一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材及其生產方法
【專利摘要】本發明所述的一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材及其生產方法。即在聚苯硫醚熔融過程中加入一定量的抗氧化母粒，由于抗氧化母粒的加上，聚苯硫醚的在高溫有氧的情況下仍然保持良好的力學性能，產品使用壽命大大延長，可滿足燃煤電廠高溫尾氣除塵工況要求。此外，在非織造布的后加固過程中，本發明采用的是紡粘+水刺技術，即首先紡粘纖網通過簡單的預針刺獲得一定的力學性能，接著纖維在高壓水針水刺過程中進一步纏結，密度增加，纖網變成了具有良好力學性能的非織造布過濾材料。在水刺過程中纖維的損傷小，而纏結度高，這有力地保證了產品力學性能和過濾性能。
【專利說明】一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于聚苯硫醚非織造過濾材料生產【技術領域】，具體的說，涉及一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材及其生產方法。
【背景技術】
[0002]聚苯硫醚簡稱PPS，是一種新型的高性能熱塑性樹脂。它是以苯環在對位上連接硫原子而形成大分子主鏈的線性、結晶聚合物，熔點285°c，分解溫度> 400°C，長期使用溫度可達160°C，阻燃性可達到UL94-0級，具有耐高溫、耐酸堿、耐腐蝕、阻燃性能好等特點。聚苯硫醚纖維一問世，立即受到各國的重視，尤其是作為環保過濾材料，是氣相過濾和液相過濾不可替代的材料。用PPS纖維制成的針刺過濾氈被廣泛應用到發電、鋼鐵、水泥、垃圾焚燒爐等燃煤鍋爐高溫煙氣除塵過濾上。
[0003]現有聚苯硫醚非織造過濾材料大多采用短纖+針刺工藝，針刺可以使纖維纏結良好，但是會對纖維造成一定的損傷。
[0004]當聚苯硫醚纖維用于發電廠、鋼鐵廠等高溫煙氣過濾材料時，高溫煙氣中含有7%?8%氧，最高含氧量能達到14%左右，高溫煙氣的溫度一般是在160°C?180°C，瞬時可能達到200°C以上，并且要求使用壽命達到3年以上。在這樣的長時間強氧化氛圍中，聚苯硫醚就更容易發生硫鍵被氧化，大分子發生降解、斷裂，宏觀表現為過濾材料老化、破損、使用壽命大大減小。
[0005]聚苯硫醚容易被氧化的根本原因是由它的分子結構決定的，聚苯硫醚樹脂是由對二氯苯和硫化鈉在N-甲基吡咯烷酮溶劑中縮合聚合而成，理論結構式為:分子結構中的硫是以二價存在的，由于硫最外層電子不穩定性，而使它具有多種化合價，容易失去電子而與氧結合，從而因氧化導致降解、大分子斷裂。在宏觀上表面為纖維發化斷裂、開裂，力學性能大幅度下降等現象，最終影響產品的使用。
[0006]另外，采用針刺加固工藝生產的聚苯硫醚非織造布纖維損傷較多，布的力學性能差，需要在非織造布中間層中加一定量的機織布作基布，起增強作用。同時針刺加工的非織造布等徑孔徑分布寬，過濾精度低。
[0007]聚苯硫醚容易被氧化的根本原因是由它的分子結構決定的，聚苯硫醚樹脂是由對二氯苯和硫化鈉在N-甲基吡咯烷酮溶劑中縮合聚合而成，理論結構式為:分子結構中的硫是以二價存在的，由于硫最外層電子不穩定性，而使它具有多種化合價，容易失去電子而與氧結合，從而因氧化導致降解、大分子斷裂。在宏觀上表面為纖維發化斷裂、開裂，力學性能大幅度下降等現象，最終影響產品的使用。
[0008]而采用針刺加固工藝生產的非織造布，由于針刺是剛性的，針刺上的鉤齒雖然會攜帶一定量的纖維移動，但是同時會使部分纖維損傷或者斷裂。同時由于刺針會在布上殘留一定孔洞，從而影響過濾精度。
【發明內容】
[0009]本發明克服了現有技術中的缺點，提供了一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材及其生產方法，針對聚苯硫醚容易被氧化的特點，采用添加抗氧化進行熔融共混紡絲，然后制成紡粘非織造布，通過抗氧化劑的加入，有效地起到提高聚苯硫醚抗氧化的能力，使采用聚苯硫醚制成的紡粘非織造過濾材料壽命大大提高，滿足了使用要求，同時，采用了針刺+水刺工藝，使得非織造布具有優異的過濾性能。
[0010]為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的:
[0011]—種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材,包括聚苯硫醚和抗氧化母粒，所述抗氧化母粒的重量百分數占總量的1%-5%。
[0012]進一步，所述抗氧化母粒包括作為基料的聚苯硫醚，作為主抗氧化劑的受阻酚類抗氧化劑和作為輔助抗氧化劑的硫代二丙酸雙酯類抗氧化劑，所述受阻酚類抗氧化劑和硫代二丙酸雙酯類抗氧化劑占所述抗氧化母粒總量的10%-15%。
[0013]進一步，一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材的生產方法，包括以下步驟:
[0014]I)預結晶、干燥步驟:將聚苯硫醚切片輸送到預結晶器進行加熱、預結晶，之后，在熱空氣的吹送下進入干燥塔內進行干燥處理；
[0015]2)熔融、紡絲步驟:含水率達到紡絲要求的切片被輸送到位于螺桿擠出機上方的干切片料斗，在重力的作用落到混料斗里，通過混料斗的作用，將抗氧化母粒與聚苯硫醚切片按所述比例混合輸送到螺桿擠出機里，進行熔融、混合，經過熔體過濾器過濾，過濾后的熔體被輸送到紡絲箱體內，通過計量泵傳動裝置的轉動，精確體積的熔體被計量泵輸送到每個紡絲組件上，經過緩冷后的熔體細流在側吹風的作用下，冷卻成為纖維長絲；
[0016]3)高速氣流牽伸步驟:每個紡絲組件下方的牽伸噴頭向下噴射形成高速氣流，纖維在高速氣流的作用下被加速，限制在氣流牽伸器的牽伸管內；出牽伸管后的纖維束在擺絲器的作用下鋪設成均勻的纖網；
[0017]4)纖網針刺預加固、水刺加固步驟:纖網在成網機的輸送下，進入到針刺機內進行針刺預加固，然后再進入水刺機進行水刺加固，通過烘箱烘干，形成了抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材。
[0018]進一步，所述針刺機的的針刺速度為l-10m/min，針刺針深為2_8mm，水刺壓力250-380bar，水刺速度 5_50m/min。
[0019]進一步，所述針刺機的針板上裝有刺針，刺針上設置有倒刺，針板帶動刺針上下高速運動，當刺針做穿刺運動時，纖維被刺針上的倒刺所攜帶運動。
[0020]進一步，所述水刺機采用高壓水，壓強為30_40MPa。
[0021]進一步，高壓水通過水刺機的水針板上的圓孔，形成高速極細的高壓射流，高壓射流垂直穿過纖網后，再被纖網下邊的托持網反射形成反射水針。
[0022]進一步，所述烘箱的烘干溫度控制在100_260°C之間。
[0023]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0024]本發明在熔融過程中加入一定量的抗氧化母粒，由于抗氧化母粒的加上，聚苯硫醚的在高溫有氧的情況下仍然保持良好的力學性能，產品使用壽命大大延長，可滿足燃煤電廠高溫尾氣除塵工況要求。此外，在非織造布的后加固過程中，本發明采用的是紡粘+水刺技術，即首先紡粘纖網通過簡單的預針刺獲得一定的力學性能，接著纖維在高壓水針水刺過程中進一步纏結，密度增加，纖網變成了具有良好力學性能的非織造布過濾材料。在水刺過程中纖維的損傷小，而纏結度高，這有力地保證了產品力學性能和過濾性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]附圖用來提供對本發明的進一步理解，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制，在附圖中:
[0026]圖1是本發明所述一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材的生產方法所用的設備組成圖。
[0027]I——儲料罐；2——預結晶器；
[0028]3—干燥塔； 4—混料斗；
[0029]5—螺桿擠出機；6—抗氧化母粒干燥塔；
[0030]7—過濾器；8—紡絲箱體；
[0031]9——計量泵；10——緩冷加熱器；
[0032]11——側吹風裝置；12——牽伸噴頭；
[0033]13——擺絲器；14——成網機；
[0034]15—下吸風裝置；16—針刺機；
[0035]17——水刺機；18——分切卷繞機。·【具體實施方式】
