CN103710880B - 一种抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的一种抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材及其生产方法。即在聚苯硫醚熔融过程中加入一定量的抗氧化母粒，由于抗氧化母粒的加上，聚苯硫醚的在高温有氧的情况下仍然保持良好的力学性能，产品使用寿命大大延长，可满足燃煤电厂高温尾气除尘工况要求。此外，在非织造布的后加固过程中，本发明采用的是纺粘+水刺技术，即首先纺粘纤网通过简单的预针刺获得一定的力学性能，接着纤维在高压水针水刺过程中进一步缠结，密度增加，纤网变成了具有良好力学性能的非织造布过滤材料。在水刺过程中纤维的损伤小，而缠结度高，这有力地保证了产品力学性能和过滤性能。

Description

一种抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材及其生产方法

技术领域

本发明属于聚苯硫醚非织造过滤材料生产技术领域，具体的说，涉及一种抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材及其生产方法。

背景技术

聚苯硫醚简称PPS，是一种新型的高性能热塑性树脂。它是以苯环在对位上连接硫原子而形成大分子主链的线性、结晶聚合物，熔点285℃，分解温度﹥400℃，长期使用温度可达160℃，阻燃性可达到UL94-0级，具有耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、阻燃性能好等特点。聚苯硫醚纤维一问世,立即受到各国的重视,尤其是作为环保过滤材料,是气相过滤和液相过滤不可替代的材料。用PPS纤维制成的针刺过滤毡被广泛应用到发电、钢铁、水泥、垃圾焚烧炉等燃煤锅炉高温烟气除尘过滤上。

现有聚苯硫醚非织造过滤材料大多采用短纤+针刺工艺，针刺可以使纤维缠结良好，但是会对纤维造成一定的损伤。

当聚苯硫醚纤维用于发电厂、钢铁厂等高温烟气过滤材料时，高温烟气中含有7%～8%氧,最高含氧量能达到14%左右，高温烟气的温度一般是在160℃～180℃，瞬时可能达到200℃以上，并且要求使用寿命达到3年以上。在这样的长时间强氧化氛围中,聚苯硫醚就更容易发生硫键被氧化，大分子发生降解、断裂，宏观表现为过滤材料老化、破损、使用寿命大大减小。

聚苯硫醚容易被氧化的根本原因是由它的分子结构决定的，聚苯硫醚树脂是由对二氯苯和硫化钠在N-甲基吡咯烷酮溶剂中缩合聚合而成，理论结构式为：分子结构中的硫是以二价存在的，由于硫最外层电子不稳定性，而使它具有多种化合价，容易失去电子而与氧结合，从而因氧化导致降解、大分子断裂。在宏观上表面为纤维发化断裂、开裂，力学性能大幅度下降等现象，最终影响产品的使用。

另外，采用针刺加固工艺生产的聚苯硫醚非织造布纤维损伤较多，布的力学性能差，需要在非织造布中间层中加一定量的机织布作基布，起增强作用。同时针刺加工的非织造布等径孔径分布宽，过滤精度低。

聚苯硫醚容易被氧化的根本原因是由它的分子结构决定的，聚苯硫醚树脂是由对二氯苯和硫化钠在N-甲基吡咯烷酮溶剂中缩合聚合而成，理论结构式为：分子结构中的硫是以二价存在的，由于硫最外层电子不稳定性，而使它具有多种化合价，容易失去电子而与氧结合，从而因氧化导致降解、大分子断裂。在宏观上表面为纤维发化断裂、开裂，力学性能大幅度下降等现象，最终影响产品的使用。

