一种聚苯硫醚长丝制备的辅助装置及制备方法
阅读说明：本技术 一种聚苯硫醚长丝制备的辅助装置及制备方法 (Auxiliary device for preparing polyphenylene sulfide filament and preparation method ) 是由 史贤宁 吴鹏飞 崔华帅 崔宁 李�杰 黄庆 杨雨强 张志全 王彦宁 付会娟 于 2021-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明是一种聚苯硫醚长丝制备的辅助装置及制备方法,聚苯硫醚长丝制备方法为纺牵一步法,包括：聚苯硫醚树脂熔融挤出—纺丝成型—上油—过溶剂—牵伸—卷绕。聚苯硫醚长丝制备的辅助装置由溶剂喷淋/喷雾装置、丝束干燥除水装置和抽吸装置三部分组成；溶剂喷淋/喷雾装置由喷淋/喷雾器、喷淋/喷雾腔室、溶剂流出管组成；丝束干燥除水装置由干热空气输入管道、干热空气腔室、湿热空气抽吸管道组成；抽吸装置由气雾抽吸器和气雾抽吸管道组成。采用本发明制备的高强高模聚苯硫醚纤维制备的过滤毡、编织网材料,强度比常规材料可提高10-30％,在高温过滤领域应用可是过滤袋产品使用寿命提高5-20％。(The invention relates to an auxiliary device and a preparation method for polyphenylene sulfide filament preparation, wherein the preparation method for the polyphenylene sulfide filament is a spinning and drawing one-step method and comprises the following steps: polyphenylene sulfide resin melt extrusion, spinning forming, oiling, solvent passing, drafting and winding. The auxiliary device for preparing the polyphenylene sulfide filament consists of a solvent spraying/atomizing device, a tow drying and dewatering device and a suction device; the solvent spraying/atomizing device consists of a spraying/atomizing device, a spraying/atomizing chamber and a solvent outflow pipe; the tow drying and dewatering device consists of a dry hot air input pipeline, a dry hot air chamber and a wet hot air suction pipeline; the suction device consists of an aerosol aspirator and an aerosol suction pipeline. The strength of the filter felt and the woven mesh material prepared by the high-strength high-modulus polyphenylene sulfide fibers prepared by the method can be improved by 10-30% compared with that of the conventional material, and the service life of a filter bag product can be prolonged by 5-20% when the filter felt and the woven mesh material are applied to the field of high-temperature filtration.)
