專利名稱：聚苯硫醚纖維紡絲工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特種化學(xué)纖維技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及聚苯硫醚纖維紡絲工藝。
背景技術(shù)：
國外聚苯硫醚纖維(即PPS纖維)的研究和開發(fā)先是美國、日本及西歐一些發(fā)達(dá)國家，隨后日本東洋紡的Procon、東麗的Torcon和Celanese的Fortron等PPS纖維產(chǎn)品相繼問世。21世紀(jì)初，日本東麗公司收購了美國的Phillips公司的PPS纖維事業(yè)部，使日本公司成為世界上最大的PPS纖維生產(chǎn)商。國外PPS的生產(chǎn)商雖多，但因生產(chǎn)工藝難度高，相關(guān)廠商幾經(jīng)合并和關(guān)閉后，整個PPS纖維的生產(chǎn)技術(shù)幾乎掌握在美國的AFY和AmocoF & f、日本東麗和東洋等少數(shù)幾家廠商手中。在20世紀(jì)80年代末，四川大學(xué)、四川省紡織工業(yè)研究所、中國紡織大學(xué)等單位開 始進(jìn)行了聚苯硫醚纖維的紡制工作，試制出了聚苯硫醚纖維樣品并進(jìn)行了初步的性能研究。1993年四川省紡織工業(yè)研究所研制出單絲纖度6 7dtex、強(qiáng)度2. 8^3. 5cN/dtex的聚苯硫醚纖維，并試織成了聚苯硫醚纖維的織物，但這些工作都沒有繼續(xù)深入形成商業(yè)化的產(chǎn)品和批量生產(chǎn)能力。PPS纖維是我國“十二五”規(guī)劃期間產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)發(fā)展的高新技術(shù)新型材料，我國目前以每年20%左右的需求量不斷增長。在前期PPS樹脂研究基礎(chǔ)上，現(xiàn)已成功研發(fā)出纖維級的PPS樹脂，已有了較好的可紡性，為建設(shè)規(guī)?；疨PS纖維級樹脂生產(chǎn)裝置和工業(yè)化PPS紡絲奠定了基礎(chǔ)。PPS纖維作為一種在工程領(lǐng)域有突出作用的高性能纖維，在世界市場上的需求量與日俱增，而作為高性能的基礎(chǔ)材料，PPS也是國家開發(fā)尖端技術(shù)、軍事器械和各行業(yè)急需的新材料。PPS研發(fā)水平的進(jìn)步，對推進(jìn)我國整體科技水平，帶動國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)騰飛具有極其重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。針對此，國內(nèi)外投入大量的人力物力進(jìn)行PPS纖維的開發(fā)，但以往PPS纖維的開發(fā)只注重工藝開發(fā)，以單純的PPS作為紡絲材料，材料性能上不去，導(dǎo)致紡絲工藝也受到了限制，產(chǎn)品性能無法提高。近些年，出現(xiàn)了一些PPS共混改性制備高性能纖維的工藝方法，這些方法相比以前有了很大的進(jìn)步，但大多數(shù)都是采用簡單的物理共混的方法，方法粗糙簡單，導(dǎo)致工藝復(fù)雜，產(chǎn)品性能提高也不大。以往聚苯硫醚短纖維的紡絲工藝均采用紡絲兩步法短纖維生產(chǎn)工藝，但因其存在能耗大、加工成本高、效率低，且生產(chǎn)出的聚苯硫醚短纖維品質(zhì)均一性差等缺陷，深圳市中晟纖維工程技術(shù)有限公司研發(fā)了聚苯硫醚短纖維一步法成套設(shè)備和生產(chǎn)方法(申請?zhí)?00710124608.5，申請日:2007. 11. 19)。該方法選用線性聚苯硫醚切片，在28(T340°C進(jìn)行熔融紡絲，熔體噴出后經(jīng)過緩冷區(qū)和冷卻區(qū)的固化過程且連續(xù)地經(jīng)過多道牽伸定型并在60(Tl5(K)m/min牽伸卷繞速度下生產(chǎn)聚苯硫醚短纖維，具有生產(chǎn)過程穩(wěn)定、制成率高、易管理、效率高、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量好的特點(diǎn)。