CN114134583A - 一种高dpf聚苯硫醚长纤维及其生产方法 - Google Patents

一种高dpf聚苯硫醚长纤维及其生产方法 Download PDF

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王城
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Abstract

本发明公开了一种高dpf聚苯硫醚长纤维及其生产方法，产品dpf为10‑30，dpf是指每根纤维的线密度大小，横截面为圆形。本发明采用特殊的骤冷方式、热风多级拉伸、较低的拉伸形变速率制得高dpf聚苯硫醚长纤维，其比表面积小、拉伸强度和打结强度高。

Description

一种高dpf聚苯硫醚长纤维及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种高dpf聚苯硫醚长纤维及其生产方法。
背景技术
聚苯硫醚（英文名称为Polyphenylene sulfide，简称PPS）是一种具有优异的耐热性、耐化学性、阻燃性、绝缘性等高性能热塑性树脂，相对密度为1.36g/cm3，熔点为280-290℃，玻璃化转变温度约为90℃。分子量分布窄的线型高分子量PPS树脂流动加工性好，可经螺杆熔融挤出成形为PPS纤维，常规PPS纤维的制备方法主要是熔融纺丝法，超细PPS纤维的制备方法有静电纺丝法、复合纺丝法等。PPS纤维具有良好的耐温性、热稳定性及较高的极限氧指数等性能优势，使其成为优异的环保过滤材料，广泛应用于高温烟气除尘过滤、耐高温绳缆及特种工装上。
目前常规聚苯硫醚FDY长纤维（dpf为3-10）存在以下缺点：
①常规聚苯硫醚FDY长纤维采用侧吹风徐冷的冷却方式，徐冷冷却距离较长，且初生丝的结晶和取向结构不稳定、不完善，后拉伸时易产生飞丝，产品的毛丝较多；
②常规聚苯硫醚FDY长纤维采用热辊后拉伸，热辊拉伸得到的PPS纤维的强度低于热风拉伸方式，拉伸形变速率过大不易于提高纤维的强度和韧性，产品的拉伸强度和打结强度低；
③较小dpf的PPS纤维的比表面积大，在后加工的制作过程中以及作为产品在实际使用时都易被磨毛磨断。
大直径PPS单丝（直径Ф0.08mm-5.0mm）通常采用液体骤冷方式冷却和热风多级拉伸，从喷丝板流出的聚合物流体温度高达280℃以上，冷却时单丝表面易积聚气泡，引起单丝抖动，进而造成直径不均匀，易形成皮芯结构，造成单丝强度较低且不均匀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种比表面积小、拉伸强度和打结强度高的高dpf聚苯硫醚长纤维及其生产方法。
本发明的技术解决方案是：
一种高dpf聚苯硫醚长纤维，其特征是：dpf（denier per filament）为10-30，dpf是指每根纤维的线密度大小，横截面为圆形。
一种高dpf聚苯硫醚长纤维的生产方法，其特征是：包括：第一步：切片干燥→熔融挤出→计量喷丝→液体冷却→收卷；第二步：多级拉伸→热定型→收卷；
①纺丝用切片干燥和熔融的具体方法：
利用真空转鼓干燥机将PPS切片进行干燥，真空度低于-0.1MPa，干燥温度为110-130℃，干燥时间为20-25h；单螺杆熔融挤出的纺丝温度为300-330℃；
②液体冷却的具体方法：
采用两道冷却，一道冷却为水浴冷却，水浴温度为90-98℃，水浴液面高度离喷丝板距离为300-500mm；二道冷却为油浴冷却，油浴成分为聚合物纺丝油剂HQ-7004、乳化剂OP-20和＜20us/cm的去离子水组成，油浴温度为70-80℃；
③多级拉伸和热定型的具体方法：
采用热风烘箱对PPS纤维进行多级拉伸，拉伸级数为2-3级，总拉伸倍数为4-6倍，拉伸烘箱温度为90-240℃。热定型烘箱温度为180-220℃，超喂率为10-20%；纺丝速度为80-120m/min。