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种聚苯硫醚长丝制备的辅助装置及制备方法。
背景技术
聚苯硫醚(PPS)纤维是高技术、高性能纤维的一个重要品种，由高分子量聚苯硫醚纺制而成，具有优异的耐化学腐蚀性(200℃下无溶剂可溶)、150～200℃长期使用的热稳定性、良好的机械性能和优良的电绝缘性能。PPS纤维耐化学腐蚀性仅次于聚四氟乙烯，极限氧指数为33以上，属于性能优异的不燃材料；该纤维具有出色的耐疲劳性和抗蠕变性能，尺寸稳定性好，在高温下和吸湿后尺寸几乎不变。
聚苯硫醚短纤维产品已经成为燃煤电厂烟道气袋式除尘的首选滤材。PPS纤维的诸多优异性能使其用途不断被开发，用该纤维制成针刺毡用于造纸工业的烘干机上，是较为理想的耐热和耐腐蚀材料；其针刺非织造布或机织物可用于制作电子工业的特种用纸，作为耐热的腐蚀性试剂的过滤材料；其单丝或复丝织物还可用作除雾材料。另外，电子产业中的包覆材料、介电材料，宇航工业中的耐热阻燃材料也在逐渐采用PPS纤维产品，全世界PPS纤维的需求量因此逐年增加。
然而目前的PPS纤维在强度和模量上仍较低，在过滤领域应用中其寿命较短，使用成本较高。通过提高纤维的强度和模量，可以大大提高其制品的强度和耐磨性，增加使用寿命，降低应用成本。同时，相对较低的强度和模量也无法满足特殊领域如：军事、航空等对于强度、模量性能要求高的领域的应用，限制了聚苯硫醚纤维的应用推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度、高模量的聚苯硫醚纤维长丝制备的辅助装备及制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种聚苯硫醚长丝的制备方法，在聚苯硫醚初生纤维进行牵伸时引入溶剂体系，促进聚苯硫醚纤维的取向和结晶；所述的聚苯硫醚长丝制备方法为纺牵一步法，包括：聚苯硫醚树脂熔融挤出—纺丝成型—上油—过溶剂—牵伸—卷绕。
所述的制备方法中，引入溶剂体系是在常规纺丝流程中增加辅助装置实现的。
所述的制备方法中，丝束通过此辅助装置在丝束中引入溶剂体系，为四氯化碳水溶液；四氯化碳溶液的浓度为10％-100％。
本分明的一种聚苯硫醚长丝的的辅助装置，该装置由溶剂喷淋/喷雾装置、丝束干燥除水装置和抽吸装置三部分组成；所述溶剂喷淋/喷雾装置由喷淋/喷雾器、喷淋/喷雾腔室、溶剂流出管组成；所述丝束干燥除水装置由干热空气输入管道、干热空气腔室、湿热空气抽吸管道组成；所述抽吸装置由气雾抽吸器和气雾抽吸管道组成。
所述的辅助装置，干热空气腔室中的气压高于喷淋/喷雾腔室的气压和室外常压10-50Pa，优选在20Pa；干热空气输入管道中气流流量小于等于湿热空气抽吸管道气流流量和前后两个气雾抽吸装置的气流流量之和。
所述的辅助装置，引入溶剂体系的过程是在纺丝过程中，丝束通过辅助装置时，在辅助装置的溶剂喷淋/喷雾室中通过溶剂淋液或气雾时，溶剂附着到丝束上；含有溶剂的丝束经过溶剂喷淋/喷雾室后进入干燥除水装置，在干热空气气流的作用下将丝束中含有的表面溶剂去除。
所述的的辅助装置，干热空气的温度为30-70℃，优选干热空气温度为40-60℃。
所述的辅助装置，溶剂的引入后除去表面溶剂过程后，溶剂在丝束中的添加量为丝束重量百分比的0.1-1％，优选重量百分比的0.3-0.8％。
本发明溶剂的丝束经牵伸定型后得到本发明的高强度、高模量聚苯硫醚纤维；所述牵伸过程中的牵伸辊置于带抽吸的相对密闭装置中，四氯化碳在牵伸时完全挥发并被抽吸装置带走进行回收利用，不会造成环境污染。
本发明制备的聚苯硫醚长丝断裂强度4.9-6.5cN/dtex，初始模量145-490cN/dtex。
具体说明如下：
