李淑靜

（山西工程技術(shù)學(xué)院，山西 陽泉 045000）

紡絲用聚苯硫醚切片干燥技術(shù)的研究

李淑靜

（山西工程技術(shù)學(xué)院，山西 陽泉 045000）

通過實(shí)驗(yàn)探討不同干燥溫度與干燥時(shí)間對(duì)切片含水率的影響，研究干燥工藝對(duì)聚苯硫醚切片結(jié)晶度的影響，以及切片干燥前后原纖結(jié)構(gòu)變化情況。結(jié)果顯示，在一定干燥時(shí)間下，隨著干燥溫度的升高，切片的含水率降低，但干燥溫度過高，PPS切片出現(xiàn)被氧化變黃的現(xiàn)象，結(jié)晶度明顯增大；在一定的干燥溫度下，隨著干燥時(shí)間的延長，切片的含水率有所降低，而 PPS切片的結(jié)晶度變化幅度較小。最佳的干燥工藝為：真空度0.088 MPa，干燥溫度120~125℃，干燥時(shí)間20~22 h，干切片的含水率小于0.0030%。通過掃描電鏡分析對(duì)比干燥前后切片原纖結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)干燥前PPS切片橫截面呈無規(guī)則孔狀，隨著高聚物內(nèi)水分的脫出，干燥后切片的橫截面孔隙結(jié)構(gòu)密實(shí)，芯吸效應(yīng)增大。

聚苯硫醚；切片；干燥技術(shù)

聚苯硫醚，英文名稱為Polyphenylene sulfide，簡稱PPS，是一種綜合性能優(yōu)異的特種工程塑料，具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫、耐化學(xué)藥品性能強(qiáng)、高阻燃等優(yōu)點(diǎn)。鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，將聚苯硫醚制成單絲后，加工成過濾網(wǎng)材用于電廠或鍋爐除塵等，可大大降低更換頻率，延長使用時(shí)間，降低成本。紡絲用PPS切片在加工過程中會(huì)含有一定水分，含水率過高紡絲過程中容易產(chǎn)生斷頭，甚至造成紡絲無法正常進(jìn)行。因此PPS切片在紡絲前應(yīng)進(jìn)行干燥處理。但是由于PPS大分子中—S—基團(tuán)容易被氧化，甚至導(dǎo)致大分子產(chǎn)生氧化交聯(lián)反應(yīng)，從而影響PPS纖維的成形，無法正常紡絲。所以切片的干燥方式的選擇至關(guān)重要，既要保證一定的含水率，又不能使PPS的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，所以本實(shí)驗(yàn)選擇真空轉(zhuǎn)股干燥機(jī)來進(jìn)行干燥，既可以減少PPS樹脂的含水量，改善含水的均勻性，提高和控制PPS樹脂的結(jié)晶度及軟化點(diǎn)[1]，又能避免PPS被氧化。本實(shí)驗(yàn)通過研究不同的干燥工藝對(duì)切片含水率的影響，尋求一套復(fù)合紡絲要求的最佳干燥工藝，同時(shí)通過控制工藝條件使切片的表面結(jié)晶度變化在一定范圍內(nèi)，為后道紡絲提供優(yōu)質(zhì)的原料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

線型PPS切片：Fortron型，由日本寶理塑料集團(tuán)提供。

1.2 儀器與設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)中所用的儀器見表1。

表1 設(shè)備與儀器一覽表

2 結(jié)果與討論

2.1 干燥溫度對(duì)PPS切片干燥效果的影響

真空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是干燥質(zhì)量高，更換品種容易，干燥過程中特性黏度降小[2]。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐得知，干燥溫度對(duì)切片干燥過程影響很大。一般是干燥溫度愈高，為達(dá)到工藝要求含水率所需時(shí)間愈短，干燥的效果也愈好，但過高的干燥溫度會(huì)使PPS切片的黏度降增大，甚至使切片顏色變黃，影響紡絲質(zhì)量。據(jù)資料知，干燥溫度通常選取 （130±5）℃，鑒于本實(shí)驗(yàn)采用真空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)，可以使干燥溫度偏低，故選取干燥溫度在105～145℃之間進(jìn)行試驗(yàn)，干燥時(shí)間為16 h。實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的色澤變化和含水情況見表2。

