倍；

步骤6中，卷绕速度为300-1500m/min。

作为优选，步骤3中使用纺丝组件元件进行纺丝，所述纺丝组件元件使用不锈钢630材质，耐压高大于300KG，使用铝质包边滤网和铝合金碟形装置进行密封，使用过滤棒进行过滤，纺丝组件元件的喷丝板微孔的长径比为5-10。

作为优选，步骤3中过滤后的熔体采用高温热媒箱体和高温高压联苯长丝专用箱体进行保温保压。

PES即聚醚砜是一种耐热性、耐化学药品性和机械性能等方面都非常优越的特种工程塑料，特别是具有可以在高温下连续使用和在温度急剧变化的环境中仍能保持性能稳定等突出优点。PES的玻璃化转变温度为221－225℃，无熔点（因其无结晶结构），起始分解温度为442℃。可在180℃下长期使用。其抗蠕变性是热塑性树脂当中最优异的一种，PES的线膨胀系数小，温度依赖性也小，无毒性。最为突出的是它具有自熄性，不添加任何阻燃剂即有优异的阻燃性，极限氧指数(LOI)达到38。另外PES能耐汽油、机油、润滑油等油类和氟里昂等清洗剂。根据聚醚砜的结构和特性，它非常适合制成特种阻燃耐高温纤维和复合材料用高性能增强、增韧纤维。而该领域现有的纤维品种（如Kevlar，Nomex等）普遍存在着原料成本高、加工工艺复杂等问题。因此，在国内生产的聚醚砜树脂基础上，通过改进生产工艺技术，开发出低成本的耐高温聚醚砜纤维，是一项既具有创新性又具有极高应用价值的工作，是打破国外对耐高温阻燃纤维技术垄断的有效途径。

PES热变形温度为216℃（为非结晶物，没有熔点），而热分解温度远远高于这一温度，因此适宜于熔法纺丝。PES具有优异的耐热性、耐化学稳定性及物理机械性能，纺制成纤维可应用于有高性能、高可靠性要求的领域，还可作为阻燃纤维推广使用。常规的耐高温纤维如芳香族聚酰胺纤维、聚酰胺酰亚胺纤维、聚芳醚砜酮纤维等常用溶液法纺丝工艺制得，生产工艺复杂，成本高，限制了其大量推广。同PPS（聚苯硫醚）纤维一样，采用熔融纺丝工艺，既降低成本，也极大地提高了纤维的应用与推广范围。同PPS相比，PES纤维具有更优越的耐磨性及高温抗蠕变性能，特别是PES的染色性能大大优于PPS及其它常用的耐高温纤维，在常压下即可实现沸染。

本发明所采用的工艺路线如下：

改性母粒干燥→PES湿切片→转鼓干燥→PES干切片→异向双螺杆挤压机→熔体→纺前过滤器→静态混合器→箱体→计量→组件→喷丝头→熔体细流→冷却吹风→上油→甬道→固化丝条→第一热辊→第二热辊→第三热辊→卷绕→成品。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

得到的PES纤维的纤度200-450dtex、伸度20%-60%、强度≥1.8CN/dtex，三项指标均超过现有的PES纤维。另外，阴燃时间≤5s，续燃时间≤5s，损毁长度≤15cm，也较现有技术为佳。说明本发明所得到PES纤维具有较好的强度和韧性，进一步织造后即可成为具有较好阻燃耐高温能力的织物。

工艺简单，制造成本较低，通过加入改性色母粒，克服了PES熔体的流动性缺陷，顺利地制得了PES纤维。所制得的PES纤维各项指标均较好，提高了PES纤维的性能，使之可以与现有的一些较为常见的化学纤维的性能相媲美，扩展了其在服用以及装饰用方面的用途。

充分利用了加入了改性色母粒后的PES熔体所具有的较佳的流动性能，令整个熔融纺丝过程中，PES熔体都保持在相当的高温高压的状态下，使用特殊的纺丝组件元件，不仅顺利地解决了纺丝组件元件在高压下的密封性问题，也杜绝了现有的PES制造方法中较为常见的组件漏浆的现象。

采用高温热媒箱体和高温高压联苯长丝专用箱体进行保温保压，减少了熔融纺丝过程中的热量损失，并可以令熔体始终保持在高压状态下，进一步地提高了熔体的工作压力，有利于进一步地提升熔体的流动性能，提高了整个PES生产线的生产效率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

改性母粒：荷兰色彩公司生产，型号：W-121108，改性母粒干燥条件：干热空气通风干燥，干空气露点小于-80℃，温度130℃，干燥时间4-5小时。制得的干母粒含水率：50PPM。

切片：德国巴斯夫生产的型号为E1010的切片。

切片干燥条件：保持真空度0.1MPa，干燥温度170℃，干燥时间15小时；制得的干切片含水率：63PPM。

将干母粒和干切片共同加入异向双螺杆挤压机进行熔融挤压得到熔体，其中，干母粒的添加量1.5wt%。熔融纺丝：螺杆一区温度：350℃，螺杆二区温度：355℃，螺杆三区温度：360℃，螺杆四区温度：380℃，螺杆五区温度：380℃，箱体温度：380℃。