本发明的聚苯硫醚长丝制备的辅助装置安装位置如图2所示，在聚苯硫醚纤维制备流程中的16导丝盘和18牵伸系统之间，该辅助装置结构如图1所示，装置整体封装在一个长方体盒子中，仅留一个贯通的孔供丝束进出；该装置由溶剂喷淋/喷雾装置、丝束干燥除水装置和抽吸装置三部分组成；所述溶剂喷淋/喷雾装置由位于顶部的喷淋/喷雾器2和中间的喷淋/喷雾腔室1及底部溶剂流出管3组成；所述丝束干燥除水装置由位于底部的干热空气输入管道5和中间的干热空气腔室4及位于顶部的湿热空气抽吸管道6组成；所述抽吸装置由气雾抽吸器7和气雾抽吸管道8组成，抽吸装置安装在整体封装的长方形辅助装置两端丝束进出口部位，气雾抽吸器7完全覆盖进出口部位；而溶剂喷淋/喷雾装置和丝束干燥装置按丝束进出顺序并列置于长方体封闭盒子中，丝束经进口依次经过抽吸装置、溶剂喷淋/喷雾装置、干燥除水装置和抽吸装置，整体结构剖视图见图1。
本发明所涉及的聚苯硫醚纤维制备的辅助装置主要作用是在聚苯硫醚纤维牵伸之前在初生纤维内部引入四氯化碳溶剂，使得聚苯硫醚纤维牵伸过程中，牵伸温度与溶剂诱导结晶相共同作用下，促进聚苯硫醚纤维内部大分子链段的结晶和取向，提升纤维性能，进而得到高强度、高模量的聚苯硫醚纤维长丝。所述溶剂诱导结晶的主要机理是：溶剂通过扩散进入高聚物分子链段中，破坏了高聚物链段间的力，提高聚合物链段的活动性，使得聚合物大分子进行重排，获得热力学上能量更低的形态——结晶取向等。该过程主要依靠本发明所述的辅助装置实现。
利用本发明的聚苯硫醚纤维制备的辅助装置，本发明所述的高强、高模聚苯硫醚纤维的制备流程如图2所示，聚苯硫醚树脂通过通过原料入口10进入螺杆挤出机11熔融挤出后，经过计量泵12定量输出进入纺丝箱体13，在纺丝箱体13中通过喷丝板挤出形成聚苯硫醚长丝9丝束，在侧吹风14的作用下冷却固化后的丝束通过油剂嘴15上油、导丝盘16转向后进入聚苯硫醚长丝制备的辅助装置17，丝束在聚苯硫醚长丝制备的辅助装置17中通过四氯化碳溶液的，使得四氯化碳进入纤维中，之后丝束进入牵伸系统18，在温度、拉力和溶剂诱导结晶的共同作用下完成大分子链段的结晶和取向，形成高强、高模聚苯硫醚纤维，之后丝束通过导盘19进入卷绕机20，形成聚苯硫醚纤维成品。
上述流程中，在螺杆挤出机中的温度为315～325℃；牵伸倍数为3.5-5.1倍；卷绕机卷绕速度为2200-4500m/min。
在上述流程中，辅助装置在使用时，干热空气腔室中的气压高于喷淋/喷雾腔室的气压和室外常压10-50Pa，优选在20Pa。干热空气输入管道中气流流量小于等于湿热空气抽吸管道气流流量和前后两个气雾抽吸装置的气流流量之和。
在如图1所示的辅助装置中，四氯化碳溶剂通过溶剂喷淋/喷雾器2以液体流或汽雾的形式充满溶剂喷淋/喷雾腔室1，丝束经过溶剂喷淋/喷雾腔室时，四氯化碳溶剂进入丝束中，渗透入聚苯硫醚纤维内部。之后，含有溶剂的丝束进入干热空气腔室4，在来干热空气输入管道5的干热空气气流的作用下将丝束中含有的表面溶剂去除。含有溶剂的湿热空气及溶剂汽雾被湿热空气抽吸管道6和气雾抽吸器7抽走，与溶剂喷淋/喷雾腔室1中的溶液经溶剂流出管3流出后一同进入四氯化碳溶剂回收装置中循环利用。
所述的干热空气输入管道5的输入的干热空气的温度为30-70℃，优选干热空气温度为40-60℃。所述干热空气腔室的内部温度为30-60℃，用于促进丝束表面溶剂的挥发。
从图2中聚苯硫醚长丝制备的辅助装置17中出来的丝束，其中溶剂的含量为丝束重量百分比的0.1-1％，优选重量百分比的0.3-0.8％。
本发明利用溶剂诱导取向原理，在聚苯硫醚纤维制备流程中引入辅助装置，实现在聚苯硫醚长丝纤维制备中引入诱导取向的溶剂，从而使聚苯硫醚大分子链段更容易取向和结晶，进而提高纤维的断裂强度、模量，获得高性能的聚苯硫醚纤维长丝。制备的高强高模PPS纤维，由于具有高结晶度，纤维的热稳定性好，采用本发明制备的高强高模聚苯硫醚纤维制备的过滤毡、编织网材料，强度比常规材料可提高10-30％，在高温过滤领域应用可使过滤袋产品使用寿命提高5-20％，延长更换周期，减少使用成本。其制备的过滤毡、过滤袋等产品具有较好的耐温、耐冲击性，可有效提升产品使用寿命，减少造纸、燃煤电厂等使用产品时的更换频次，节约生产成本。同时高强、高模的聚苯硫醚纤维产品在航空、电子、化工等领域也将具有较好的应用前景。该方法工艺路线简单易行，对现有生产系统的改动小，具有较好的市场价值。