雖然聚苯硫醚纖維的紡絲工藝路線有多種，但已經(jīng)工業(yè)化或具有工業(yè)化價值的路線卻很少，本發(fā)明旨在用硅烷偶聯(lián)劑對石墨進(jìn)行化學(xué)活化改性后，利用改性后石墨對聚苯硫醚進(jìn)行共混改性，采用一步法生產(chǎn)聚苯硫醚纖維的基礎(chǔ)上，對個別關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行研究和開發(fā)，以便于生產(chǎn)高品質(zhì)的PPS纖維，達(dá)到了簡化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品性能，降低成本的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低廉、易于工業(yè)化生產(chǎn)的聚苯硫醚纖維紡絲工藝。為解決上述問題，本發(fā)明所述的聚苯硫醚纖維紡絲工藝，包括以下步驟
⑴物料前處理將石墨粉末與硅烷偶聯(lián)劑在高速混合機(jī)中以2000(T25000r/min的速
度進(jìn)行混合，IOlOmin后得到改性后的石墨；所述改性后的石墨與聚苯硫醚(PPS)樹脂在高速混合機(jī)中以1000(T30000r/min的速度進(jìn)行高速混合，l(T20min后得到混合物料；所述 混合物料于真空干燥箱中在干燥溫度為8(T15(TC、真空度為-O. 05^-0. lOMPa、干燥時間為l(Tl4h的條件下進(jìn)行預(yù)結(jié)晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末；
所述硅烷偶聯(lián)劑為所述石墨粉末質(zhì)量分?jǐn)?shù)的O. 59Γ2% ;所述改性后的石墨為所述聚苯硫醚(PPS)樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的O. 59Γ3. 0% ；
⑵熔融紡絲將所述干燥粉末通過O. Γ1. O cm3/r的計量泵送入雙螺桿擠出機(jī)中，在熔融溫度為22(T350°C、噴絲板孔徑為O. 05 0. 08mm、長徑比L/D為2. 0^2. 5、噴絲板孔數(shù)為2400孔的條件下進(jìn)行熔融紡絲，5 10min后得到熔體；
⑶緩冷和冷卻所述熔體經(jīng)噴絲板成絲后在18(T20(TC條件下進(jìn)行熱定型，隨后先經(jīng)過溫度為12(T180°C的緩冷區(qū)，再在冷卻風(fēng)為N2、風(fēng)溫為3(T50°C的冷卻區(qū)進(jìn)行固化成型；⑷牽伸定型將所述固化成型后的纖維經(jīng)上油導(dǎo)絲后進(jìn)入3道牽伸和定型，得到線密度為Ildtex的短纖維；其中3道牽伸和定型的條件是指總牽伸倍數(shù)為4. O倍，牽伸溫度為92 150°C，定型溫度為210°C，定型時間3 5min，牽伸定型速度500 550 m/min。所述步驟⑴中的聚苯硫醚(PPS)樹脂為線性聚苯硫醚樹脂
,其結(jié)構(gòu)單元摩爾含量彡95%，熔融流動指數(shù)MFR為15(T300kg/10min。所述步驟⑴中的硅烷偶聯(lián)劑為市售產(chǎn)品，其一端為RSiX3，另一端為Y，其中R為烷基，X為乙氧基，Y為巰基。所述步驟⑴中的石墨粉末為市售產(chǎn)品，其目數(shù)為800(Γ12000目。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
I、本發(fā)明通過對樹脂前處理，熔融紡絲和PPS初生纖維的牽伸定型工藝等研究，獲得了 PPS纖維，從而實(shí)現(xiàn)該纖維材料具有價廉、提高結(jié)晶度、改善光穩(wěn)定性、耐化學(xué)藥品性和耐高溫的熱穩(wěn)定性、抗惡劣環(huán)境、強(qiáng)抗氧化性和強(qiáng)抗沖擊性能、抗靜電性、阻燃、耐輻射和良好的機(jī)械性能以及優(yōu)良的耐磨潤滑特性。2、本發(fā)明對PPS復(fù)合粉粒進(jìn)行減壓紡絲，即對PPS復(fù)合粉粒不進(jìn)行造粒處理，在完成干燥和熔融之后直接進(jìn)行紡絲，可以減少物料的熱歷程、降低PPS聚合物中的異物，提高了紡絲穩(wěn)定性，從而提升了產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性。3、本發(fā)明通過硅烷偶聯(lián)劑對石墨進(jìn)行改性，可在二者分子界面層相互擴(kuò)散形成互穿網(wǎng)絡(luò)及分子鏈物理纏結(jié)，從而改善了石墨與PPS分散不均，界面粘附弱的問題，增強(qiáng)了界面粘結(jié)強(qiáng)度，改善了復(fù)合材料機(jī)械性能。