专利名称：一种聚芳醚腈纤维的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维的制备方法，具体涉及一种聚芳醚腈纤维的制备方法。
背景技术：
聚芳醚腈树脂(Polyarylene ether nitriles，简称PEEN树脂)属耐高温热塑 性塑料，具有较高的玻璃化转变温度(164°C )和熔融温度(334°C )，负载热变型温度高达 171°C，可在250°C下长期使用。PEEN树脂不仅耐热性比其他耐高温塑料优异，而且具有高 强度(纯树脂拉伸强度可达113MPa)、高模量；PEEN树脂的刚性较大，尺寸稳定性较好，线膨 胀系数较小，非常接近于金属铝材料；具有优异的耐化学药品性，在通常的化学药品中，只 有浓硫酸能溶解或者破坏它，它的耐腐蚀性与镍钢相近，同时其自身具有阻燃性，在火焰条 件下释放烟和有毒气体少(不加任何阻燃剂即可达UL94 V-O级，极限氧指数为42%)，抗 辐射能力强；PEEN树脂的韧性好，对交变应力的优良耐疲劳性是所有塑料中最出众的，可 与合金材料媲美；PEEK树脂具有突出的摩擦学特性，耐滑动磨损和微动磨损性能优异，尤 其是能在250°C下保持高的耐磨性和低的摩擦系数；PEEN树脂易于挤出和注射成型，加工 性能优异，成型效率较高。此外，PEEN还具有自润滑性好、易加工、绝缘性稳定、耐水解等优 异性能，使得其在航空航天、汽车制造、电子电气、机械工业等领域具有广泛的应用，开发利 用前景十分广阔。由于PEEN具有优异的综合性能而具有广泛的应用前景。在航空航天方面，PEEN树 脂可以替代铝和其它金属材料制造各种飞机零部件，利用其优异的阻燃性能，可用来制造 飞机内部部件，以降低飞机发生火灾时的危害程度；在电子电器方面，PEEN是理想的电绝 缘体，在高温、高压和高湿度等恶劣的工作环境条件下，仍能保持良好的电绝缘性，是绝缘 膜、连接器、印刷电路板、高温接插件等的理想材料；在机械工业方面，PEEN树脂常用来制 作压缩机阀片、活塞环、密封件和各种化工用泵体、阀门部件。用该树脂代替不锈钢制作涡 流泵的叶轮，可明显降低磨损程度和噪音级别，延长其使用寿命；在汽车和其他工业方面， 利用PEEN树脂良好的耐摩擦性能和机械性能，可以作为金属不锈钢和钛的替代品用于制 造发动机内罩、汽车轴承、垫片、密封件、离合器齿环等各种零部件，另外也可用在汽车的传 动、刹车和空调系统中。聚芳醚腈具有优异的耐化学药品性和高温下的热稳定性，并具有阻燃、绝缘、耐辐 射和良好的机械性能，为扩大该材料的使用范围，各国的研究者们一直在探讨使之纤维化 的新方法。聚芳醚腈纤维可广泛用于防火织物，高温滤材，造纸传送带和复合材料等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可行的聚芳醚腈纤维的制备方法。本发明所述的具体步骤如下步骤1)聚芳醚腈专用纺丝粒料的制备首先将熔融指数为10至40g/10分钟的纺丝级聚芳醚腈树脂在120至160°C下干燥2至5小时，然后按照比例添加0. 至2. 0质量百分比热稳定剂，0. 5%至8%(质量百 分比)无机填料，0.1至(质量百分比)的降粘剂，90至99. 3% (质量百分比)的聚芳 醚腈树脂，先在高速混合机中预混15分钟，后在挤出机中经混炼后造粒制得纺丝专用料， 纺丝专用料为直径2至4mm，长度4至6mm的圆柱状颗粒；步骤幻聚芳醚腈纤维的制备将步骤1)所制得的纺丝专用料在120至160°C下干燥处理2至5小时，将粒料在 挤出机内熔融后进入熔体计量泵，经过过滤网，多孔喷丝板后经延时冷却，经集束后得到聚 芳醚腈纤维，纺丝速度为200至1200m/分钟；将集束后的聚芳醚腈纤维引入热拉伸装置，拉 伸定型采用多级拉伸方法，第一级拉伸温度为140至160°C，牵伸比为2至3，第二级拉伸温 度为140至230°C，牵伸比为0. 2至1. 5。本发明中所使用热稳定剂的目的是保持聚芳醚腈在热加工过程中保持其基本性 能，防止树脂间发生交联反应。所使用的热稳定剂主要包括聚氧乙烯醚磷酸酯、聚氧苯乙烯 醚磷酸酯三乙胺盐、多元醇磷酸酯、甘油硫酸酯钠盐、壬基酚磷酸酯钾盐、二十烷基磷酸酯 中的一种或多种混合物。