附图说明
：图1：辅助设备示意图
图2：聚苯硫醚长丝制备流程图其中：1-溶剂喷淋/喷雾腔室；2-溶剂喷淋/喷雾器；3-溶剂流出管；4-干热空气腔室；5-干热空气输入管道；6-湿热空气抽吸管道；7-气雾抽吸器；8-管道；9-聚苯硫醚长丝丝束；10-原料入口；11-螺杆挤出机；12-计量泵；13-纺丝箱体；14-侧吹风；15-油剂嘴；16-转向导盘；17-聚苯硫醚长丝制备的辅助装置；18-牵伸装置；19-导盘；20-卷绕机
具体实施方式
：
下面的实施例将对本发明作更具体的解释，但本发明并不仅仅局限于这些实施例，同样这些实施例也不以任何方式限制本发明。
利用本发明的聚苯硫醚纤维制备的辅助装置，本发明所述的高强、高模聚苯硫醚纤维的制备流程如图2所示，聚苯硫醚树脂通过通过原料入口10进入螺杆挤出机11熔融挤出后，经过计量泵12定量输出进入纺丝箱体13，在纺丝箱体13中通过喷丝板挤出形成聚苯硫醚长丝9丝束，在侧吹风14的作用下冷却固化后的丝束通过油剂嘴15上油、导丝盘16转向后进入聚苯硫醚长丝制备的辅助装置17，丝束在聚苯硫醚长丝制备的辅助装置17中通过四氯化碳溶液的，使得四氯化碳进入纤维中，之后丝束进入牵伸系统18，在温度、拉力和溶剂诱导结晶的共同作用下完成大分子链段的结晶和取向，形成高强、高模聚苯硫醚纤维，之后丝束通过导盘19进入卷绕机20，形成聚苯硫醚纤维成品。在上述流程中，辅助装置在使用时，干热空气腔室中的气压高于喷淋/喷雾腔室的气压和室外常压10-50Pa，优选在20Pa。干热空气输入管道中气流流量小于等于湿热空气抽吸管道气流流量和前后两个气雾抽吸装置的气流流量之和。
所述的干热空气输入管道5的输入的干热空气的温度为30-70℃，优选干热空气温度为40-60℃。所述干热空气腔室的内部温度为30-60℃，用于促进丝束表面溶剂的挥发。从图2中聚苯硫醚长丝制备的辅助装置17中出来的丝束，其中溶剂的含量为丝束重量百分比的0.1-1％，优选重量百分比的0.3-0.8％。
实施例1聚苯硫醚树脂经干燥后，通过原料入口10进入螺杆挤出机11，在315℃下熔融挤出后，经过计量泵12的计量后定量进入纺丝箱体13，在纺丝箱体13中通过喷丝板挤出形成聚苯硫醚长丝丝束9，在侧吹风14的吹风作用下冷却固化形成的丝束通过油剂嘴15上油及导丝盘16后进入聚苯硫醚长丝制备的辅助装置17，在辅助装置中浓度为10％的四氯化碳水溶液汽雾中通过后，丝束约含有0.4％的四氯化碳，然后丝束进入辅助装置的干燥除水装置，由干热空气输入管送入温度为30℃的干热空气，在相对压力为10Pa、温度为30℃的干热空气腔室中对丝束表面的溶剂进行干燥，蒸发后的溶剂一部分呗位于辅助装置顶部的湿热空气抽吸管道抽离，剩余部分随丝束经过气雾抽吸装置时被抽吸走，完成丝束表面溶剂的去除，此时丝束中含溶剂量约0.1％；然后丝束进入牵伸系统18，经牵伸3.5倍后经过导盘19，进入卷绕机20，在卷绕速度为2200m/min下进行卷绕得到聚苯硫醚长丝。经过此过程，纤维的断裂强度达到4.9cN/dtex，初始模量145cN/dtex。
实施例2聚苯硫醚树脂经干燥后，通过原料入口10进入螺杆挤出机11，在315℃下熔融挤出后，经过计量泵12的计量后定量进入纺丝箱体13，在纺丝箱体13中通过喷丝板挤出形成聚苯硫醚长丝丝束9，在侧吹风14的吹风作用下冷却固化形成的丝束通过油剂嘴15上油及导丝盘16后进入聚苯硫醚长丝制备的辅助装置17，在辅助装置中浓度为30％的四氯化碳水溶液汽雾中通过后，丝束约含有0.6％的四氯化碳，然后丝束进入辅助装置的干燥除水装置，由干热空气输入管送入温度为40℃的干热空气，在相对压力为20Pa、温度为30℃的干热空气腔室中对丝束表面的溶剂进行干燥，蒸发后的溶剂一部分呗位于辅助装置顶部的湿热空气抽吸管道抽离，剩余部分随丝束经过气雾抽吸装置时被抽吸走，完成丝束表面溶剂的去除，此时丝束中含溶剂量约0.3％；然后丝束进入牵伸系统18，经牵伸3.5倍后经过导盘19，进入卷绕机20，在卷绕速度为2200m/min下进行卷绕得到聚苯硫醚长丝。经过此过程，纤维的断裂强度达到5.1cN/dtex，初始模量175cN/dtex。