4、本發(fā)明采用石墨對PPS進(jìn)行復(fù)合共混改性，石墨會導(dǎo)致PPS的結(jié)晶形態(tài)和速度發(fā)生改性，從而改善PPS性脆，抗氧化性弱的缺點(diǎn)，增強(qiáng)了其抗氧化交聯(lián)和抗沖擊性能；由于石墨具有一定的導(dǎo)電性，當(dāng)石墨網(wǎng)絡(luò)密度增大到一定程度，將賦予復(fù)合纖維材料良好的導(dǎo)熱性和抗靜電特性；而石墨質(zhì)硬價廉，可以提高抗磨性能，從而賦予復(fù)合材料優(yōu)異的無油潤滑滑動特性，并大大降低復(fù)合材料的成本，易于工業(yè)化生產(chǎn)。5、采用本發(fā)明方法獲得的PPS纖維的主要技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)如下①斷裂強(qiáng)度3 4c N / dtex ;②斷裂伸長率15 35% ;③抗沖擊性能17MPa ;④極限氧指數(shù)35 耐高溫性能使用溫度20(T22(TC ;⑥耐化學(xué)性能除濃硫酸和濃硝酸外，200°C以下無溶劑可溶；⑦強(qiáng)抗氧化性極好的強(qiáng)抗氧化性，20(T22(TC可長時間使用吸濕率0% ;⑨耐輻射性 吸收劑量(GY) > 10 ;⑩耐磨潤滑特性0. 01-0. 02 ;0)價廉=40000元/噸。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I 聚苯硫醚纖維紡絲工藝，包括以下步驟
⑴物料前處理將石墨粉末與硅烷偶聯(lián)劑在高速混合機(jī)中以20000r/min的速度進(jìn)行混合，IOlOmin后得到改性后的石墨；改性后的石墨與聚苯硫醚(PPS)樹脂在高速混合機(jī)中以10000r/min的速度進(jìn)行高速混合，l(T20min后得到混合物料；混合物料于真空干燥箱中在干燥溫度為80°C、真空度為-O. 05MPa、干燥時間為14h的條件下進(jìn)行預(yù)結(jié)晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末。其中硅烷偶聯(lián)劑為石墨粉末質(zhì)量分?jǐn)?shù)的O. 5% ;改性后的石墨為聚苯硫醚(PPS)樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的O. 5%。聚苯硫醚(PPS)樹脂為線性聚苯硫醚樹脂+0^St，其結(jié)構(gòu)單元摩爾含量彡95%，熔融流動指數(shù)MFR為150kg/10min。娃燒偶聯(lián)劑為市售廣品，其一端為RSiX3,另一端為Y，其中R為燒基，X為乙氧基，Y為巰基。石墨粉末為市售產(chǎn)品,其目數(shù)為8000目。⑵熔融紡絲將干燥粉末通過O. 4 cm3/r的計量泵送入雙螺桿擠出機(jī)中，在熔融溫度為220°C、噴絲板孔徑為O. 05mm、長徑比L/D為2. O、噴絲板孔數(shù)為2400孔的條件下進(jìn)行熔融紡絲，5^10min后得到熔體。⑶緩冷和冷卻熔體經(jīng)噴絲板成絲后在180°C條件下進(jìn)行熱定型，隨后先經(jīng)過溫度為120°C的緩冷區(qū)，再在冷卻風(fēng)為N2、風(fēng)溫為30°C的冷卻區(qū)進(jìn)行固化成型。⑷牽伸定型將固化成型后的纖維經(jīng)上油導(dǎo)絲后進(jìn)入3道牽伸和定型，得到線密度為Ildtex的短纖維；其中3道牽伸和定型的條件是指總牽伸倍數(shù)為4. O倍，牽伸溫度為92°C,定型溫度為210°C,定型時間3 5min,牽伸定型速度500 m/min。實(shí)施例2 聚苯硫醚纖維紡絲工藝，包括以下步驟