本发明所使用的无机填料包含二氧化硅、轻质碳酸钙、碳酸镁、石英砂、玻璃微珠、 滑石粉、碳化硅、硫酸钡中的一种或几种混合物，所添加的无机填料的粒径均不大于90nm。本发明中降粘剂包括偏苯三酸三辛酯，均苯四甲酸四(异)辛脂，邻苯二甲酸二辛 酯(DOP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸异丙丁酯，邻 苯二甲酸二 O-乙基)己酯，邻苯二甲酸二 O-乙基)己酯，邻苯二甲酸辛庚酯，邻苯二甲 酸辛庚酯，石蜡，硬脂酸，改性松香树脂中的一种或几种共混物。本发明纺丝过程中挤出机的温度控制挤出机的料筒中采用4段式加温，第一加温 区在180至200°C，第二加温区在340至380°C，第三加温区390至420°C，第四加温区在400 至410°C，各加温段的长度相同。本发明中所使用的多孔喷丝板具有抗静电功能，用以消除在纺丝过程中聚芳醚腈 树脂与喷丝组件之间由于摩擦而产生的静电，提高纺丝速度。延时冷却所使用的延时加热冷却装置安装在距喷丝板下部1至8厘米处，加热温 度为180至210°C。本发明的方法具有流程简单，操作方便的优点。用本发明方法生产出的聚芳醚腈 纤维具有断裂强度高，断裂伸长率低和热稳定性高等特点，其最高耐受温度可达330°C，纤 维规格2. 9dtex/50mm，纤维强度为5. 8CN/dtex。
具体实施例方式实施例1 140°C下将融熔指数为18g/10分钟的聚芳醚腈树脂干燥处理4小时，取IOkg聚芳 醚腈树脂，0. Ikg二十烷基磷酸酯热稳定剂，0. 3kg粒径小于90nm的轻质碳酸钙，以及0. Ikg 均苯四甲酸四(异)辛脂高温降粘剂，在高速搅拌机中预混均勻后经挤出机造粒得纺丝专 用粒料，粒料经150°C干燥处理3小时后，采用挤出熔融纺丝方法纺丝。挤出机第一加温区 在180至200°C，第二加温区在340至380°C，第三加温区390至420°C，第四加温区在400 至410°C，同时在第三和第四加温区之间抽真空以除去加工过程中产生的低分子化合物和
4其他容易挥发的物质，提高成品质量，纺丝速度IOOOm/分钟。加热延时冷却温度180°C，环 吹风温度80°C，一道牵伸比为2. 5，第二级拉伸温度为140至230°C，牵伸比为0. 6，速度是 IOOm/分钟，纤维规格2. 5dtex/50mm,纤维强度为4. 5CN/dtex。实施例2 160°C下将融熔指数为16g/10分钟的聚芳醚腈树脂干燥处理3小时，取IOkg聚芳 醚腈树脂，0. Ikg聚氧乙烯醚磷酸酯热稳定剂，0. 5kg粒径小于90nm的二氧化硅，0. 12kg偏 苯三酸三辛酯高温降粘剂，在高速搅拌机中预混均勻后经挤出机造粒得纺丝专用粒料，粒 料经160°C干燥处理2小时后，采用挤出熔融纺丝方法纺丝。挤出机第一加温区在180至 2000C，第二加温区在340至380°C，第三加温区390至420°C，第四加温区在400至410°C， 同时在第三和第四加温区之间抽真空以除去加工过程中产生的低分子化合物和其他容易 挥发的物质，纺丝速度1200m/分钟。加热延时冷却温度180°C，环吹风温度80°C，一道牵 伸比为2，第二级拉伸温度为140至230°C，牵伸比为0. 7，速度是120m/分钟，纤维规格 2. 9dtex/50mm，纤维强度为 5. 8CN/dtex。实施例3 150°C下将融熔指数为15g/10分钟的聚芳醚腈树脂干燥处理2小时，取IOkg聚芳 醚腈树脂，0. 12kg甘油硫酸酯钠盐热稳定剂，0. 3kg粒径小于90nm的玻璃微珠，0. Ikg邻苯 二甲酸辛庚酯高温降粘剂，在高速搅拌机中预混均勻后经挤出机造粒得纺丝专用粒料，粒 料经140°C干燥处理4小时后，采用挤出熔融纺丝方法纺丝。挤出机第一加温区在180至 2000C，第二加温区在340至380°C，第三加温区390至420°C，第四加温区在400至410°C， 同时在第三和第四加温区之间抽真空以除去加工过程中产生的低分子化合物和其他容易 挥发的物质，纺丝速度900m/分钟。加热延时冷却温度185°C，环吹风温度85°C，一道牵 伸比为2. 8，第二级拉伸温度为140至2300C，牵伸比为0. 6，速度是150m/分钟，纤维规格 2. ldtex/50mm，纤维强度为 3. 9CN/dtex。
