CN103835024A - 一种海岛复合纤维、聚苯硫醚纤维束及纤维制品 - Google Patents

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曹健
施泽顺
望月克彦
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Abstract

本发明公开了一种海岛复合纤维、聚苯硫醚纤维束及纤维制品，该海岛复合纤维中的海成分为易碱溶聚合物，岛成分为以聚苯硫醚，单纤维横截面上岛的数量为10～10000个，海成分和岛成分的重量比为60/40～5/95。将该海岛复合纤维碱处理除去海成分后可以得到纳米级的PPS纤维束，该纤维束可用于制备机织物、针织物、毡、无纺布。

Description

一种海岛复合纤维、聚苯硫醚纤维束及纤维制品
技术领域
本发明涉及一种海成分为易碱溶聚合物、岛成分为聚苯硫醚的海岛复合纤维，由这种复合纤维碱减量处理后的聚苯硫醚纤维束及由该纤维束制得的纤维制品。
背景技术
由于聚苯硫醚（PPS）纤维优异的耐热性、阻燃性、耐化学腐蚀性、绝缘性以及高模量、高强度的抗拉性和尺寸稳定性，目前火力发电站烟尘过滤材料大都采用的是PPS过滤材料，且原料PPS的纤度越细，PPS过滤材料的过滤效果越好。随着国家烟尘排出量标准的严格化，对细纤化PPS纤维的需求越来越高。
现在一般PPS纤维的制法都是通过熔融纺丝，先把PPS熔融挤出，经配管，进纺丝组件，通过喷丝头押出后，再经延伸热定型制得PPS纤维。但是使用这种方法生产得到的PPS纤维的单丝纤度最低也只是做到1.0T左右。且单丝纤度越小，在进行短纤切割加工的时候越困难。
专利CN102345188A公开了一种PPS合金纤维及PPS极细纤维，它通过可溶性聚合物与PPS进行共混纺丝，然后将海溶解掉得到PPS极细纤维。PPS作为分散相，比率必须在50%以下，收益率较低，且合金在纺丝过程中极易出现挤出胀大，纺丝困难。
发明内容
本发明涉及一种聚苯硫醚（PPS）海岛复合纤维、聚苯硫醚纤维束及纤维制品，该PPS海岛复合纤维经过碱减量处理后可以得到纳米级的PPS纤维束，使用该纤维束制得的纤维制品有优异的过滤效果。
本发明的技术解决方案是：
    一种海岛复合纤维，其中海成分为易碱溶聚合物，岛成分为以聚苯硫醚，单纤维横截面上岛的数量为10～10000个，海成分和岛成分的重量比为60/40～5/95。优选单纤维横截面上岛的数量为100～4000个，海成分和岛成分的重量比为40/60～10/90。
为了得到PPS纤维束，本发明选用的海成分为易碱溶聚合物，具体的可以列举的有聚乳酸、聚乙二醇系化合物共聚酯、超高分子量聚环氧烷缩合系聚合物，优选含有间苯二甲酸-5-磺酸钠（SSIPA）结构单元的易碱溶聚合物，其中SSIPA结构单元占易碱溶聚合物中酸成分的2～12mol%，优选2～8mol%。
本发明所述的海岛复合纤维的单纤维横截面上岛的数量为10～10000个，优选100～4000个。相同单丝纤度的情况下，单纤维横截面上岛的数量越多，所获得纤维的岛径越小，溶出后PPS纤维越细；而且岛数越多，海岛的接触面积增大，海岛聚合物之间的界面张力被分散，减少界面剥离的现象。
普通的PPS海岛复合纤维中，PPS作为分散相的岛成分，其比率往往低于50wt%。即如果要增加岛比例，则海岛关系颠倒，以形成岛成分为聚合物为目的的聚合物变成连续状态，形成海成分。本发明中采用分配型海岛复合用喷丝头，使得海岛复合纤维中海成分和岛成分的重量比为60/40～5/95，优选40/60～10/90。
为了防止海岛剥离而导致PPS海岛复合纤维无法成型，本发明的海岛复合纤维的单纤维横截面上最外侧的岛与纤维表面的距离为0.1μm～1μm，优选0.3μm～0.7μm。最外侧的岛与纤维表面的距离过小，则在后加工及处理过程中会发生海岛剥离现象；而距离过大的话，海成分所占比例较大，不利于后续碱减量处理的进行。
多岛数的PPS海岛复合纤维可以实现单纤维横截面上岛的直径的细化，甚至达到纳米级别。本发明优选岛的直径为10～1500nm，更优选300～700nm。
上述PPS海岛复合纤维可以由以下两种方法制得：
第一种：将海岛粘度比在1.1以下的海成分易碱溶聚合物和岛成分PPS从分配型海岛复合用喷丝头中熔融挤出，然后通过400～6000m/min进行卷取。将所取得的未延伸丝进行2段延伸，第1段延伸倍率在1～4倍，第2段延伸倍率为1～2倍，热定型温度在160～220℃。所得到的海岛复合纤维150℃下处理30min干热收缩率为5%以下。
第二种：将海岛粘度比在1.1以下的海成分易碱溶聚合物和岛成分PPS从分配型海岛复合用喷丝头中熔融挤出，然后通过一步DSD法进行卷取。其中DSD进行2段延伸，第1段延伸倍率在1～4倍，第2段延伸倍率为1～2倍，热定型温度在160～220℃。所得到的海岛复合纤维150℃下处理30min干热收缩率为5%以下。
本发明还涉及一种聚苯硫醚纤维束，该纤维束由海岛复合纤维经碱处理除去海成分后得到。纤维束中的单纤维直径为10～1500nm。
上述的纤维束可制成各种纤维制品，如机织物、针织物、毡、无纺布的形式。由于该纤维束中的单纤度很细，能够达到纳米级别，用于过滤材料时可有效提高过滤效果。
本发明所涉及的测试方法如下：
（1）干热收缩率
     将纤维在周长100cm的卷丝框上卷绕10圈，制作成样品。在1g/dtex的荷重下测得长度为L0。挂上一回形针（0.5g）作为新荷重放入150℃的热风干燥箱中处理15分钟，取出冷却，再使用1g/dtex的荷重进行长度测量，测得长度为L1。由下式进行干热收缩率的计算：
     干热收缩率(%)＝(L0－L1)/L0×100%。
（2）单纤维横截面上的岛数
 使用透射电子显微镜TEM，以30000倍的倍率对海岛纤维的横截面进行拍摄照片。通过该照片观察岛的数量。
（3）海/岛成分重量比
  使用透射电子显微镜TEM，以30000倍的倍率对海岛纤维的横截面进行拍摄照片。通过海岛的面积比来推定海岛成分的质量比。
（4）单纤维横截面上岛的直径
使用透射电子显微镜TEM，以30000倍的倍率对海岛纤维的横截面进行拍摄照片。根据照片测得岛的直径。
（5）易碱溶聚合物中SIPE结构单元含量
使用元素含量测定仪，测得纤维中S元素的含量，计算得易碱溶聚合物中SIPE的含量。
（6）强度和伸度
使用日本INTEC株式会社的拉伸试验机（RTC-1225A）对纤维的强伸度进行测定，测定的样品长度20cm，拉伸速度200m/min，强度为纤维应力-应变拉伸时最大破断点的应力/纤度（cN/dtex），伸度为纤维最大破断点的应变(%)。
（7）纺丝性
在海岛复合纤维的成纤过程中，测试48小时内的断丝情况，不断丝为优，断丝1～2次为良，断丝3次以上为差。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1：
以PPS作为岛成分，以含有占聚合物中酸成分5mol%SSIPA结构单元的PET作为海成分，海岛的粘度比为0.5。将两者通过双组份纺丝机在300℃下熔融后从分配型海岛复合用喷丝头中挤出，海成分和岛成分的重量比为30/70，单根纤维中岛数为1024个。将得到的初生丝通过一步DSD法进行卷取，卷取速度为3000m/min。其中DSD进行2段延伸，第1段延伸倍率在3.4倍，第2段延伸倍率为1.1倍，卷取时加5%的松弛，延伸温度为90℃，热定型温度为215℃。
测试得到的海岛复合纤维，强度为3.8cN/dtex，伸度为20%，150℃下处理30min的干热收缩率为2.0%；单纤维中岛的直径为640nm，最外侧的岛与纤维表面的距离为0.5μm。
将得到的海岛复合纤维进行碱减量处理，得到PPS纤维束，纤维束中单根PPS纤维的直径为640nm。
实施例2～5：
变更海成分碱溶性聚合物PET中SSIPA结构单元相对于PET中酸成分的量，其他同实施例1制备海岛复合纤维并测试其性能。
将得到的海岛复合纤维进行碱减量处理，得到PPS纤维束，纤维束中单根PPS纤维的直径为640nm。
实施例6～9
改变单纤维横截面上岛的数量，其他同实施例1制备海岛复合纤维并测试其性能。
实施例10～12
改变单纤维截面上最外侧的岛与纤维表面的距离，其他同实施例1制备海岛复合纤维并测试其性能。
实施例13～16
改变海岛复合重量比，其他同实施例1制备海岛复合纤维并测试其性能。
Figure 2012104813897100002DEST_PATH_IMAGE001

