專利名稱：聚苯硫醚纖維紡絲工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及特種化學纖維技術領域，尤其涉及聚苯硫醚纖維紡絲工藝。
背景技術：
國外聚苯硫醚纖維(即PPS纖維)的研究和開發先是美國、日本及西歐一些發達國家，隨后日本東洋紡的Procon、東麗的Torcon和Celanese的Fortron等PPS纖維產品相繼問世。21世紀初，日本東麗公司收購了美國的Phillips公司的PPS纖維事業部，使日本公司成為世界上最大的PPS纖維生產商。國外PPS的生產商雖多，但因生產工藝難度高，相關廠商幾經合并和關閉后，整個PPS纖維的生產技術幾乎掌握在美國的AFY和AmocoF & f、日本東麗和東洋等少數幾家廠商手中。在20世紀80年代末，四川大學、四川省紡織工業研究所、中國紡織大學等單位開 始進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行了初步的性能研究。1993年四川省紡織工業研究所研制出單絲纖度6 7dtex、強度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深入形成商業化的產品和批量生產能力。PPS纖維是我國“十二五”規劃期間產業化重點發展的高新技術新型材料，我國目前以每年20%左右的需求量不斷增長。在前期PPS樹脂研究基礎上，現已成功研發出纖維級的PPS樹脂，已有了較好的可紡性，為建設規模化PPS纖維級樹脂生產裝置和工業化PPS紡絲奠定了基礎。PPS纖維作為一種在工程領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材料，PPS也是國家開發尖端技術、軍事器械和各行業急需的新材料。PPS研發水平的進步，對推進我國整體科技水平，帶動國民經濟的發展，實現我國經濟騰飛具有極其重要的科學意義和現實意義。針對此，國內外投入大量的人力物力進行PPS纖維的開發，但以往PPS纖維的開發只注重工藝開發，以單純的PPS作為紡絲材料，材料性能上不去，導致紡絲工藝也受到了限制，產品性能無法提高。近些年，出現了一些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步，但大多數都是采用簡單的物理共混的方法，方法粗糙簡單，導致工藝復雜，產品性能提高也不大。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工藝，但因其存在能耗大、加工成本高、效率低，且生產出的聚苯硫醚短纖維品質均一性差等缺陷，深圳市中晟纖維工程技術有限公司研發了聚苯硫醚短纖維一步法成套設備和生產方法(申請號200710124608.5，申請日:2007. 11. 19)。該方法選用線性聚苯硫醚切片，在28(T340°C進行熔融紡絲，熔體噴出后經過緩冷區和冷卻區的固化過程且連續地經過多道牽伸定型并在60(Tl5(K)m/min牽伸卷繞速度下生產聚苯硫醚短纖維，具有生產過程穩定、制成率高、易管理、效率高、成本低、產品質量好的特點。雖然聚苯硫醚纖維的紡絲工藝路線有多種，但已經工業化或具有工業化價值的路線卻很少，本發明旨在用硅烷偶聯劑對石墨進行化學活化改性后，利用改性后石墨對聚苯硫醚進行共混改性，采用一步法生產聚苯硫醚纖維的基礎上，對個別關鍵技術點進行研究和開發，以便于生產高品質的PPS纖維，達到了簡化生產工藝，提高產品性能，降低成本的目的。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種成本低廉、易于工業化生產的聚苯硫醚纖維紡絲工藝。為解決上述問題，本發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劑在高速混合機中以2000(T25000r/min的速
度進行混合，IOlOmin后得到改性后的石墨；所述改性后的石墨與聚苯硫醚(PPS)樹脂在高速混合機中以1000(T30000r/min的速度進行高速混合，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的條件下進行預結晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末；
所述硅烷偶聯劑為所述石墨粉末質量分數的O. 59Γ2% ;所述改性后的石墨為所述聚苯硫醚(PPS)樹脂質量分數的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、噴絲板孔數為2400孔的條件下進行熔融紡絲，5 10min后得到熔體；
⑶緩冷和冷卻所述熔體經噴絲板成絲后在18(T20(TC條件下進行熱定型，隨后先經過溫度為12(T180°C的緩冷區，再在冷卻風為N2、風溫為3(T50°C的冷卻區進行固化成型；⑷牽伸定型將所述固化成型后的纖維經上油導絲后進入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