而采用针刺加固工艺生产的非织造布，由于针刺是刚性的，针刺上的钩齿虽然会携带一定量的纤维移动，但是同时会使部分纤维损伤或者断裂。同时由于刺针会在布上残留一定孔洞，从而影响过滤精度。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材及其生产方法，针对聚苯硫醚容易被氧化的特点,采用添加抗氧化进行熔融共混纺丝，然后制成纺粘非织造布，通过抗氧化剂的加入，有效地起到提高聚苯硫醚抗氧化的能力，使采用聚苯硫醚制成的纺粘非织造过滤材料寿命大大提高，满足了使用要求，同时，采用了针刺+水刺工艺，使得非织造布具有优异的过滤性能。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材，包括聚苯硫醚和抗氧化母粒，所述抗氧化母粒的重量百分数占总量的1%-5%。

进一步，所述抗氧化母粒包括作为基料的聚苯硫醚，作为主抗氧化剂的受阻酚类抗氧化剂和作为辅助抗氧化剂的硫代二丙酸双酯类抗氧化剂，所述受阻酚类抗氧化剂和硫代二丙酸双酯类抗氧化剂占所述抗氧化母粒总量的10%-15%。

进一步，一种抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材的生产方法，包括以下步骤：

1）预结晶、干燥步骤：将聚苯硫醚切片输送到预结晶器进行加热、预结晶，之后，在热空气的吹送下进入干燥塔内进行干燥处理；

2）熔融、纺丝步骤：含水率达到纺丝要求的切片被输送到位于螺杆挤出机上方的干切片料斗，在重力的作用落到混料斗里，通过混料斗的作用，将抗氧化母粒与聚苯硫醚切片按所述比例混合输送到螺杆挤出机里，进行熔融、混合，经过熔体过滤器过滤，过滤后的熔体被输送到纺丝箱体内，通过计量泵传动装置的转动，精确体积的熔体被计量泵输送到每个纺丝组件上，经过缓冷后的熔体细流在侧吹风的作用下，冷却成为纤维长丝；

3）高速气流牵伸步骤：每个纺丝组件下方的牵伸喷头向下喷射形成高速气流，纤维在高速气流的作用下被加速，限制在气流牵伸器的牵伸管内；出牵伸管后的纤维束在摆丝器的作用下铺设成均匀的纤网；

4）纤网针刺预加固、水刺加固步骤：纤网在成网机的输送下，进入到针刺机内进行针刺预加固，然后再进入水刺机进行水刺加固，通过烘箱烘干，形成了抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材。

进一步，所述针刺机的的针刺速度为1-10m/min，针刺针深为2-8mm，水刺压力250-380bar，水刺速度5-50m/min。

进一步，所述针刺机的针板上装有刺针，刺针上设置有倒刺，针板带动刺针上下高速运动，当刺针做穿刺运动时，纤维被刺针上的倒刺所携带运动。

进一步，所述水刺机采用高压水，压强为30-40MPa。

进一步，高压水通过水刺机的水针板上的圆孔，形成高速极细的高压射流，高压射流垂直穿过纤网后，再被纤网下边的托持网反射形成反射水针。

进一步，所述烘箱的烘干温度控制在100-260℃之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在熔融过程中加入一定量的抗氧化母粒，由于抗氧化母粒的加上，聚苯硫醚的在高温有氧的情况下仍然保持良好的力学性能，产品使用寿命大大延长，可满足燃煤电厂高温尾气除尘工况要求。此外，在非织造布的后加固过程中，本发明采用的是纺粘+水刺技术，即首先纺粘纤网通过简单的预针刺获得一定的力学性能，接着纤维在高压水针水刺过程中进一步缠结，密度增加，纤网变成了具有良好力学性能的非织造布过滤材料。在水刺过程中纤维的损伤小，而缠结度高，这有力地保证了产品力学性能和过滤性能。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1是本发明所述一种抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材的生产方法所用的设备组成图。