滤后压力：20MPa、组件初始压20MPa；

品种规格：267dtex/36f。

喷丝板规格：0.3/1.5/36。

冷却吹风：加装缓冷装置，设定温度360；并采用侧吹风冷却固化的方式，风速0.55m/s，风温20℃，风湿75%；

上油：油嘴上油、油剂型号F-4179、油剂浓度1.0%、上油率1.1%；

拉伸：牵伸辊1温度100℃，第一级牵伸比为1.05倍；牵伸辊2温度200℃、第二级牵伸比为2.0倍；牵伸辊3温度200℃、第三级牵伸比为2.0倍；总牵伸倍率4.2倍；卷绕：速度500m/min。

制得的纤维指标如下：纤度：265dtex，伸度：50%，强度2.30 CN/dtex，纤维织成平纹织物后，阴燃时间：3s、续燃时间：3s、损毁长度：10cm。

实施例2

改性母粒：荷兰色彩公司生产，型号：W-121108，改性母粒干燥条件：干热空气通风干燥，干空气露点小于-80℃，温度130℃，干燥时间4-5小时。制得的干母粒含水率：50PPM。

切片：德国巴斯夫生产的型号为E1010的切片。

切片干燥条件：保持真空度0.1MPa，干燥温度180℃，干燥时间13小时；制得的干切片含水率：60PPM。

将干母粒和干切片共同加入异向双螺杆挤压机进行熔融挤压得到熔体，其中，干母粒的添加量1.8wt%。熔融纺丝：螺杆一区温度：360℃，螺杆二区温度：365℃，螺杆三区温度：370℃，螺杆四区温度：390℃，螺杆五区温度：390℃，箱体温度：388℃。

滤后压力：20MPa、组件初始压20MPa。

品种规格：267dtex/36f。

喷丝板规格：0.3/1.5/36。

冷却吹风：加装缓冷装置，设定温度360；侧吹风冷却固化的方式，风速0.55m/s，风温20℃，风湿75%；

上油：油嘴上油、油剂型号F-4179、油剂浓度1.0%、上油率1.1%；

拉伸：牵伸辊1温度105℃，第一级牵伸比为1.05倍；牵伸辊2温度205℃、第二级牵伸比为2.1倍；牵伸辊3温度205℃、第三级牵伸比为2.1倍；总牵伸倍率4.63倍；卷绕：速度500m/min。

制得的纤维指标如下：纤度：265dtex，伸度：45%，强度2.38 CN/dtex，纤维织成平纹织物后，阴燃时间：3s、续燃时间：3s、损毁长度：10cm。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种熔融法生产耐高温PES纤维的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

1）将改性色母粒于干热空气进行通风干燥，干热空气露点小于-80℃，温度130℃，干燥时间4-5小时，得到干改性色母粒，所述改性色母粒为产自荷兰色彩公司，型号为W-121108的色母粒，所得干改性色母粒的含水率为50PPM；

2）切片干燥：将PES湿切片进行转鼓干燥得到PES干切片；

3）熔融纺丝：将步骤1所得干改性色母粒和步骤2所得PES干切片共同输入异向双螺杆挤压机进行熔融挤压得到熔体，干改性色母粒的添加量为1.5-1.8wt%，用预过滤器对熔体进行过滤，将所得到的熔体进行熔融纺丝得到熔体细流；

4）冷却：对得到的熔体细流依次进行冷却吹风、上油得到固化丝条；

5）拉伸：将固化丝条通过热辊进行拉伸；

6）卷绕：拉伸后的固化丝条经过卷绕得到最后的PES纤维成品；

其中，步骤2中，转鼓干燥的真空度不低于0.1MPa，干燥温度为170-180℃，干燥时间10-15小时，干燥后的PES干切片的含水质量比≤70PPM；

步骤3中，异向双螺杆挤压机的螺杆温度为330-380℃，纺前过滤器的滤后压力为20MPa；

步骤4中，采用由熔体细流侧面吹风冷却固化的方式，吹风的风速为0.3-1.0m/s，对风的风温为18-25℃，对风的湿度为75%；通过油嘴进行上油，油剂型号为F-4179，油剂浓度为1.0%，上油率为1.1%；

步骤5中，热辊包括第一热辊、第二热辊和第三热辊，第一热辊的温度为80-125℃，第一级牵伸比为1.05-1.5倍，第二热辊的温度为180-220℃，第二级牵伸比为1.5-2.0倍，第三热辊的温度为180-220℃，第三级牵伸比为1.5-2.0倍，总牵伸倍率为2.3-6倍；

步骤6中，卷绕速度为300-1500m/min。

2. 根据权利要求1所述的熔融法生产耐高温PES纤维的方法，其特征在于，步骤3中使用纺丝组件元件进行纺丝，所述纺丝组件元件使用不锈钢630材质，耐压高大于300KG，使用铝质包边滤网和铝合金碟形装置进行密封，使用过滤棒进行过滤，纺丝组件元件的喷丝板微孔的长径比为5-10。

3. 根据权利要求1所述的熔融法生产耐高温PES纤维的方法，其特征在于，步骤3中过滤后的熔体采用高温热媒箱体和高温高压联苯长丝专用箱体进行保温保压。