CN110129907A - 一种聚苯硫醚的闪蒸设备及其纺丝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝设备，包括箱体、喷丝头、高压反应釜及传送装置，所述箱体上设有纺丝原液入口，所述喷丝头设于所述箱体内部，所述高压反应釜底端通过所述纺丝原液入口与所述喷丝头连接，所述传送装置设于所述箱体的底部，还包括调节阀和拦截器，所述调节阀和所述拦截器依次设于所述喷丝头上方。同时，本发明公开了一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝方法，本发明首次将聚苯硫醚聚合物结合闪蒸法纺丝的工艺以生产出了PPS闪蒸无纺布，形成了纤维细、强度高的聚苯硫醚无纺布。

Description

一种聚苯硫醚的闪蒸设备及其纺丝方法
技术领域
本发明涉及无纺布的技术领域，尤其涉及一种聚苯硫醚的闪蒸设备及其纺丝方法。
背景技术
聚苯硫醚简称PPS，是一种新型高性能热塑性树脂，首先具有优异的耐热性，其聚合物熔点285℃，经美国UL认证连续使用温度为200-240℃，高荷重热变形温度达260℃；其次其阻燃性好：在不添加阻燃剂的情况下，氧指数值34-35，UL94燃烧测试中为0级/5V，是最高级别；再次该材料具有与聚四氟乙烯（PTFE）相媲美的优异耐化学性能，目前尚未发现可在200℃以下溶解PPS的溶剂；此外，其具有绝缘性好，强度高，刚性大，尺寸稳定性好，吸水率低等等优异特点；特别是该材料能吸收中子弹、原子弹的辐射，是目前这领域发现的唯一理想材料，因此，它是核工业中不可或缺的防护材料。由于具备上述特点，所以PPS是机械工业、电子、电器工业、化学工业中理想的防腐防护产品，尤其是在航空、航天、核工业更有大显身手的地方。21世纪以来，国内从事PPS复合材料研发的单位较多，但目前仍处于产量少，品种单一的状况，大多以通用品种-玻璃纤维增强料及无机物填充改性品种为主。
在现有技术中，聚苯硫醚纤维通常是由聚苯硫醚聚合物经过熔融纺丝，在高温下进行后拉伸、卷曲和切断制成。其短纤维性能：强度2.65-3.08厘牛/分特、伸长率25%-35%，有较好的纺织加工性能。可制成无纺布毡，主要用于高温烟道气和特殊热介质的过滤，造纸工业的干燥带以及电缆包胶层和防火织物等用途，其短纤维经过复杂的纺织工艺：短纤维-纱线-制造-染整-复合整理等流程制成织布，可以制作高级消防服装，费用昂贵。
闪蒸法纺丝工艺是将高温高压的纺丝溶液通过喷丝孔喷至一温度及压力较低的纺丝区域，当该纺丝溶液离开该喷丝孔时，溶剂迅速蒸发，由此生成了亚纳米细度的单丝组成的网状结构的长丝丝束。纤维丝束经过采集输送，经过热轧等加工，可直接成布。目前该工艺仅美国、日本进行了工业化生产，所用的成纤高聚物一般为结构比较规整的聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯及聚甲基戊烯等。经长时间的发展，可用于成纤高聚物的原料从各种烯烃聚合物、烯烃类聚合物与其他聚合物的混合物发展到了聚酯类、聚氨酯类、聚酰胺等，主要还是以聚乙烯为主。现有技术中的一种闪蒸纺丝设备如图1所示，包括喷丝头10、转向板20、积集带30、靶板40、针状电极板50、第一辊筒60、第二辊筒70、金属板80，纺丝原液从喷丝头喷出，溶剂瞬间发泡闪蒸，利用速度梯度变化对丝束进行高倍拉伸，形成超细网状纤维条，用静电方法使丝束开纤，保持单丝状态，并利用静电装置使纤维凝聚成网。
有鉴于此，本发明人研究和设计了一种聚苯硫醚的闪蒸设备及其纺丝方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚苯硫醚的闪蒸设备及其纺丝方法，本发明首次将聚苯硫醚聚合物结合闪蒸法纺丝的工艺以生产出PPS闪蒸无纺布，形成纤维细、强度高的聚苯硫醚无纺布。
为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝设备，包括箱体、喷丝头、高压反应釜及传送装置，所述箱体上设有纺丝原液入口，所述喷丝头设于所述箱体内部，所述高压反应釜底端通过所述纺丝原液入口与所述喷丝头连接，所述传送装置设于所述箱体的底部，还包括调节阀和拦截器，所述调节阀和所述拦截器依次设于所述喷丝头上方。
一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝方法，包括以下步骤：