,其結構單元摩爾含量彡95%，熔融流動指數MFR為15(T300kg/10min。所述步驟⑴中的硅烷偶聯劑為市售產品，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品，其目數為800(Γ12000目。本發明與現有技術相比具有以下優點
I、本發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，從而實現該纖維材料具有價廉、提高結晶度、改善光穩定性、耐化學藥品性和耐高溫的熱穩定性、抗惡劣環境、強抗氧化性和強抗沖擊性能、抗靜電性、阻燃、耐輻射和良好的機械性能以及優良的耐磨潤滑特性。2、本發明對PPS復合粉粒進行減壓紡絲，即對PPS復合粉粒不進行造粒處理，在完成干燥和熔融之后直接進行紡絲，可以減少物料的熱歷程、降低PPS聚合物中的異物，提高了紡絲穩定性，從而提升了產品品質的穩定性。3、本發明通過硅烷偶聯劑對石墨進行改性，可在二者分子界面層相互擴散形成互穿網絡及分子鏈物理纏結，從而改善了石墨與PPS分散不均，界面粘附弱的問題，增強了界面粘結強度，改善了復合材料機械性能。4、本發明采用石墨對PPS進行復合共混改性，石墨會導致PPS的結晶形態和速度發生改性，從而改善PPS性脆，抗氧化性弱的缺點，增強了其抗氧化交聯和抗沖擊性能；由于石墨具有一定的導電性，當石墨網絡密度增大到一定程度，將賦予復合纖維材料良好的導熱性和抗靜電特性；而石墨質硬價廉，可以提高抗磨性能，從而賦予復合材料優異的無油潤滑滑動特性，并大大降低復合材料的成本，易于工業化生產。5、采用本發明方法獲得的PPS纖維的主要技術質量指標如下①斷裂強度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35 耐高溫性能使用溫度20(T22(TC ;⑥耐化學性能除濃硫酸和濃硝酸外，200°C以下無溶劑可溶；⑦強抗氧化性極好的強抗氧化性，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。
具體實施例方式實施例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劑在高速混合機中以20000r/min的速度進行混合，IOlOmin后得到改性后的石墨；改性后的石墨與聚苯硫醚(PPS)樹脂在高速混合機中以10000r/min的速度進行高速混合，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的條件下進行預結晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末。其中硅烷偶聯劑為石墨粉末質量分數的O. 5% ;改性后的石墨為聚苯硫醚(PPS)樹脂質量分數的O. 5%。聚苯硫醚(PPS)樹脂為線性聚苯硫醚樹脂+0^St，其結構單元摩爾含量彡95%，熔融流動指數MFR為150kg/10min。娃燒偶聯劑為市售廣品，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。石墨粉末為市售產品,其目數為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、噴絲板孔數為2400孔的條件下進行熔融紡絲，5^10min后得到熔體。⑶緩冷和冷卻熔體經噴絲板成絲后在180°C條件下進行熱定型，隨后先經過溫度為120°C的緩冷區，再在冷卻風為N2、風溫為30°C的冷卻區進行固化成型。⑷牽伸定型將固化成型后的纖維經上油導絲后進入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劑在高速混合機中以25000r/min的速度進行混合，IOlOmin后得到改性后的石墨；改性后的石墨與聚苯硫醚(PPS)樹脂在高速混合機中以30000r/min的速度進行高速混合，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的條件下進行預結晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末。其中硅烷偶聯劑為石墨粉末質量分數的2% ;改性后的石墨為聚苯硫醚(PPS)樹脂質量分數的3. 0%。聚苯硫醚(PPS)樹脂為線性聚苯硫醚樹脂其結構單元摩爾含量彡95%，熔融流動指數MFR為300kg/10min。硅烷偶聯劑為市售產品，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。石墨粉末為市售產品，其目數為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、噴絲板孔數為2400孔的條件下進行 熔融紡絲，5^10min后得到熔體。⑶緩冷和冷卻熔體經噴絲板成絲后在200°C條件下進行熱定型，隨后先經過溫度為180°C的緩冷區，再在冷卻風為N2、風溫為50°C的冷卻區進行固化成型。