本发明专利技术公开了一种高温抗氧化复合纳米PPS/Ti‑SiOx短纤维，是在线性PPS树脂中添加纳米Ti‑SiOx制成复合纳米PPS/Ti‑SiOx母粒，在295～320℃低温和7～10Mpa压力下熔融形成熔体，经喷丝板纺丝，以20～30℃、风速0.2～0.5m/s的环吹风冷却固化制成。本发明专利技术制备的复合纳米PPS/Ti‑SiOx短纤维氧化诱导温度470～480℃，230℃处理72h后强度保持率88～95%，高温抗氧化性能得到明显提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化学纤维
，涉及聚苯硫醚纤维，特别是涉及一种抗氧化改性 聚苯硫醚纤维，以及该纤维的制备方法。
技术介绍
聚茏硫醚简称PPS,结构式：[0UU3」以衆本腧醚纟万丝成的针维具有优异的耐温性、耐化学腐蚀性、绝缘性、阻燃性等性 能和良好的性价比，已成为国际公认的燃煤电厂高温尾气除尘滤袋主要用原料。但是，由于 常规PPS大分子结构中的硫原子含有两对孤对电子，导致苯环和硫原子化学活性较强，一方 面硫原子容易受到空气中的氧原子进攻，发生氧化、交联等反应，另一方面苯环中的C-H键 能较低，也容易发生氧化交联。这就导致了 PPS纤维在高温有氧工况下活性较强，容易氧化、 交联，纤维强度损失高达30%，致使PPS纤维滤袋的综合性能和使用寿命降低，成为制约我国 PPS纤维及其滤袋发展和推广应用的困境和瓶颈。 纳米复合Ti-SiOx粒子具有较强的表面效应、小尺寸效应和纳米复合效应，且表面 含有大量的SiOx不饱和残键和羟基，具有一定的表面活性和成键倾向，呈现出良好的耐高 温、抗老化性能，且能明显提高体系的强度和耐磨性。在PPS纤维的加工过程中添加入适量 的纳米复合Ti-SiOx粒子，控制特定的切应力和温度，使PPS大分子中的硫原子和苯环上的 C-H键与纳米复合Ti-SiOx粒子发生化学和物理作用，理论上能够解决常规PPS纤维高温易 氧化的问题。 CN 104387770A公开了一种改性聚苯硫醚复合母粒的制备方法，该专利申请针对 聚苯硫醚纤维脆性强、抗氧化性能差、使用寿命短的情况，采用在聚苯硫醚纤维中添加钛-二氧化硅纳米材料和十二烷基苯磺酸钠，经双螺杆挤压机加热、熔融、混合、分散、均化，挤 压制成改性聚苯硫醚复合母粒，增强了聚苯硫醚材料和织物的强度、韧性、抗氧化性、耐高 温性能，也提高了聚苯硫醚纤维及织物的使用寿命。 由于PPS材料对于纺丝温度的敏感性很强，导致其适合于纺丝的温度范围较窄。现 有采用熔融纺丝技术制备PPS纤维的熔体温度在320~330°C，客观上也加速了PPS材料的高 温交联。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高温抗氧化复合纳米PPS/Ti-Si〇X短纤维，以及该短纤 维的制备方法。 本专利技术所述的复合纳米PPS/Ti-Si0x短纤维是在线性PPS树脂中添加纳米Ti-SiOx 制成复合纳米PPS/Ti-Si0x母粒，在295~320°C低温和7~lOMpa压力下熔融形成熔体，经喷 丝板纺丝，以20~30°C、风速0.2~0.5m/s的环吹风冷却固化制成，其中，所述复合纳米PPS/ Ti-SiOx母粒中线性PPS树脂的质量百分含量95~99%，纳米Ti-SiOx的质量百分含量1~5%， 且所述复合纳米PPS/Ti-SiOx母粒的熔融指数145~180g/10min，玻璃化温度89~92°C，熔 点 279 ~280°C。本专利技术所述复合纳米PPS/Ti-SiOx短纤维的具体制备方法是： 1) 将质量百分含量95~99%的线性PPS树脂与质量百分含量1~5%的纳米Ti-SiOx在螺 杆挤压机中190~240°C下加热熔融混合均匀，挤压制成复合纳米PPS/Ti-SiOx母粒； 2) 将所述复合纳米PPS/Ti-SiOx母粒在130~150°C的惰性气体环境下预结晶，140~ 190°C干燥至含水率< 50ppm; 3) 将干燥的母粒加入螺杆挤压机内，在295~320°C的熔体低温、7~lOMpa的熔体压力 下加热熔融形成熔体，送至喷丝组件，经海沙过滤后，由喷丝板挤出形成熔体细流； 4) 恪体细流进入丝室，在800~1200m/min的纺速下被环吹风冷却固化成型，得到初生 纤维，其中控制环吹风的送风温度为20~30°C、风压400~450pa、风速0.2~0.5m/s; 5) 初生纤维集束后喂入三道牵伸区，以3~5倍的总牵伸比进行牵伸，丝束在牵伸过程 中依次经过30~40°C水浴、油剂质量浓度2~5%的80~90°C油浴、100~150°C蒸汽加热处 理； 6) 将牵伸后的丝束纤维依次进行紧张热定型、卷曲和松弛热定型，切断得到复合纳米 PPS/Ti-SiOx短纤维成品。