1——储料罐； 2——预结晶器；

3——干燥塔； 4——混料斗；

5——螺杆挤出机； 6——抗氧化母粒干燥塔；

7——过滤器； 8——纺丝箱体；

9——计量泵； 10——缓冷加热器；

11——侧吹风装置； 12——牵伸喷头；

13——摆丝器； 14——成网机；

15——下吸风装置； 16——针刺机；

17——水刺机； 18——分切卷绕机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所述的一种抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材，包括聚苯硫醚和抗氧化母粒，抗氧化母粒的重量百分数占总量的3%，抗氧化母粒包括作为基料的聚苯硫醚，作为主抗氧化剂的受阻酚类抗氧化剂和作为辅助抗氧化剂的硫代二丙酸双酯类抗氧化剂，受阻酚类抗氧化剂和硫代二丙酸双酯类抗氧化剂占抗氧化母粒总量的12%。本发明通过在聚苯硫醚熔融纺丝过程中以母粒的型式加一定量的抗氧剂进行共混纺丝，通过抗氧化母粒的加入，大大提高聚苯硫醚的抗氧化性能，有效地延长聚苯硫醚纺粘非织造滤料的使用寿命。

参阅图1，抗氧化聚苯硫醚非织造滤材的生产工艺流程如下所示：

聚苯硫醚切片—气流输送—预结晶—干燥—共混熔体纺丝—缓冷加抗氧化母粒—干燥热—纤维性能活化—气流牵伸—摆丝成网—针刺预加固—水刺加固—烘干—后整理—分切卷绕。

本发明在切片输送上采用的气流输送，切片投进料桶，经振动筛将杂质筛除后，由罗茨风机产生的脉冲气流输送到楼顶的储料罐1，在储料罐1里的湿切片经过回转阀的输送，下落进到预结晶器2里。

在预结晶器2里，切片在热风的吹送下呈沸腾的状态，切片与切片之间相互碰撞，防止粘结。切片在预结晶器2里被加热，结晶度升高、含水率降低，预结晶温度在110-160℃。结晶度较高的切片在热空气的吹送下，进入了干燥塔3里。本实施例采用的是填充式干燥塔3，切片从干燥塔3的上方进入，在下落的过程中与从干燥塔3底部通入的已经除湿的热空气相遇，切片里的水分被热空气带走，在干燥塔3里停留足够长时间后，切片的含水率达到了纺丝的要求，干燥温度105-150℃。

含水率达到纺丝要求的切片被输送到位于螺杆挤出机5上方的干切片料斗，在重力的作用落到混料斗4里，混料斗4是通过受料器底部的电动机驱动的注料齿盘，通过电动机的转速去控制切片的数量，通过混料斗4的作用，将一定量的抗氧化母粒与切片按一定比例混合而输送到螺杆挤出机5里，其中抗氧化母粒已经通过抗氧化母粒干燥塔6单独干燥。

螺杆挤出机5分为六个区加热，采用的是电阻加热方式，温度设置在205-350℃之间，螺杆挤出机5的下料口处设有冷却循环水，以防止切片在下料口处环结。切片在螺杆挤出机5剪切和加热的作用下，边熔融边前进并混合均匀。到了螺杆的末端，切片熔融完全，熔体压力被压力传感器测定，通过压力的反馈去控制螺杆的转速从而保证熔体压力的稳定。

熔融混合均匀完全，压力稳定的熔体接下来被熔体过滤器7所过滤，过滤器7可有效除去熔体中的无机杂质与及凝胶粒子，以减少杂质对纺丝过程造成的不良影响。过滤器7为可切换式，当过滤压差较大时，就将旧滤芯切换成新滤芯，以保证过滤效果的稳定性。

过滤后的熔体被输送到纺丝箱体8内，纺丝箱体8内配备一定数量的计量泵9，经过熔体分配管的分配，熔体被合理分配到每一个计量泵9里。计量泵9为精密的齿轮泵，通过计量泵9的转动，精确体积的熔体被计量泵9输送到每个纺丝组件上。纺丝组件里装有过滤砂，可以对熔体进行进一步的过滤，过滤后的熔体经过分配板的作用，均匀里进入到喷丝板的每个小孔里，熔体被喷丝板均匀地分成若干股细流，在压力和重力的作用下，从喷丝板的小孔里挤出，暴露在空气中。熔体过滤器7和纺丝箱体8由联苯蒸气加热，以保证精确控温。过滤器7和箱体温度控制在285-350℃之间。