表2 不同干燥溫度下PPS切片的含水率和色澤的變化

由表2可以得出，當(dāng)干燥溫度低于135℃時(shí)，隨著干燥溫度的提高，干燥速率加快，故干燥效果提高，切片的含水率由0.0069%下降至0.0020%，切片的色澤基本無變化；當(dāng)干燥溫度超過135℃后，切片的含水率趨于平衡，但是切片色澤變黃嚴(yán)重。因此，干燥溫度越高，達(dá)到工藝要求含水率所需時(shí)間愈短，且趨于平衡的含水率越低。但是干燥溫度過高，PPS切片有變黃的現(xiàn)象，說明高聚物出現(xiàn)氧化反應(yīng)，所以，選擇干燥溫度要盡量避免上述現(xiàn)象的發(fā)生。另外，實(shí)驗(yàn)中真空轉(zhuǎn)股干燥機(jī)采用導(dǎo)熱油加熱，真空度為0.088 MPa。因此，綜合各方面的因素考慮，最佳干燥溫度選擇在115～125℃之間時(shí)，得到的切片的含水率較低，品質(zhì)較好。

2.2 干燥時(shí)間對(duì)干燥效果的影響

在本干燥實(shí)驗(yàn)過程中，視干燥介質(zhì) (熱空氣)的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式在整個(gè)干燥過程中均保持恒定，即恒定干燥。切片的干燥效果主要受干燥速率的影響。隨著干燥時(shí)間的延續(xù)，水分被不斷汽化，濕物料的質(zhì)量減少，隨著干燥時(shí)間的延長，物料的自由含水量趨近于零。干燥速率就是單位時(shí)間內(nèi)汽化的水份質(zhì)量[2]。式中：

U—干燥速率，kg／(m2·s)；

Gc—濕物料中的干物料質(zhì)量，kg；

X—濕物料的干基含水量，kg水／kg干料；

A—干燥面積，m2；

τ—干燥時(shí)間，s。

由公式 （1）知，要保證PPS切片的干燥質(zhì)量，必須有一定的干燥時(shí)間，干燥時(shí)間與干燥溫度、真空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)的真空度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)中真空轉(zhuǎn)股干燥機(jī)的真空度控制在0.088 MPa。據(jù)資料報(bào)道，干燥時(shí)間一般在4～24 h不等，實(shí)驗(yàn)選取干燥溫度125℃，對(duì)不同干燥時(shí)間下PPS切片的含水、色澤進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表3。

表3 不同干燥時(shí)間PPS切片的含水率和色澤的變化

由表3可以得到，當(dāng)干燥溫度為125℃、真空度0.088 MPa，干燥時(shí)間低于20 h時(shí)，隨著干燥時(shí)間的延長，PPS切片的含水率急劇下降，切片的色澤基本無變化；當(dāng)干燥時(shí)間超過20 h后，切片的含水率趨于平衡，但是當(dāng)干燥時(shí)間超過24 h后，切片的顏色開始變黃。因此，選擇合適的干燥時(shí)間對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)過程非常重要。干燥時(shí)間太短，達(dá)不到工藝所要求的含水率；干燥時(shí)間太長，切片的質(zhì)量不容易控制，并且耗電，耗汽量增加，成本加大，設(shè)備的生產(chǎn)能力降低，合理的干燥時(shí)間應(yīng)該選擇趨于平衡水分后1～2 h，使之有一個(gè)切片之間和切片內(nèi)部含水率的均衡過程，以控制切片的含水率最低，且較均勻。因此，綜合以上各個(gè)因素，選擇最佳干燥時(shí)間為20～22 h。

2.3 干燥溫度對(duì)PPS切片結(jié)晶度的影響

PPS切片的冷結(jié)晶溫度 （Tc）為125℃，根據(jù)結(jié)晶原理，干燥溫度在結(jié)晶溫度附近，隨著PPS切片中水分的去除，同時(shí)伴隨著高聚物結(jié)晶的發(fā)生，在一定的干燥溫度下，PPS切片的結(jié)晶速度與干燥時(shí)間成正比。在玻璃化溫度Tg和熔點(diǎn)Tm之間，干燥溫度越高，越容易結(jié)晶，但是過高的結(jié)晶度會(huì)使PPS切片熔點(diǎn)提高，不易熔融，在后道紡絲中必須提高紡絲溫度，這樣螺桿擠壓機(jī)容易發(fā)生故障，不利于紡絲過程的進(jìn)行。要適當(dāng)控制PPS切片在干燥過程中結(jié)晶度的增加，使其具有適合后序紡絲的結(jié)晶度要求。因此，在PPS切片的干燥過程中干燥溫度不宜太高。實(shí)驗(yàn)在不同的干燥溫度下對(duì)PPS切片結(jié)晶度的變化進(jìn)行研究，干燥時(shí)間均為16 h。結(jié)果如表4、圖1所示。