实施例3聚苯硫醚树脂经干燥后，通过原料入口10进入螺杆挤出机11，在321℃下熔融挤出后，经过计量泵12的计量后定量进入纺丝箱体13，在纺丝箱体13中通过喷丝板挤出形成聚苯硫醚长丝丝束9，在侧吹风14的吹风作用下冷却固化形成的丝束通过油剂嘴15上油及导丝盘16后进入聚苯硫醚长丝制备的辅助装置17，在辅助装置中浓度为40％的四氯化碳水溶液喷淋中通过后，丝束约含有1.0％的四氯化碳，然后丝束进入辅助装置的干燥除水装置，有敢惹空气输入管送入温度为70℃的干热空气，在相对压力为50Pa、温度为60℃的干热空气腔室中对丝束表面的溶剂进行干燥，蒸发后的溶剂一部分呗位于辅助装置顶部的湿热空气抽吸管道抽离，剩余部分随丝束经过气雾抽吸装置时被抽吸走，完成丝束表面溶剂的去除，此时丝束中含溶剂量约0.5％；然后丝束进入牵伸系统18，经牵伸5.1倍后经过导盘19，进入卷绕机20，在卷绕速度为4500m/min下进行卷绕得到聚苯硫醚长丝。经过此过程，纤维的断裂强度达到5.5cN/dtex，初始模量380cN/dtex。
实施例4聚苯硫醚树脂经干燥后，通过原料入口10进入螺杆挤出机11，在321℃下熔融挤出后，经过计量泵12的计量后定量进入纺丝箱体13，在纺丝箱体13中通过喷丝板挤出形成聚苯硫醚长丝丝束9，在侧吹风14的吹风作用下冷却固化形成的丝束通过油剂嘴15上油及导丝盘16后进入聚苯硫醚长丝制备的辅助装置17，在辅助装置中浓度为60％的四氯化碳水溶液喷淋中通过后，丝束约含有0.9％的四氯化碳，然后丝束进入辅助装置的干燥除水装置，有敢惹空气输入管送入温度为50℃的干热空气，在相对压力为20Pa、温度为50℃的干热空气腔室中对丝束表面的溶剂进行干燥，蒸发后的溶剂一部分呗位于辅助装置顶部的湿热空气抽吸管道抽离，剩余部分随丝束经过气雾抽吸装置时被抽吸走，完成丝束表面溶剂的去除，此时丝束中含溶剂量约0.6％；然后丝束进入牵伸系统18，经牵伸5.1倍后经过导盘19，进入卷绕机20，在卷绕速度为4500m/min下进行卷绕得到聚苯硫醚长丝。经过此过程，纤维的断裂强度达到6.5cN/dtex，初始模量490cN/dtex。
实施例5聚苯硫醚树脂经干燥后，通过原料入口10进入螺杆挤出机11，在325℃下熔融挤出后，经过计量泵12的计量后定量进入纺丝箱体13，在纺丝箱体13中通过喷丝板挤出形成聚苯硫醚长丝丝束9，在侧吹风14的吹风作用下冷却固化形成的丝束通过油剂嘴15上油及导丝盘16后进入聚苯硫醚长丝制备的辅助装置17，在辅助装置中浓度为100％的四氯化碳水溶液喷雾中通过后，丝束约含有1.2％的四氯化碳，然后丝束进入辅助装置的干燥除水装置，有敢惹空气输入管送入温度为60℃的干热空气，在相对压力为20Pa、温度为52℃的干热空气腔室中对丝束表面的溶剂进行干燥，蒸发后的溶剂一部分呗位于辅助装置顶部的湿热空气抽吸管道抽离，剩余部分随丝束经过气雾抽吸装置时被抽吸走，完成丝束表面溶剂的去除，此时丝束中含溶剂量约0.8％；然后丝束进入牵伸系统18，经牵伸4.5倍后经过导盘19，进入卷绕机20，在卷绕速度为3600m/min下进行卷绕得到聚苯硫醚长丝。经过此过程，纤维的断裂强度达到5.9cN/dtex，初始模量467cN/dtex。
采用本发明制备的高强高模聚苯硫醚纤维制备的过滤毡、编织网材料，强度比常规材料可提高10-30％，在高温过滤领域应用可是过滤袋产品使用寿命提高5-20％，延长更换周期，减少使用成本。
本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种阻燃涤纶丝及其制备方法