权利要求
1.一种聚芳醚腈纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤步骤1)聚芳醚腈专用纺丝粒料的制备首先将聚芳醚腈树脂在120至160°C下干燥2至5小时，然后按照比例添加0. 至 2.0% (质量百分比)热稳定剂，0.5%至8% (质量百分比)无机填料，0.1至(质量百 分比)的降粘剂，90至99. 3% (质量百分比)的聚芳醚腈树脂，先在高速混合机中预混，后 在挤出机中经混炼后造粒制得纺丝专用料；步骤2、聚芳醚腈纤维的制备将步骤1)所制得的纺丝专用料在120至160°C下干燥处理2至5小时，将粒料在挤出 机内熔融后进入熔体计量泵，经过过滤网，多孔喷丝板后经延时冷却，经集束后得到聚芳醚 腈纤维，纺丝速度为200至1200m/分钟；将集束后的聚芳醚腈纤维引入热拉伸装置，拉伸定 型采用多级拉伸方法，第一级拉伸温度为140至160°C，牵伸比为2至3，第二级拉伸温度为 140至230°C，牵伸比为0. 2至1. 5。
2.根据权利要求1所述的聚芳醚腈纤维的制备方法，其特征在于所述的聚芳醚腈树 脂为熔融指数为10至40g/10分钟的纺丝级聚芳醚腈树脂。
3.根据权利要求1或2所述的聚芳醚腈纤维的制备方法，其特征在于所述的热稳定 剂为聚氧乙烯醚磷酸酯、聚氧苯乙烯醚磷酸酯三乙胺盐、多元醇磷酸酯、甘油硫酸酯钠盐、 壬基酚磷酸酯钾盐、二十烷基磷酸酯中的一种或多种混合物。
4.根据权利要求1或2所述的聚芳醚腈纤维的制备方法，其特征在于所述的无机填 料为二氧化硅、轻质碳酸钙、碳酸镁、石英砂、玻璃微珠、滑石粉、碳化硅、硫酸钡中的一种或 几种混合物，所添加的无机填料粒径均应小于90nm。
5.根据权利要求1或2所述的聚芳醚腈纤维的制备方法，其特征在于所述的降粘剂 为偏苯三酸三辛酯，均苯四甲酸四(异)辛脂，邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻 苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸异丙丁酯，邻苯二甲酸二 O-乙基)己酯，邻苯二甲酸二 O-乙基)己酯，邻苯二甲酸辛庚酯，邻苯二甲酸辛庚酯，石蜡，硬脂酸，改性松香树脂中的 一种或几种共混物。
6.根据权利要求1或2所述的聚芳醚腈纤维的制备方法，其特征在于所述挤出机的 料筒中采用4段式加温，第一加温区在180至200°C，第二加温区在340至380°C，第三加温 区390至420°C，第四加温区在400至410°C，各加温段的长度相同。
7.根据权利要求1或2所述的聚芳醚腈纤维的制备方法，其特征在于所述的多孔喷 丝板具有抗静电功能。
8.根据权利要求1或2所述的聚芳醚腈纤维的制备方法，其特征在于所述的延时 冷却所使用的延时加热冷却装置安装在距喷丝板下部1至8厘米处，加热温度为180至 210°C。
全文摘要
本发明涉及一种聚芳醚腈纤维的制备方法，是将纺丝级聚芳醚腈树脂干燥处理后添加0.1％至2.0％(质量百分比)热稳定剂，0.5％至8％(质量百分比)无机填料，0.1至1％(质量百分比)的降粘剂，经双螺杆挤出机挤出造粒制备聚芳醚腈纺丝专用料；再干燥处理后在挤出机内熔融，通过后过滤网、喷丝板、延时冷却，集束后得到聚芳醚腈纤维。本发明制备的聚芳醚腈纤维可广泛用于航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工、造纸工业等领域。
文档编号D01D5/12GK102121142SQ20101019244
公开日2011年7月13日 申请日期2010年6月4日 优先权日2010年6月4日
发明者周保童, 白小峰, 贺传兰, 邓建国 申请人:中国工程物理研究院化工材料研究所