⑴物料前處理將石墨粉末與硅烷偶聯(lián)劑在高速混合機(jī)中以25000r/min的速度進(jìn)行混合，IOlOmin后得到改性后的石墨；改性后的石墨與聚苯硫醚(PPS)樹脂在高速混合機(jī)中以30000r/min的速度進(jìn)行高速混合，l(T20min后得到混合物料；混合物料于真空干燥箱中在干燥溫度為150°C、真空度為-O. lOMPa、干燥時間為IOh的條件下進(jìn)行預(yù)結(jié)晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末。其中硅烷偶聯(lián)劑為石墨粉末質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2% ;改性后的石墨為聚苯硫醚(PPS)樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3. 0%。聚苯硫醚(PPS)樹脂為線性聚苯硫醚樹脂其結(jié)構(gòu)單元摩爾含量彡95%，熔融流動指數(shù)MFR為300kg/10min。硅烷偶聯(lián)劑為市售產(chǎn)品，其一端為RSiX3，另一端為Y，其中R為烷基，X為乙氧基，Y為巰基。石墨粉末為市售產(chǎn)品，其目數(shù)為12000目。⑵熔融紡絲將干燥粉末通過I. O cm3/r的計量泵送入雙螺桿擠出機(jī)中，在熔融溫度為350°C、噴絲板孔徑為O. 08mm、長徑比L/D為2. 5、噴絲板孔數(shù)為2400孔的條件下進(jìn)行 熔融紡絲，5^10min后得到熔體。⑶緩冷和冷卻熔體經(jīng)噴絲板成絲后在200°C條件下進(jìn)行熱定型，隨后先經(jīng)過溫度為180°C的緩冷區(qū)，再在冷卻風(fēng)為N2、風(fēng)溫為50°C的冷卻區(qū)進(jìn)行固化成型。⑷牽伸定型將固化成型后的纖維經(jīng)上油導(dǎo)絲后進(jìn)入3道牽伸和定型，得到線密度為Ildtex的短纖維；其中3道牽伸和定型的條件是指總牽伸倍數(shù)為4. O倍，牽伸溫度為150°C,定型溫度為210°C,定型時間3 5min,牽伸定型速度550 m/min。實(shí)施例3 聚苯硫醚纖維紡絲工藝，包括以下步驟
⑴物料前處理將石墨粉末與硅烷偶聯(lián)劑在高速混合機(jī)中以21000r/min的速度進(jìn)行混合，IOlOmin后得到改性后的石墨；改性后的石墨與聚苯硫醚(PPS)樹脂在高速混合機(jī)中以20000r/min的速度進(jìn)行高速混合，l(T20min后得到混合物料；混合物料于真空干燥箱中在干燥溫度為90°C、真空度為-O. 06MPa、干燥時間為Ilh的條件下進(jìn)行預(yù)結(jié)晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末。其中硅烷偶聯(lián)劑為石墨粉末質(zhì)量分?jǐn)?shù)的O. 7% ;改性后的石墨為聚苯硫醚(PPS)樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的O. 7%。聚苯硫醚(PPS)樹脂為線性聚苯硫醚樹脂其結(jié)構(gòu)單元摩爾含量彡95%，熔融流動指數(shù)MFR為200kg/10min。娃燒偶聯(lián)劑為市售廣品，其一端為RSiX3,另一端為Y，其中R為燒基，X為乙氧基，Y為巰基。石墨粉末為市售產(chǎn)品,其目數(shù)為9000目。⑵熔融紡絲將干燥粉末通過O. 5 cm3/r的計量泵送入雙螺桿擠出機(jī)中，在熔融溫度為250°C、噴絲板孔徑為O. 06mm、長徑比L/D為2. I、噴絲板孔數(shù)為2400孔的條件下進(jìn)行熔融紡絲，5^10min后得到熔體。⑶緩冷和冷卻熔體經(jīng)噴絲板成絲后在190°C條件下進(jìn)行熱定型，隨后先經(jīng)過溫度為130°C的緩冷區(qū)，再在冷卻風(fēng)為N2、風(fēng)溫為40°C的冷卻區(qū)進(jìn)行固化成型。⑷牽伸定型將固化成型后的纖維經(jīng)上油導(dǎo)絲后進(jìn)入3道牽伸和定型，得到線密度為Ildtex的短纖維；其中3道牽伸和定型的條件是指總牽伸倍數(shù)為4. O倍，牽伸溫度為100°C,定型溫度為210°C,定型時間3 5min,牽伸定型速度510 m/min。實(shí)施例4 聚苯硫醚纖維紡絲工藝，包括以下步驟
⑴物料前處理將石墨粉末與硅烷偶聯(lián)劑在高速混合機(jī)中以22000r/min的速度進(jìn)行混合，IOlOmin后得到改性后的石墨；改性后的石墨與聚苯硫醚(PPS)樹脂在高速混合機(jī)中以15000r/min的速度進(jìn)行高速混合，l(T20min后得到混合物料；混合物料于真空干燥箱中在干燥溫度為100°C、真空度為-O. 07MPa、干燥時間為12h的條件下進(jìn)行預(yù)結(jié)晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末。其中硅烷偶聯(lián)劑為石墨粉末質(zhì)量分?jǐn)?shù)的O. 8% ;改性后的石墨為聚苯硫醚(PPS)樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.0%。聚苯硫醚(PPS)樹脂為線性聚苯硫醚樹脂