从小孔挤出的丝束如暴露在温室的空气中，其冷却会过快而纤维牵伸困难，造成纺丝断头、飘丝等现象。因此我们在喷丝板下方设备了缓冷加热器10，将喷丝板下方的空气加热，缓冷加热器10的温度控制在320-200℃之间。

经过缓冷后的熔体细流在侧吹风装置11的作用下，不断被冷却，由熔体转变成固体，在牵伸力和冷却的作用下，熔体内部的分子产生了一定的结晶和取向，成为具有一定力学性能的纤维长丝。侧吹风的温度由空调控制，对风的温度与湿度进行精确控制，以此合理控制纺程长纤维的温度与张力的分布。有利于实现高速纺丝，侧吹风温度控制在15～45℃之间。

由于聚苯硫醚结晶速率较快，若直接采用高速牵伸，纺丝应力过大而导致纤维发生断头、飘丝等现象，我们在纤维进入牵伸器前先将纤维通过一个纤维性能活化器，通过纤维性能活化器的作用，纤维的大分子链活动能力增加，因而纤维可以承受高速牵伸，使其结晶度和取向度大大提高。

纤维的牵伸过程是由在每个纺丝组件下方的牵伸喷头12去实现的，牵伸喷头12采用的压缩空气，压缩空气经过牵伸喷头12内部的环形间隙后，向下喷射形成高速气流，并在牵伸喷头12的上方形成一定的负压区，对纤维形成一定的吸力。纤维在牵伸喷头12的上方吸入，在高速气流的摩擦力作用下伴随着气流向下高速运动，高速气流和纤维被限制在一定直径一定长度的牵伸管内，纤维在牵伸管内最终可被加速至4000-6000m/min的速度。纤维速度远远大于熔体在喷丝板孔流出时的速度，因此熔体受到较强的拉伸作用，熔体分子在拉伸和冷却的作用下并通过纤维性能活化器的作用，分子高度取向结晶，分子间作用力大大增强，纤维获得了优异的力学性能。

出牵伸管后的纤维束在摆丝器13的作用下铺设成均匀的纤网。摆丝器13的主要结构是可以高速摆动的若干个摆片，经摆片后丝束被顺利铺设成网，并随着成网机14的运动向前输送，成网机14设置有下吸风装置15，用于从底部吸住纤网，保证成网的稳定性。

由于纺粘法生产出来的纤网与短纤相比，长丝移动困难，纤维受到的摩擦力较大，若直接进行水刺加固，纤维间的缠结较为困难，所需要的水刺压力较高，产品的性能难以保证，因此纤维必须先经预针刺。

纤网在成网机14的输送下，进入到针刺机16内加工。针刺机16的针板上装有一定数量的刺针，针板可以带动刺针上下高速运动。当刺针做穿刺运动时纤维被刺针上的倒刺所携带向下运动，纤维发生缠结，纤网被压实。经过针刺预加固后的纤网里纤维相互发生缠结，纤维间的摩擦力和抱合力增加，形成了具有一定力学性能的针刺非织造布。

针刺预加固后的无纺布在水刺机17网帘的输送下进行到水刺机17内加工，水刺固结法是让高压水(30～40MPa)通过水刺头内水针板上数千个直径极小的圆孔，形成高速极细的高压射流，被称为“水针”，它垂直穿过纤网后再被纤网下边的托持网反射形成许多“反射水针”，纤网在“水针”和“反射水针”的作用下带动纤维移动使纤网缠结成布，从而达到加固纤网的效果，经过多道与及正反面的水刺后，纤维之间产生十分良好的缠结抱合，纤维间的摩擦力和抱合力大大增加，纤网变成了具有良好力学性能的非织造过滤材料。