步骤一、制备纺丝原液：将聚苯硫醚和纺丝溶剂加入到高压反应釜中，在温度250-400℃，压力5-20kPa的条件下充分混合，制得纺丝原液；
步骤二、闪蒸法制备聚苯硫醚纤维：所述纺丝原液从闪蒸纺丝设备的喷丝头喷出，纺丝原液的溶剂瞬间蒸发，纺丝原液的聚合物迅速冷却固化，形成纤维束，纤维束直接沉降在积集带上形成纤维网，纤维凝聚成网，纤维网经过辊轮的热轧形成薄片。
作为实施例的优选方式，所述纺丝溶剂为芳烃类、脂族烃类、脂环族烃、不饱和烃、卤代烃、四氯化碳、二氯乙烯、氯仿、氯乙烷、氯甲烷、醇、酯、醚、酮、腈、酰胺、碳氟化合物、二氧化硫、二氧化碳、二硫化碳、硝基甲烷、水中的一种或几种。
作为实施例的优选方式，所述高压反应釜中，搅拌器搅拌转速为80-150rpm，混合时间为2-10h。
作为实施例的优选方式，所述聚苯硫醚和纺丝溶剂的料液比为：（1-20）:（20-40）g/mL。
作为实施例的优选方式，所述纤维凝聚成网的凝网速度为50-150m/min。
作为实施例的优选方式，所述纺丝原液从闪蒸纺丝设备的喷丝头喷出气流速度为5000-10000m/min。
作为实施例的优选方式，所述纤维网的纤维直径为0.1-2μm，纤维强度为4-6g/d。
由于本发明采用了上述的技术方案，使得本发明具有以下有益效果：本发明首次将聚苯硫醚聚合物经过闪蒸法纺丝的工艺生产出了PPS闪蒸无纺布，制得了纤维细、强度高的聚苯硫醚无纺布，该无纺布完美结合了聚苯硫醚材料自身的优越性能和闪蒸无纺布的优异性能，使得该材料可以在核工业、特种行业工业防护等行业应用，作为革命性的新材料，解决了在防护领域的难题，在防护服上可以将健康与舒适一并存在。
本发明在闪蒸纺丝技术领域，无需使用静电装置，利用聚苯硫醚的特性，直接通过辅网方式成网，解决了原来采用静电装置可能产生的安全问题。因此，本发明实现了闪蒸纺丝设备与闪蒸纺丝方法的有机统一，两者相辅相成。
附图说明
图1为现有技术的一种闪蒸纺丝设备的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图2所示，本发明揭示了一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝设备，包括箱体1、喷丝头2、高压反应釜3、及传送装置4，所述箱体1上设有纺丝原液入口11，所述喷丝头2设于所述箱体1内部，所述高压反应釜3底端通过所述纺丝原液入口11与所述喷丝头2连接，所述传送装置4设于所述箱体1的底部，还包括调节纺丝原液流量的调节阀5和用于过滤和杂质拦截的拦截器6，所述调节阀5和所述拦截器6依次设于所述喷丝头2上方。
实施例2
本发明揭示了一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝方法，包括以下步骤：
步骤一、制备纺丝原液：将聚苯硫醚和纺丝溶剂四氯化碳加入到高压反应釜中，在温度250℃， 压力5kPa的条件下充分混合，制得纺丝原液；所述高压反应釜中，搅拌器搅拌转速为80rpm，混合时间为2h。聚苯硫醚和纺丝溶剂的料液比为：1:40 g/mL。
步骤二、闪蒸法制备聚苯硫醚纤维：所述纺丝原液从闪蒸纺丝设备的喷丝头喷出，所述纺丝原液从闪蒸纺丝设备的喷丝头喷出气流速度为5000m/min；纺丝原液的溶剂瞬间蒸发，纺丝原液的聚合物迅速冷却固化，形成纤维束，纤维束直接沉降在积集带上形成纤维网，纤维凝聚成网速度为50m/min，纤维网经过辊轮的热轧形成薄片。
实施例3
一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝方法，包括以下步骤：
步骤一、制备纺丝原液：将聚苯硫醚和纺丝溶剂氯乙烷加入到高压反应釜中，在温度300℃， 压力15kPa的条件下充分混合，制得纺丝原液；所述高压反应釜中，搅拌器搅拌转速为100rpm，混合时间为5h。聚苯硫醚和纺丝溶剂的料液比为：10:30 g/mL。
步骤二、闪蒸法制备聚苯硫醚纤维：所述纺丝原液从闪蒸纺丝设备的喷丝头喷出，所述纺丝原液从闪蒸纺丝设备的喷丝头喷出气流速度为7000m/min；纺丝原液的溶剂瞬间蒸发，纺丝原液的聚合物迅速冷却固化，形成纤维束，纤维束直接沉降在积集带上形成纤维网，纤维凝聚成网速度为100m/min，纤维网经过辊轮的热轧形成薄片。
实施例4
一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝方法，包括以下步骤：