Claims (9)

1.一种海岛复合纤维，其特征在于：其中海成分为易碱溶聚合物，岛成分为聚苯硫醚，单纤维横截面上岛的数量为10～10000个，海成分和岛成分的重量比为60/40～5/95。
2.根据权利要求1所述的海岛复合纤维，其特征在于：所述海岛复合纤维的单纤维横截面上岛的数量为100～4000个。
3.根据权利要求1或2所述的海岛复合纤维，其特征在于：所述海成分和岛成分的重量比为40/60～10/90。
4.根据权利要求1或2所述的海岛复合纤维，其特征在于：所述易碱溶聚合物中含有占聚合物中酸成分2～12mol%的间苯二甲酸-5-磺酸钠结构单元。
5.根据权利要求1或2所述的海岛复合纤维，其特征在于：所述海岛复合纤维的单纤维横截面上最外侧的岛与纤维表面的距离为0.1μm～1μm。
6.根据权利要求1或2所述的海岛复合纤维，其特征在于：所述海岛复合纤维中单纤维横截面上岛的直径为10～1500nm。
7.一种聚苯硫醚纤维束，由权利要求1所述的海岛复合纤维经碱处理除去海成分后得到。
8.一种纤维制品，含有权利要求7所述的聚苯硫醚纤维束。
9. 根据权利要求8所述的纤维制品，其特征在于：该纤维制品为机织物、针织物、毡、无纺布。
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