[发明专利]高温抗氧化复合纳米PPS/Ti-SiOx短纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学纤维技术领域，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。

背景技术

聚苯硫醚简称PPS，结构式：

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以聚苯硫醚纺丝成的纤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。

CN104387770A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℃，客观上也加速了PPS材料的高温交联。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温抗氧化复合纳米PPS/Ti-SiOx短纤维，以及该短纤维的制备方法。

本发明所述的复合纳米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℃。

本发明所述复合纳米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℃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℃的惰性气体环境下预结晶，140～190℃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℃的熔体低温、7～10Mpa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)熔体细流进入丝室，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℃、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℃水浴、油剂质量浓度2～5%的80～90℃油浴、100～150℃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。

本发明所述复合纳米PPS/Ti-SiOx短纤维的制备方法中，所述熔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，本发明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。