所述PPS切片为日本宝理集团的Fortron型线性PPS切片。
油浴成分中聚合物纺丝油剂HQ-7004、乳化剂OP-20和＜20us/cm的去离子水三者的质量百分比分别为19%、1%和80%。
本发明采用特殊的骤冷方式、热风多级拉伸、较低的拉伸形变速率制得高dpf聚苯硫醚长纤维，其比表面积小、拉伸强度和打结强度高。有望本产品能与下游应用完美结合，并能不断指导和完善此产品的技术开发。
本发明采用两步法工艺生产高dpf聚苯硫醚长纤维，生产产能约为一步法工艺的7-10倍，极大地降低了生产成本；先水浴后油浴的两步冷却加工方式，可获得结晶和取向结构完善、圆整度较好的纤维产品，解决了骤冷对PPS初生单丝条干均匀度差的不利影响，产品的条干不匀率低于0.05%；高dpf聚苯硫醚长纤维的比表面积小，后道浸胶工序的浸胶率低，本发明通过油浴冷却的纺丝油剂和乳化剂协同作用于PPS初生单丝，解决了高dpf聚苯硫醚长纤维浸胶困难的问题，产品的浸胶率高达99%；热风多级拉伸和低拉伸形变速率赋予PPS纤维较高的拉伸强度和打结强度以及较低的断裂伸长率等优异的力学性能，产品的拉伸强度高达5.5cN/dtex，打结强度高达4.0cN/dtex，断裂伸长率低于15%；高dpf聚苯硫醚长纤维的比表面积小，最终产品的气液过滤性能较好，且飞丝较少，表面光滑度高。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例1
一种高dpf聚苯硫醚工业丝的生产方法包括：第一步：切片干燥→熔融挤出→计量喷丝→液体冷却→收卷；第二步：多级拉伸→定型→收卷；
利用真空转鼓干燥机将日本宝理集团的Fortron型线性PPS切片进行干燥，真空转鼓干燥机的真空度低于-0.1MPa，干燥温度为120℃，干燥时间为22h；单螺杆各区的纺丝温度分别为305℃、316℃、318℃、319℃、328℃、316℃。采用两道冷却，一道水浴温度为95℃，二道油浴温度为80℃，水浴液面高度离喷丝板距离为400mm。油浴成分为聚合物纺丝油剂HQ-7004、乳化剂OP-20和＜20us/cm的去离子水组成，三者的质量分数分别为19%、1%和80%。采用热风烘箱对PPS纤维进行2级拉伸，总拉伸倍数为4倍，一级拉伸占比为85%，拉伸烘箱温度分别为90℃和180℃。热定型烘箱温度为180℃，超喂率为10%。纺丝速度为80m/min。聚苯硫醚工业丝的产品规格为600D/30f。
实施例2
一种高dpf聚苯硫醚工业丝的生产方法包括：第一步：切片干燥→熔融挤出→计量喷丝→液体冷却→收卷；第二步：多级拉伸→定型→收卷；
利用真空转鼓干燥机将日本宝理集团的Fortron型线性PPS切片进行干燥，真空转鼓干燥机的真空度低于-0.1MPa，干燥温度为120℃，干燥时间为22h；单螺杆各区的纺丝温度分别为305℃、316℃、318℃、319℃、328℃、316℃。采用两道冷却，一道水浴温度为95℃，二道油浴温度为80℃，水浴液面高度离喷丝板距离为400mm。油浴成分为聚合物纺丝油剂HQ-7004、乳化剂OP-20和＜20us/cm的去离子水组成，三者的质量分数分别为19%、1%和80%。采用热风烘箱对PPS纤维进行2级拉伸，总拉伸倍数为5倍，一级拉伸占比为85%，拉伸烘箱温度分别为95℃和185℃。热定型烘箱温度为180℃，超喂率为10%。纺丝速度为80m/min。聚苯硫醚工业丝的产品规格为600D/30f。
实施例3
一种高dpf聚苯硫醚工业丝的生产方法包括：第一步：切片干燥→熔融挤出→计量喷丝→液体冷却→收卷；第二步：多级拉伸→定型→收卷；