⑷牽伸定型將固化成型后的纖維經上油導絲后進入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劑在高速混合機中以21000r/min的速度進行混合，IOlOmin后得到改性后的石墨；改性后的石墨與聚苯硫醚(PPS)樹脂在高速混合機中以20000r/min的速度進行高速混合，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的條件下進行預結晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末。其中硅烷偶聯劑為石墨粉末質量分數的O. 7% ;改性后的石墨為聚苯硫醚(PPS)樹脂質量分數的O. 7%。聚苯硫醚(PPS)樹脂為線性聚苯硫醚樹脂其結構單元摩爾含量彡95%，熔融流動指數MFR為200kg/10min。娃燒偶聯劑為市售廣品，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。石墨粉末為市售產品,其目數為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、噴絲板孔數為2400孔的條件下進行熔融紡絲，5^10min后得到熔體。⑶緩冷和冷卻熔體經噴絲板成絲后在190°C條件下進行熱定型，隨后先經過溫度為130°C的緩冷區，再在冷卻風為N2、風溫為40°C的冷卻區進行固化成型。⑷牽伸定型將固化成型后的纖維經上油導絲后進入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劑在高速混合機中以22000r/min的速度進行混合，IOlOmin后得到改性后的石墨；改性后的石墨與聚苯硫醚(PPS)樹脂在高速混合機中以15000r/min的速度進行高速混合，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的條件下進行預結晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末。其中硅烷偶聯劑為石墨粉末質量分數的O. 8% ;改性后的石墨為聚苯硫醚(PPS)樹脂質量分數的1.0%。聚苯硫醚(PPS)樹脂為線性聚苯硫醚樹脂
權利要求
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劑在高速混合機中以2000(T25000r/min的速度進行混合，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中以1000(T30000r/min的速度進行高速混合，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的條件下進行預結晶干燥，制得含水小于50ppm的干燥粉末； 所述硅烷偶聯劑為所述石墨粉末質量分數的O. 59Γ2% ;所述改性后的石墨為所述聚苯硫醚樹脂質量分數的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、噴絲板孔數為2400孔的條件下進行熔融紡絲，5 10min后得到熔體；⑶緩冷和冷卻所述熔體經噴絲板成絲后在18(T20(TC條件下進行熱定型，隨后先經過溫度為12(T180°C的緩冷區，再在冷卻風為N2、風溫為3(T50°C的冷卻區進行固化成型；⑷牽伸定型將所述固化成型后的纖維經上油導絲后進入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,其結構單元摩爾含量彡95%，熔融流動指數MFR為15(T300kg/10min。
3.如權利要求I所述的聚苯硫醚纖維紡絲工藝，其特征在于所述步驟⑴中的硅烷偶聯劑為市售產品，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品，其目數為8000 12000目。
全文摘要
本發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劑進行混合，得到改性后的石墨；改性后的石墨與聚苯硫醚樹脂進行高速混合，得到混合物料；混合物料于真空干燥箱中進行預結晶干燥，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中進行熔融紡絲，得到熔體；⑶緩冷和冷卻熔體經噴絲板成絲后進行熱定型，隨后先經過緩冷區，再在冷卻區進行固化成型；⑷牽伸定型將固化成型后的纖維經上油導絲后進入3道牽伸和定型，得到線密度為11dtex的短纖維。本發明成本低廉、易于工業化生產，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 優先權日2012年8月16日
發明者周華, 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