關(guān)　樂(lè)

(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(zhǎng)絲的研制

關(guān)樂(lè)

(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(zhǎng)絲，重點(diǎn)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?jǐn)?shù))為12%為宜，干燥溫度為(135±5℃)；時(shí)間為6h，在熔體的輸送過(guò)程中增設(shè)一熔體混合裝置，并利用控制時(shí)間來(lái)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(zhǎng)絲

隨著高聚物的迅猛發(fā)展，高聚物的應(yīng)用已滲透到工農(nóng)業(yè)及各個(gè)領(lǐng)域，但大多數(shù)高聚物都是易燃的，在火災(zāi)死亡事故中，有80%左右是由于高聚物裂解時(shí)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(jìn)，一大批性能優(yōu)異的差別化出現(xiàn)在市場(chǎng)上。一種海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長(zhǎng)絲就是其中的一員，該纖維是在制備高聚物的過(guò)程中將阻燃單體引入到 PET 大分子主鏈當(dāng)中，合成出一種具有互穿網(wǎng)絡(luò)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(shí)加入一定比例的PPS，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)PPS具有較好的抗熔滴性能。這樣制備出的長(zhǎng)絲具有蓬松、柔和的手感和阻燃抗熔滴功能。

1試驗(yàn)

1.1原料

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

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

PPS：白色粉末。密度1.34，熔點(diǎn)286℃，進(jìn)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(yàn)設(shè)備如表2。

表1　主要生產(chǎn)設(shè)備

表2　主要試驗(yàn)設(shè)備

1.4分析測(cè)試

1.4.1纖維條干測(cè)定

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

1.4.2斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定

斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率采用由溫州際高檢測(cè)儀器公司生產(chǎn)的全自動(dòng)電子強(qiáng)力儀YG021HL型，夾持長(zhǎng)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(qiáng)力、斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)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(cè)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(diǎn)燃12s，除去火源后測(cè)定試樣的續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間、損毀長(zhǎng)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(zhǎng)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(qiáng)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(qiáng)力伸長(zhǎng)測(cè)試曲線圖

圖2　條干不勻曲線圖

圖3　條干測(cè)試CV-L曲線

2結(jié)果與討論

2.1PPS含量對(duì)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(rèn)為應(yīng)區(qū)別對(duì)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(rèn)可權(quán)利用盡規(guī)則適用于后兩者，而對(duì)于前兩者，最多適用默示許可規(guī)則。

表5　PPS的加入對(duì)纖維可紡性和抗熔滴的影響

由表5可見在低質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)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(dá)到20%時(shí)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(diǎn)考察了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%、16%，20%幾種配方，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)、比較綜合分析，結(jié)果將PPS的加入量控制在12%為宜。

2.2預(yù)結(jié)晶溫度的選擇

預(yù)結(jié)晶的目的是提高切片的軟化點(diǎn)和結(jié)晶度，使切片在高溫下不易粘連，在PBPET中由于聚合時(shí)加入無(wú)機(jī)微粒在高溫下起到誘導(dǎo)結(jié)晶，因?yàn)闊o(wú)機(jī)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(yīng)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(diǎn)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(guò)程中，首先除去的是表面吸附的水分，隨著溫度升高和時(shí)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(diǎn)較低，結(jié)晶速率也較慢，因此預(yù)結(jié)晶和干燥溫度都較低，且前期的升溫也有所減慢。

對(duì)于PBPET來(lái)說(shuō)，由于在合成時(shí)加入一定比例的無(wú)機(jī)微粒，該微粒以互穿網(wǎng)絡(luò)的形式結(jié)合到大分子中，在預(yù)結(jié)晶過(guò)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(shí)應(yīng)加以考慮。表6和表7是干燥溫度和時(shí)間對(duì)紡絲工藝的影響。

表6　干燥溫度對(duì)切片特性粘數(shù)、含水和紡絲的影響

注:干燥時(shí)間6h

表7　干燥時(shí)間對(duì)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(shí)可達(dá)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(yuǎn)超過(guò)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(shí)間的延長(zhǎng)切片的含水下降，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)切片的可紡性有所下降，其主要原因是在高溫下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)切片的降解(水解、醇解、酸解、熱裂解等副反應(yīng)增多)增加。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，綜合各種影響選擇干燥溫度在135±5℃，時(shí)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(zhǎng)絲的制備中，對(duì)COPET的影響已有諸多的報(bào)道，但對(duì)PBPET與PPS的紡絲未見報(bào)道，紡絲條件對(duì)工藝的影響如表8和表9所示。

表8　熔體停留時(shí)間對(duì)纖維優(yōu)等品率的影響

表9　熔體停留溫度對(duì)纖維優(yōu)等品率的影響

由表8、表9可見熔體的停留時(shí)間和溫度對(duì)海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長(zhǎng)絲的成品質(zhì)量影響較大，而溫度對(duì)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(yàn)，用提高溫度的辦法來(lái)改變?nèi)垠w的特性粘數(shù)以達(dá)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(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)熔體粘數(shù)更加適宜，因而我們?cè)谌垠w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(shí)間來(lái)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(shí)際生產(chǎn)中效果明顯。

2.5冷卻成形

對(duì)于纖維來(lái)說(shuō)，伸長(zhǎng)的均一性對(duì)染色的均勻極為重要，根據(jù)以往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和后道用戶的要求，對(duì)海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長(zhǎng)絲的伸長(zhǎng)不勻率需控制在5%以下。伸長(zhǎng)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(fēng)的溫度和風(fēng)速直接有關(guān)。為此筆者所在的公司在側(cè)吹風(fēng)裝置上增設(shè)了吹風(fēng)整流裝置，以達(dá)到風(fēng)壓和風(fēng)速的穩(wěn)定和均勻，以控制產(chǎn)品的伸長(zhǎng)和均一。側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)壓和風(fēng)溫對(duì)纖維不勻性的影響如表10、表11所示。

表10　風(fēng)速對(duì)纖維條干和伸長(zhǎng)的影響

表11　風(fēng)溫對(duì)纖維條干和伸長(zhǎng)的影響

從表11可見，加裝側(cè)吹風(fēng)整流裝置后，纖維的條干不勻率和伸長(zhǎng)不勻率有明顯的改善，起到了控制條干均一和伸長(zhǎng)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(zhǎng)絲側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)溫對(duì)纖維的條干不勻和伸長(zhǎng)不勻以及毛絲均有很大的影響。風(fēng)速過(guò)大易引起飄絲，產(chǎn)生毛絲；溫度過(guò)低，纖維冷氣過(guò)快，引起結(jié)晶速率加快；纖維的第一拉伸張力過(guò)大，加大摩擦，易引起毛絲，溫度過(guò)高纖維來(lái)不及冷卻，也容易產(chǎn)生毛絲。綜合分析試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為：生產(chǎn)海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長(zhǎng)絲側(cè)吹風(fēng)的風(fēng)速為0.40～0.50m/min，風(fēng)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(gè)重要因素，而纖維的取向和結(jié)晶不勻會(huì)造成染色的不勻，因此對(duì)于卷繞工藝的選擇顯得十分重要，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)選擇了3 500m/min的卷繞速度較為適宜。

3結(jié)論

對(duì)制備海島型新型聚酯阻燃抗熔滴長(zhǎng)絲的生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)表明：

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

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

(3)在熔體輸送過(guò)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(shí)間來(lái)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(fēng)裝置上增設(shè)一整流裝置，使風(fēng)速和風(fēng)溫得到穩(wěn)定，并控制風(fēng)速在0.40～0.50m/min之間，風(fēng)溫控制在18～20℃為宜。

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收稿日期：2016-04-01