一種海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長絲的研制

關(guān)　樂

(蘇州龍杰特種纖維股份有限公司，江蘇 蘇州 215600)

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一種海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長絲的研制

關(guān)樂

(蘇州龍杰特種纖維股份有限公司，江蘇 蘇州 215600)

摘要：以阻燃抗熔滴聚酯切片(PBPET)和聚苯硫醚(PPS)為原料，經(jīng)熔融紡絲生產(chǎn)出海島型新型阻燃抗熔滴長絲，重點討論了PBPET與PPS的配比，工藝條件等因素。結(jié)果表明，PPS的加入量(質(zhì)量分數(shù))為12%為宜，干燥溫度為(135±5℃)；時間為6h，在熔體的輸送過程中增設(shè)一熔體混合裝置，并利用控制時間來調(diào)節(jié)熔體的粘數(shù)降效果明顯。

關(guān)鍵詞：PBPET切片，PPS切片，抗熔滴長絲

隨著高聚物的迅猛發(fā)展，高聚物的應用已滲透到工農(nóng)業(yè)及各個領(lǐng)域，但大多數(shù)高聚物都是易燃的，在火災死亡事故中，有80%左右是由于高聚物裂解時產(chǎn)生的有毒氣體和煙霧窒息造成的。

聚酯纖維是合成纖維中發(fā)展最為迅速一大類纖維，隨著制造技術(shù)的不斷改進，一大批性能優(yōu)異的差別化出現(xiàn)在市場上。一種海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長絲就是其中的一員，該纖維是在制備高聚物的過程中將阻燃單體引入到 PET 大分子主鏈當中，合成出一種具有互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的阻燃聚酯，使阻燃微粒與PET大分子牢固地結(jié)合在一起，這種新型阻燃共聚酯 PBPET具有較好的阻燃作用。將這種新型阻燃聚酯作為海島型纖維中的島成分，COPET作為海成分，在紡絲時加入一定比例的PPS，經(jīng)過實驗PPS具有較好的抗熔滴性能。這樣制備出的長絲具有蓬松、柔和的手感和阻燃抗熔滴功能。

1試驗

1.1原料

PBPET切片：特性粘數(shù) 0.685±0.02dL/g.熔點261℃，上海金山石化。

COPET切片：特性粘數(shù) 0.566±0.02dL/g.熔點228℃，吳江新生化纖。

PPS：白色粉末。密度1.34，熔點286℃，進口。

油劑：濃度12%，日本竹本F-1194.

1.2工藝流程

工藝流程如圖1所示：

圖1　PBPET阻燃抗熔滴纖維工藝流程

1.3主要設(shè)備

主要生產(chǎn)設(shè)備如表1，主要試驗設(shè)備如表2。

表1　主要生產(chǎn)設(shè)備

表2　主要試驗設(shè)備

1.4分析測試

1.4.1纖維條干測定

采用由陜西長嶺紡織機電科技有限公司生產(chǎn)的條干均勻度測試分析儀，型號為CT800C型測定儀在400m/min條件下測定纖維的條干不勻率。

1.4.2斷裂強度和斷裂伸長率的測定

斷裂強度和斷裂伸長率采用由溫州際高檢測儀器公司生產(chǎn)的全自動電子強力儀YG021HL型，夾持長度為20mm,拉伸速度為20mm/min,在等速拉伸下直至纖維斷裂，得到試樣的斷裂強力、斷裂強度和斷裂伸長率。

阻燃和抗熔滴性采用由江寧縣分析儀器廠生產(chǎn)的垂直燃燒測定儀CZF—3型，將一定尺寸(剪成80mm×30mm)的試樣，在規(guī)定的燃燒箱內(nèi)，上端夾住，用規(guī)定的火源點燃12s，除去火源后測定試樣的續(xù)燃時間、陰燃時間、損毀長度并觀察其熔滴情況。

1.5主要工藝參數(shù)

生產(chǎn)的主要工藝參數(shù)如表3所示。

表3　工藝參數(shù)

1.6產(chǎn)品質(zhì)量

海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長絲產(chǎn)品(86dtex/36f×37i)的質(zhì)量如表4。