步骤一、制备纺丝原液：将聚苯硫醚和纺丝溶剂硝基甲烷加入到高压反应釜中，在温度400℃，压力20kPa的条件下充分混合，制得纺丝原液；所述高压反应釜中，搅拌器搅拌转速为150rpm，混合时间为10h。聚苯硫醚和纺丝溶剂的料液比为：20:20 g/mL。
步骤二、闪蒸法制备聚苯硫醚纤维：所述纺丝原液从闪蒸纺丝设备的喷丝头喷出，所述纺丝原液从闪蒸纺丝设备的喷丝头喷出气流速度为10000m/min；纺丝原液的溶剂瞬间蒸发，纺丝原液的聚合物迅速冷却固化，形成纤维束，纤维束直接沉降在积集带上形成纤维网，纤维凝聚成网速度为150m/min，纤维网经过辊轮的热轧形成薄片。
实施例5
对本发明制得的纤维网（实施例2-4）及采用如背景技术所述的熔融纺丝法制得的纤维网（对比例）进行纤维细度及纤维强度测试，结果如表1。
表1 纤维网之纤维性能测试
由此可见，本发明制得的聚苯硫醚纤维网纤维细，且强度高。纤维网纤维细有利于产品无纺布的过滤，防水，纤维强度高有利于纤维网直接成网，不需要与其它纺织品复合，因而大大扩展了本发明制得的无纺布的用途。这种纺丝工艺生产的无纺布因为纤维单丝足够细，纤维瞬间拉伸，结晶度超高，获得的无纺布具有一般工业纺丝产品所不能具有的特点。首先，空隙足够细，可以阻挡水分子、细菌、病毒分子的入侵，但是水蒸气与空气又可以通过。其次，结晶度高，纤维单纤强力非常高，达6g/d，所以成品布的强力好，耐撕裂、耐针刺性能超强。另外又有质轻、硬挺等特点，可以应用在医疗防护、医疗包装、工业防护领域；也可广泛应用在建筑、装修、服装时尚等行业。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝设备，其特征在于：包括箱体、喷丝头、高压反应釜及传送装置，所述箱体上设有纺丝原液入口，所述喷丝头设于所述箱体内部，所述高压反应釜底端通过所述纺丝原液入口与所述喷丝头连接，所述传送装置设于所述箱体的底部，还包括调节阀和拦截器，所述调节阀和所述拦截器依次设于所述喷丝头上方。
2.一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、制备纺丝原液：将聚苯硫醚和纺丝溶剂加入到高压反应釜中，在温度250-400℃，压力5-20kPa的条件下充分混合，制得纺丝原液；
步骤二、闪蒸法制备聚苯硫醚纤维：所述纺丝原液从闪蒸纺丝设备的喷丝头喷出，纺丝原液的溶剂瞬间蒸发，纺丝原液的聚合物迅速冷却固化，形成纤维束，带有纤维束的高压空气被转向板引向开纤装置，带有纤维束的高压空气经过开纤装置均匀开纤成网状蓬松结构，开纤后的纤维束沉降在积集带上形成纤维网，纤维凝聚成网，纤维网经过辊轮的热轧形成薄片。
3.如权利要求2所述的一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝方法，其特征在于：所述纺丝溶剂为芳烃类、脂族烃类、脂环族烃、不饱和烃、卤代烃、四氯化碳、二氯乙烯、氯仿、氯乙烷、氯甲烷、醇、酯、醚、酮、腈、酰胺、碳氟化合物、二氧化硫、二氧化碳、二硫化碳、硝基甲烷、水中的一种或几种。
4.如权利要求2所述的一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝方法，其特征在于：所述高压反应釜中，搅拌器搅拌转速为80-150rpm，混合时间为2-10h。
5.如权利要求2所述的一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝方法，其特征在于：所述聚苯硫醚和纺丝溶剂的料液比为：（1-20）:（20-40）g/mL。
6.如权利要求2所述的一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝方法，其特征在于：所述纤维凝聚成网的凝网速度为50-150m/min。
7.如权利要求2所述的一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝方法，其特征在于：所述纺丝原液从闪蒸纺丝设备的喷丝头喷出气流速度为5000-10000m/min。
8.如权利要求2所述的一种聚苯硫醚的闪蒸纺丝方法，其特征在于：所述纤维网的纤维直径为0.1-2μm，纤维强度为4-6g/d。
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