權(quán)利要求
1.聚苯硫醚纖維紡絲工藝，包括以下步驟 ⑴物料前處理將石墨粉末與硅烷偶聯(lián)劑在高速混合機(jī)中以2000(T25000r/min的速度進(jìn)行混合，IOlOmin后得到改性后的石墨；所述改性后的石墨與聚苯硫醚樹脂在高速混合機(jī)中以1000(T30000r/min的速度進(jìn)行高速混合，l(T20min后得到混合物料；所述混合物料于真空干燥箱中在干燥溫度為8(Tl5(TC、真空度為-O. 05 -O. lOMPa、干燥時間為l(Tl4h的條件下進(jìn)行預(yù)結(jié)晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末； 所述硅烷偶聯(lián)劑為所述石墨粉末質(zhì)量分?jǐn)?shù)的O. 59Γ2% ;所述改性后的石墨為所述聚苯硫醚樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的O. 59Γ3. 0% ； ⑵熔融紡絲將所述干燥粉末通過O. Γ1. O cm3/r的計量泵送入雙螺桿擠出機(jī)中，在熔融溫度為22(T350°C、噴絲板孔徑為O. 05 0. 08mm、長徑比L/D為2. 0^2. 5、噴絲板孔數(shù)為2400孔的條件下進(jìn)行熔融紡絲，5 10min后得到熔體；⑶緩冷和冷卻所述熔體經(jīng)噴絲板成絲后在18(T20(TC條件下進(jìn)行熱定型，隨后先經(jīng)過溫度為12(T180°C的緩冷區(qū)，再在冷卻風(fēng)為N2、風(fēng)溫為3(T50°C的冷卻區(qū)進(jìn)行固化成型；⑷牽伸定型將所述固化成型后的纖維經(jīng)上油導(dǎo)絲后進(jìn)入3道牽伸和定型，得到線密度為Ildtex的短纖維；其中3道牽伸和定型的條件是指總牽伸倍數(shù)為4. O倍，牽伸溫度為92 150°C，定型溫度為210°C，定型時間3 5min，牽伸定型速度500 550 m/min。
2.如權(quán)利要求I所述的聚苯硫醚纖維紡絲工藝，其特征在于所述步驟⑴中的聚苯硫醚樹脂為線性聚苯硫醚樹脂,其結(jié)構(gòu)單元摩爾含量彡95%，熔融流動指數(shù)MFR為15(T300kg/10min。
3.如權(quán)利要求I所述的聚苯硫醚纖維紡絲工藝，其特征在于所述步驟⑴中的硅烷偶聯(lián)劑為市售產(chǎn)品，其一端為RSiX3，另一端為Y，其中R為烷基，X為乙氧基，Y為巰基。
4.如權(quán)利要求I所述的聚苯硫醚纖維紡絲工藝，其特征在于所述步驟⑴中的石墨粉末為市售產(chǎn)品，其目數(shù)為8000 12000目。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚苯硫醚纖維紡絲工藝，該工藝包括以下步驟⑴物料前處理將石墨粉末與硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行混合，得到改性后的石墨；改性后的石墨與聚苯硫醚樹脂進(jìn)行高速混合，得到混合物料；混合物料于真空干燥箱中進(jìn)行預(yù)結(jié)晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末；⑵熔融紡絲將干燥粉末送入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融紡絲，得到熔體；⑶緩冷和冷卻熔體經(jīng)噴絲板成絲后進(jìn)行熱定型，隨后先經(jīng)過緩冷區(qū)，再在冷卻區(qū)進(jìn)行固化成型；⑷牽伸定型將固化成型后的纖維經(jīng)上油導(dǎo)絲后進(jìn)入3道牽伸和定型，得到線密度為11dtex的短纖維。本發(fā)明成本低廉、易于工業(yè)化生產(chǎn)，所得纖維材料性能良好。
文檔編號D01D10/02GK102776601SQ20121029202
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者周華, 周文, 宋麗, 宋祥會, 宋立旺, 楊永紅, 胡原 申請人:敦煌西域特種新材股份有限公司