表4　產(chǎn)品質(zhì)量

※注：PBPET∶PPS為88∶12

纖維強度曲線、條干不勻曲線和CV-L曲線分別見圖1、圖2和圖3。

圖1　強力伸長測試曲線圖

圖2　條干不勻曲線圖

圖3　條干測試CV-L曲線

2結(jié)果與討論

2.1PPS含量對纖維可紡性和抗熔滴的影響

PPS是一種熱塑性樹脂，也是一種新型特種纖維，它既可以純紡，也可以與其他高分子樹脂混紡，其純紡制得的纖維具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和阻燃性，氧指數(shù)值34～35.用PPS加入到其他切片中可明顯提高其成品的阻燃性和抗熔滴性能。

持這種理論的人，主要認為應區(qū)別對待“專門用于執(zhí)行專利方法的產(chǎn)品”、“專門用于制造專利商品的零部件或設(shè)備”和“專利產(chǎn)品”、“依據(jù)專利方法直接獲得的產(chǎn)品”。這些論者一般都認可權(quán)利用盡規(guī)則適用于后兩者，而對于前兩者，最多適用默示許可規(guī)則。

表5　PPS的加入對纖維可紡性和抗熔滴的影響

由表5可見在低質(zhì)量分數(shù)時切片的可紡性均比較好，但抗熔滴性能差。隨著PPS的加入，纖維的抗熔滴性明顯增加，然而在達到20%時雖然抗熔滴性依然良好，但可紡性有所下降，其主要原因是隨著PPS的用量增加，熔融溫度不易控制，這是由于PPS與PBPET 的相容性差所造成的。然后我們重點考察了質(zhì)量分數(shù)為12%、16%，20%幾種配方，經(jīng)過反復試驗、比較綜合分析，結(jié)果將PPS的加入量控制在12%為宜。

2.2預結(jié)晶溫度的選擇

預結(jié)晶的目的是提高切片的軟化點和結(jié)晶度，使切片在高溫下不易粘連，在PBPET中由于聚合時加入無機微粒在高溫下起到誘導結(jié)晶，因為無機微粒起到成核的作用，有利于結(jié)晶，因此PBPET的結(jié)晶溫度相應可低些，控制在120℃即可。

2.3干燥

干燥的目的是降低切片中的含水，提高切片的軟化點和結(jié)晶度。切片中的水分分為兩部分：一部分是吸附在切片表面的水分，另一部分為切片內(nèi)部的結(jié)合水，在干燥過程中，首先除去的是表面吸附的水分，隨著溫度升高和時間的推移，內(nèi)部的結(jié)合水將被除去，COPET是一種易水解聚酯，它的軟化點較低，結(jié)晶速率也較慢，因此預結(jié)晶和干燥溫度都較低，且前期的升溫也有所減慢。

對于PBPET來說，由于在合成時加入一定比例的無機微粒，該微粒以互穿網(wǎng)絡的形式結(jié)合到大分子中，在預結(jié)晶過程中微粒起到了成核劑的作用，加快了切片的結(jié)晶，因此在制定干燥工藝時應加以考慮。表6和表7是干燥溫度和時間對紡絲工藝的影響。

表6　干燥溫度對切片特性粘數(shù)、含水和紡絲的影響

注:干燥時間6h

表7　干燥時間對紡絲的影響

注:干燥溫度135℃

從表6可見，隨著干燥溫度的增加切片的含水也不斷下降，在150℃時可達到18μg/g，然而在150℃下的可紡性變差，從表中可見熔體特性粘數(shù)由140℃的0.995下降到150℃的0.940，其粘數(shù)降為0.055，遠超過紡絲工藝的要求。同樣由表7可見，在一定的干燥溫度下，隨著干燥時間的延長切片的含水下降，但隨著時間的延長切片的可紡性有所下降，其主要原因是在高溫下，隨著時間的延長切片的降解(水解、醇解、酸解、熱裂解等副反應增多)增加。經(jīng)過反復試驗，綜合各種影響選擇干燥溫度在135±5℃，時間控制在6h，這樣既能保證切片的可紡性又能節(jié)省能源。

2.4紡絲工藝的確定

在一種海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長絲的制備中，對COPET的影響已有諸多的報道，但對PBPET與PPS的紡絲未見報道，紡絲條件對工藝的影響如表8和表9所示。