表4 不同干燥溫度下PPS切片結(jié)晶度的變化

圖1 不同干燥溫度下PPS切片DSC曲線

由表4、圖1可知，在冷結(jié)晶溫度附近干燥時(shí)，熱焓值有所增加，隨著干燥溫度的升高，結(jié)晶速率有所提高，結(jié)晶度增大，當(dāng)干燥溫度超過135℃時(shí)，結(jié)晶度大于13.73。但對(duì)于紡絲來說，切片的結(jié)晶度不宜太大，因此干燥溫度的選擇應(yīng)該考慮結(jié)晶度的變化。所以干燥溫度不宜高于135℃。

2.4 干燥時(shí)間對(duì)PPS切片結(jié)晶度變化的影響

在一定的干燥溫度下，隨著干燥時(shí)間的延長，切片的含水率有所降低，但是干燥時(shí)間過長也容易使PPS切片的結(jié)晶度增加，因此，在保證一定的含水率的前提下，同時(shí)考慮節(jié)約成本，干燥時(shí)間不宜太長。實(shí)驗(yàn)選擇干燥溫度為125℃。在不同的干燥時(shí)間下研究PPS切片結(jié)晶度的變化見表5，隨著干燥時(shí)間的增加，PPS切片的熱焓值變化不明顯，結(jié)晶度變化不大，因此，干燥時(shí)間對(duì)于切片的結(jié)晶影響可以不予深入探討。

表5 不同干燥時(shí)間下PPS切片結(jié)晶度的變化

2.5 干燥前后切片原纖結(jié)構(gòu)變化分析

實(shí)驗(yàn)取干燥前的切片和干燥后切片（含水率0.0039%）的橫截面進(jìn)行掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)干燥前的PPS切片橫截面呈無規(guī)則孔狀 （見圖2），隨著高聚物內(nèi)水分的脫出，干燥后切片的橫截面孔隙結(jié)構(gòu)密實(shí)，芯吸效應(yīng)增大（見圖3），故干燥后切片極易吸收水分。例如將含水率為0.0050%的切片，在密封桶內(nèi)放置24 h，含水率增加到0.0060%；放置96 h，含水率增加到0.01%。

圖2 干燥前的PPS切片SEM照片

圖3 干燥后PPS切片SEM照片

3 小結(jié)

通過對(duì)PPS切片干燥過程中切片的含水率與干燥溫度和干燥時(shí)間的分析試驗(yàn)，得到PPS切片最佳干燥工藝為：真空度在0.088 MPa時(shí)，干燥溫度：120～125℃，干燥時(shí)間：20～22 h，干切片的含水率：小于0.0030%。

在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，干燥后的切片很容易再吸收水分，含水率上升。使切片的含水率達(dá)不到要求，因此防止干切片在貯存過程中重新吸濕是相當(dāng)重要的問題，PPS干切片應(yīng)在低于70℃時(shí)出料，避免與空氣接觸被氧化變黃。在實(shí)際生產(chǎn)中建議采用干燥的惰性氣體N2保護(hù)。

[1] 何國仁，曾漢民，胡江濱，等.不同氧化處理的聚苯硫醚結(jié)構(gòu)和性能 [J].高分子科學(xué)與材料工程，1986 (6):16-20.

[2] 吳大誠，何勤.合成纖維熔體紡絲 [M].北京:紡織工業(yè)出版社，1980:166，157-160.

THE STUDY ON THE DRYING TECHNOLOGY OF POLYPHENYLENE SULFIDE SLICE BASED ON SPINGNING

LI Shu-Jing
(Shanxi Institute of Technology，Yangquan 04500，China)

Discussed by experiments in this paper，the influence about the rate of water content of slice with different drying temperature and drying time，and studied the effects of PPS slice with the drying process，as well as the changes of febrile structure before dried and after.The results showed that under certain drying time，the rate of water content of slice is reduced with the increase of drying temperature，but the drying temperature is too high，PPS slice appeared yellow oxidized phenomenon，and the crystallization degree increased obviously;Under certain drying temperature，with the extension of drying time，the rate of water content of slice is reduced，but the variations crystallization degree of PPS slice is smaller.Best drying technology is the vacuum degree in 0.088 MPa，the drying temperature of 120~125℃，the drying time of 20~22 h，slice of the moisture content is less than 0.0030%.Analyzed by SEM before and after drying section of febrile structure，found that PPS slice cross section shows no rules hole shape before drying，with the water of the high polymer water prolapsed，the cross section of pore structure is compact of the dried slice，the effects of core absorption increased.

polyphenylene sulfide;slice;drying technology

TQ342.29

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2014.03.005

1672-500X(2014)03-0015-04

2014-07-17

李淑靜 （1984-），女，河北衡水人，助教，主要從事聚苯硫醚纖維的制備研究。