利用真空转鼓干燥机将日本宝理集团的Fortron型线性PPS切片进行干燥，真空转鼓干燥机的真空度低于-0.1MPa，干燥温度为120℃，干燥时间为22h；单螺杆各区的纺丝温度分别为305℃、316℃、318℃、319℃、328℃、316℃。采用两道冷却，一道水浴温度为95℃，二道油浴温度为80℃，水浴液面高度离喷丝板距离为400mm。油浴成分为聚合物纺丝油剂HQ-7004、乳化剂OP-20和＜20us/cm的去离子水组成，三者的质量分数分别为19%、1%和80%。采用热风烘箱对PPS纤维进行2级拉伸，总拉伸倍数为6倍，一级拉伸占比为85%，拉伸烘箱温度分别为98℃和190℃。热定型烘箱温度为180℃，超喂率为10%。纺丝速度为80m/min。聚苯硫醚工业丝的产品规格为600D/30f。
实施例4
一种高dpf聚苯硫醚工业丝的生产方法包括：第一步：切片干燥→熔融挤出→计量喷丝→液体冷却→收卷；第二步：多级拉伸→定型→收卷；
利用真空转鼓干燥机将日本宝理集团的Fortron型线性PPS切片进行干燥，真空转鼓干燥机的真空度低于-0.1MPa，干燥温度为120℃，干燥时间为22h；单螺杆各区的纺丝温度分别为305℃、316℃、318℃、319℃、328℃、316℃。采用两道冷却，一道水浴温度为95℃，二道油浴温度为80℃，水浴液面高度离喷丝板距离为400mm。油浴成分为聚合物纺丝油剂HQ-7004、乳化剂OP-20和＜20us/cm的去离子水组成，三者的质量分数分别为19%、1%和80%。采用热风烘箱对PPS纤维进行3级拉伸，总拉伸倍数为6倍，各级拉伸倍数分别为4倍、1.3倍和1.15倍，拉伸烘箱温度分别为95℃、200℃和220℃。热定型烘箱温度为210℃，超喂率为10%。纺丝速度为80m/min。聚苯硫醚工业丝的产品规格为600D/30f。
4例聚苯硫醚工业丝的具体物性数据见下表：
实例 规格 拉伸强度（cN/dtex） 打结强度（cN/dtex） 断裂伸长率（%）
1 600D/30f 4.1 3.1 19
2 600D/30f 4.6 3.4 17
3 600D/30f 5.2 3.9 14
4 600D/30f 5.5 4.1 12
实施例1-例4仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高dpf聚苯硫醚长纤维，其特征是：dpf为10-30，dpf是指每根纤维的线密度大小，横截面为圆形。
2.一种高dpf聚苯硫醚长纤维的生产方法，其特征是：包括：第一步：切片干燥→熔融挤出→计量喷丝→液体冷却→收卷；第二步：多级拉伸→热定型→收卷；
①纺丝用切片干燥和熔融的具体方法：
利用真空转鼓干燥机将PPS切片进行干燥，真空度低于-0.1MPa，干燥温度为110-130℃，干燥时间为20-25h；单螺杆熔融挤出的纺丝温度为300-330℃；
②液体冷却的具体方法：
采用两道冷却，一道冷却为水浴冷却，水浴温度为90-98℃，水浴液面高度离喷丝板距离为300-500mm；二道冷却为油浴冷却，油浴成分为聚合物纺丝油剂HQ-7004、乳化剂OP-20和＜20us/cm的去离子水组成，油浴温度为70-80℃；
③多级拉伸和热定型的具体方法：
采用热风烘箱对PPS纤维进行多级拉伸，拉伸级数为2-3级，总拉伸倍数为4-6倍，拉伸烘箱温度为90-240℃；热定型烘箱温度为180-220℃，超喂率为10-20%；纺丝速度为80-120m/min。
3.根据权利要求2所述的高dpf聚苯硫醚长纤维的生产方法，其特征是：所述PPS切片为日本宝理集团的Fortron型线性PPS切片。
4.根据权利要求2所述的高dpf聚苯硫醚长纤维的生产方法，其特征是：油浴成分中聚合物纺丝油剂HQ-7004、乳化剂OP-20和＜20us/cm的去离子水三者的质量百分比分别为19%、1%和80%。
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