表8　熔體停留時間對纖維優(yōu)等品率的影響

表9　熔體停留溫度對纖維優(yōu)等品率的影響

由表8、表9可見熔體的停留時間和溫度對海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長絲的成品質(zhì)量影響較大，而溫度對纖維的優(yōu)等品率的影響更加明顯(295℃的優(yōu)等品率只有86%)，這是由于在高溫下，更有利于聚合物的降解，所以利用以往的經(jīng)驗，用提高溫度的辦法來改變?nèi)垠w的特性粘數(shù)以達到控制纖維的質(zhì)量是不適宜的。而在一定的溫度下用停留時間來調(diào)節(jié)熔體粘數(shù)更加適宜，因而我們在熔體的管道輸送中增設(shè)一熔體特性粘數(shù)的調(diào)節(jié)裝置，用停留時間來調(diào)節(jié)熔體的粘數(shù)，使熔體的粘數(shù)降控制在0.02dL/g以下，在實際生產(chǎn)中效果明顯。

2.5冷卻成形

對于纖維來說，伸長的均一性對染色的均勻極為重要，根據(jù)以往的生產(chǎn)經(jīng)驗和后道用戶的要求，對海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長絲的伸長不勻率需控制在5%以下。伸長的不勻率除與熔體的特性粘數(shù)、紡絲溫度有直接關(guān)系外，控制冷卻成形極為重要，而冷卻成形的好壞與冷卻吹風的溫度和風速直接有關(guān)。為此筆者所在的公司在側(cè)吹風裝置上增設(shè)了吹風整流裝置，以達到風壓和風速的穩(wěn)定和均勻，以控制產(chǎn)品的伸長和均一。側(cè)吹風的風壓和風溫對纖維不勻性的影響如表10、表11所示。

表10　風速對纖維條干和伸長的影響

表11　風溫對纖維條干和伸長的影響

從表11可見，加裝側(cè)吹風整流裝置后，纖維的條干不勻率和伸長不勻率有明顯的改善，起到了控制條干均一和伸長均一的作用。

從表10、表11可見，海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長絲側(cè)吹風的風速和風溫對纖維的條干不勻和伸長不勻以及毛絲均有很大的影響。風速過大易引起飄絲，產(chǎn)生毛絲；溫度過低，纖維冷氣過快，引起結(jié)晶速率加快；纖維的第一拉伸張力過大，加大摩擦，易引起毛絲，溫度過高纖維來不及冷卻，也容易產(chǎn)生毛絲。綜合分析試驗結(jié)果認為：生產(chǎn)海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長絲側(cè)吹風的風速為0.40～0.50m/min，風溫控制在18～20℃為宜。

2.6卷繞工藝的選擇

卷繞速度是影響纖維取向度和結(jié)晶度的一個重要因素，而纖維的取向和結(jié)晶不勻會造成染色的不勻，因此對于卷繞工藝的選擇顯得十分重要，經(jīng)過反復試驗選擇了3 500m/min的卷繞速度較為適宜。

3結(jié)論

對制備海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長絲的生產(chǎn)，經(jīng)過反復試驗表明：

(1)控制PBPET的預結(jié)晶溫度(120±5℃)，干燥溫度在(135±5℃)，干燥時間為6h能制得符合紡絲要求的干切片；

(2)試驗表明熔體在熔體管道中停留時間比提高溫度更能控制熔體的粘數(shù)降，控制停留時間為8min,溫度為280℃；

(3)在熔體輸送過程中增設(shè)一熔體混合裝置，并用熔體在混合器中的停留時間來控制熔體的粘數(shù)降在0.02dL/g以內(nèi)；效果明顯；

(4)為使纖維有良好的成形在側(cè)吹風裝置上增設(shè)一整流裝置，使風速和風溫得到穩(wěn)定，并控制風速在0.40～0.50m/min之間，風溫控制在18～20℃為宜。

參考文獻：

[1]歐育湘，陳宇，王筱梅,等.阻燃高分子材料，北京：國防工業(yè)出版社2001:2-3.

[2]趙國梁譯.現(xiàn)代聚酯，北京：化學工業(yè)出版社，2007：38.

[3]董紀震，趙耀明.合成纖維工藝學(下冊)，第二版，北京；紡織工業(yè)出版社，1996:42-44.

[4]楊蘊敏，余曉華.海島復合超細纖維的紡絲工藝探討，合成纖維工業(yè)，2009,32(2)：51～52.

[5]席文杰. 易染型海島PTT牽伸絲的研制，合成技術(shù)及應用，2013：28(1)13.

收稿日期：2016-04-01