由于经过水刺后，布面含有较多的水分，因此需要将布通过烘箱烘干，烘干温度控制在100-260℃之间，烘干后的无纺布并通过分切卷绕机18的作用分切成各种幅宽的产品，同时卷绕成一定长度的布卷。

本发明采用的是纺粘+水刺技术，既保证缠结好，又减少纤维损伤，集两种技术的优点，减少两种技术的缺点，针刺的缠结好，但纤维易损伤，水刺是缠结不够好，但纤维不损伤。

针刺机16的的针刺速度为1-10m/min，预针刺频率为450-1000Hz，针刺针深为2-8mm，水刺压力250-380bar，水刺速度5-50m/min，水刺头数目：3--6道，通过轻度的针刺，保证了一定程度的缠结，而通过水刺可以使纤维的缠结达到实际要求，同时又不会使纤维过度损伤，保证水流可以穿过纤网并且使纤维之间产生良好的缠结。

通过水刺后的非织造布根据客户的要求进行覆膜、压光、烫平等后整理。

生产出来的产品的纤维缠结良好，且纤维基本没有损伤，产品的表面平整性好，力学性能优异，没有残留的针孔，过滤精度高。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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 (3)

1.一种抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材的生产方法，其特征在于，

抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材包括聚苯硫醚和抗氧化母粒，所述抗氧化母粒的重量百分数占总量的1％-5％；

所述抗氧化母粒包括作为基料的聚苯硫醚，作为主抗氧化剂的受阻酚类抗氧化剂和作为辅助抗氧化剂的硫代二丙酸双酯类抗氧化剂，所述受阻酚类抗氧化剂和硫代二丙酸双酯类抗氧化剂占所述抗氧化母粒总量的10％-15％；

包括以下步骤：

1)预结晶、干燥步骤：将聚苯硫醚切片输送到预结晶器进行加热、预结晶，之后，在热空气的吹送下进入干燥塔内进行干燥处理；

2)熔融、纺丝步骤：含水率达到纺丝要求的切片被输送到位于螺杆挤出机上方的干切片料斗，在重力的作用落到混料斗里，通过混料斗的作用，将抗氧化母粒与聚苯硫醚切片按所述比例混合输送到螺杆挤出机里，进行熔融、混合，经过熔体过滤器过滤，过滤后的熔体被输送到纺丝箱体内，通过计量泵传动装置的转动，精确体积的熔体被计量泵输送到每个纺丝组件上，经过缓冷后的熔体细流在侧吹风的作用下，冷却成为纤维长丝；

3)高速气流牵伸步骤：每个纺丝组件下方的牵伸喷头向下喷射形成高速气流，纤维在高速气流的作用下被加速，限制在气流牵伸器的牵伸管内；出牵伸管后的纤维束在摆丝器的作用下铺设成均匀的纤网；

4)纤网针刺预加固、水刺加固步骤：纤网在成网机的输送下，进入到针刺机内进行针刺预加固，然后再进入水刺机进行水刺加固，通过烘箱烘干，形成了抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材；

所述针刺机的的针刺速度为1-10m/min，针刺针深为2-8mm，水刺压力250-380bar，水刺速度5-50m/min；

所述水刺机采用高压水，压强为30-40MPa；

高压水通过水刺机的水针板上的圆孔，形成高速极细的高压射流，高压射流垂直穿过纤网后，再被纤网下边的托持网反射形成反射水针。

2.根据权利要求1所述的一种抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材的生产方法，其特征在于，所述针刺机的针板上装有刺针，刺针上设置有倒刺，针板带动刺针上下高速运动，当刺针做穿刺运动时，纤维被刺针上的倒刺所携带运动。

3.根据权利要求1所述的一种抗氧化聚苯硫醚纺粘水刺非织造滤材的生产方法，其特征在于，所述烘箱的烘干温度控制在100-260℃之间。