本专利技术所述复合纳米PPS/Ti-SiOx短纤维的制备方法中，所述恪体在进入喷丝板 前先经过20~50目的海沙过滤。优选地，所述海沙的平均粒径为20~40目。 更优选地，本专利技术制备方法中所述的海沙是由24目和40目的海砂按照2:1的质量 比混合组成的海沙。 本专利技术中，所述喷丝板具有900~1500孔。 本专利技术优选以70~200m/min的牵伸速度对初生纤维丝束进行牵伸。 本专利技术中，牵伸后的丝束纤维是在120~180°C的热定型温度下，以1.002~1.05的 牵伸倍数进行紧张热定型。 本专利技术中，紧张热定型后的丝束纤维是经80~150°C蒸汽预处理，以0.90~0.98的 超位进行卷曲。 本专利技术进而是将卷曲后的丝束在100~180°C松弛热定型15~40min。 本专利技术上述制备的初生纤维断裂强度0.8~1.5cN/dtex，断裂伸长率200~500%; 复合纳米PPS/Ti-SiOx短纤维成品纤度0.8~2.5dtex，纤维断裂强度4.0~5.5cN/dtex，断 裂伸长率25~35%。 本专利技术制备的复合纳米PPS/Ti-SiOx短纤维氧化诱导温度470~480°C，将纤维在 230°C处理72h后，强度保持率88~95%，与常规PPS纤维相比，氧化诱导温度提高15°C左右， 230°C、72h条件下纤维及其滤料强度保持率提高20~30%，其高温抗氧化性能得到明显的提 尚。 本专利技术在制备复合纳米PPS/Ti-Si〇X短纤维的过程中，将改性纤维的熔体温度适 当降低到295~320°C，并控制熔体压力在7~lOMpa，纺丝温度相对于常规PPS降低了 10°C左 右。由于纳米材料在PPS熔体中起到了增塑剂作用，使PPS大分子链间自由空间增大，分子链 及其链段分子运动速率降低，大分子的解缠结减少，共混高聚物表观粘度减小，PPS熔体流 动性提高，因此可以通过适当提高熔体压力及海砂堆积密度，使熔体体积减小，表观粘度增 加。这样的改进有利于纳米粒子在PPS基体中的分散混合，满足界面两相物质的物理化学作 用，降低了热氧化反应的发生，提高了改性纤维的抗氧化性能，同时又使PPS/Ti-Si〇 x改性 高聚物熔体具有良好的流变性能，保证了所制备的改性纤维具有良好的可纺性，以及优异 的力学性能。 本专利技术还通过对初生纤维的风冷方式进行改进，来改善纤维的结晶性能。本专利技术 调节初生纤维冷却固化的环吹风风温为20~30°C，并控制环吹风风压为400~450pa、风速 0.2~0.5m/s，从而使冷却气流的温度呈抛物线形分布场梯度变化，共混高聚物熔体细流在 离开喷丝板后的一定距离内仍保持熔融拉伸状态，进一步被拉伸细化，至离开喷丝头下方 40~70cm的距离内骤冷固化，延长了初生纤维的固化时间，从而有效控制初生纤维的结晶 度在20~25%并提高其均匀性，保证得到具有良好韧性和较小纤度的初生纤维，继而保证了 纤维的纺丝性能和机械性能。 继而，本专利技术采用三相式水浴、油浴、蒸汽牵伸和紧张热定型对改性纤维进行后加 工处理，在牵伸倍数并不高、紧张热定型温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高温抗氧化复合纳米PPS/Ti‑SiOx短纤维，是在线性PPS树脂中添加纳米Ti‑SiOx制成复合纳米PPS/Ti‑SiOx母粒，在295～320℃低温和7～10Mpa压力下熔融形成熔体，经喷丝板纺丝，以20～30℃、风速0.2～0.5m/s的环吹风冷却固化制成，其中，所述复合纳米PPS/Ti‑SiOx母粒中线性PPS树脂的质量百分含量95～99%，纳米Ti‑SiOx的质量百分含量1～5%，且所述复合纳米PPS/Ti‑SiOx母粒的熔融指数145～180g/10min，玻璃化温度89～92℃，熔点279～280℃。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：樊海冰，张蕊萍，连丹丹，李嘉薇，
申请(专利权)人：苏州金泉新材料股份有限公司，太原理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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