[0036]以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0037]本發明所述的一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材，包括聚苯硫醚和抗氧化母粒，抗氧化母粒的重量百分數占總量的3%，抗氧化母粒包括作為基料的聚苯硫醚，作為主抗氧化劑的受阻酚類抗氧化劑和作為輔助抗氧化劑的硫代二丙酸雙酯類抗氧化劑，受阻酚類抗氧化劑和硫代二丙酸雙酯類抗氧化劑占抗氧化母粒總量的12%。本發明通過在聚苯硫醚熔融紡絲過程中以母粒的型式加一定量的抗氧劑進行共混紡絲，通過抗氧化母粒的加入，大大提高聚苯硫醚的抗氧化性能，有效地延長聚苯硫醚紡粘非織造濾料的使用壽命。
[0038]參閱圖1，抗氧化聚苯硫醚非織造濾材的生產工藝流程如下所示:
[0039]聚苯硫醚切片一氣流輸送一預結晶一干燥一共混熔體紡絲一緩冷加抗氧化母粒一干燥熱一纖維性能活化一氣流牽伸一擺絲成網一針刺預加固一水刺加固一烘干一后整理一分切卷繞。
[0040]本發明在切片輸送上采用的氣流輸送，切片投進料桶，經振動篩將雜質篩除后，由羅茨風機產生的脈沖氣流輸送到樓頂的儲料罐1，在儲料罐I里的濕切片經過回轉閥的輸送，下落進到預結晶器2里。
[0041]在預結晶器2里，切片在熱風的吹送下呈沸騰的狀態，切片與切片之間相互碰撞，防止粘結。切片在預結晶器2里被加熱，結晶度升高、含水率降低，預結晶溫度在Iio-1eo0C0結晶度較高的切片在熱空氣的吹送下，進入了干燥塔3里。本實施例采用的是填充式干燥塔3，切片從干燥塔3的上方進入，在下落的過程中與從干燥塔3底部通入的已經除濕的熱空氣相遇，切片里的水分被熱空氣帶走，在干燥塔3里停留足夠長時間后，切片的含水率達到了紡絲的要求，干燥溫度105-150°C。[0042]含水率達到紡絲要求的切片被輸送到位于螺桿擠出機5上方的干切片料斗，在重力的作用落到混料斗4里，混料斗4是通過受料器底部的電動機驅動的注料齒盤，通過電動機的轉速去控制切片的數量，通過混料斗4的作用，將一定量的抗氧化母粒與切片按一定比例混合而輸送到螺桿擠出機5里，其中抗氧化母粒已經通過抗氧化母粒干燥塔6單獨干燥。
[0043]螺桿擠出機5分為六個區加熱，采用的是電阻加熱方式，溫度設置在205-350°C之間，螺桿擠出機5的下料口處設有冷卻循環水，以防止切片在下料口處環結。切片在螺桿擠出機5剪切和加熱的作用下，邊熔融邊前進并混合均勻。到了螺桿的末端，切片熔融完全，熔體壓力被壓力傳感器測定，通過壓力的反饋去控制螺桿的轉速從而保證熔體壓力的穩定。
[0044]熔融混合均勻完全，壓力穩定的熔體接下來被熔體過濾器7所過濾，過濾器7可有效除去熔體中的無機雜質與及凝膠粒子，以減少雜質對紡絲過程造成的不良影響。過濾器7為可切換式，當過濾壓差較大時，就將舊濾芯切換成新濾芯，以保證過濾效果的穩定性。
[0045]過濾后的熔體被輸送到紡絲箱體8內，紡絲箱體8內配備一定數量的計量泵9，經過熔體分配管的分配，熔體被合理分配到每一個計量泵9里。計量泵9為精密的齒輪泵，通過計量泵9的轉動，精確體積的熔體被計量泵9輸送到每個紡絲組件上。紡絲組件里裝有過濾砂，可以對熔體進行進一步的過濾，過濾后的熔體經過分配板的作用，均勻里進入到噴絲板的每個小孔里，熔體被噴絲板均勻地分成若干股細流，在壓力和重力的作用下，從噴絲板的小孔里擠出，暴露在空氣中。熔體過濾器7和紡絲箱體8由聯苯蒸氣加熱，以保證精確控溫。過濾器7和箱體溫度控制在285-350°C之間。
[0046]從小孔擠出的絲束如暴露在溫室的空氣中，其冷卻會過快而纖維牽伸困難，造成紡絲斷頭、飄絲等現象。因此我們在噴絲板下方設備了緩冷加熱器10，將噴絲板下方的空氣加熱，緩冷加熱器10的溫度控制在320-200°C之間。
[0047]經過緩冷后的熔體細流在側吹風裝置11的作用下，不斷被冷卻，由熔體轉變成固體，在牽伸力和冷卻的作用下，熔體內部的分子產生了一定的結晶和取向，成為具有一定力學性能的纖維長絲。側吹風的溫度由空調控制，對風的溫度與濕度進行精確控制，以此合理控制紡程長纖維的溫度與張力的分布。有利于實現高速紡絲，側吹風溫度控制在15?45°C之間。
[0048]由于聚苯硫醚結晶速率較快，若直接采用高速牽伸，紡絲應力過大而導致纖維發生斷頭、飄絲等現象，我們在纖維進入牽伸器前先將纖維通過一個纖維性能活化器，通過纖維性能活化器的作用，纖維的大分子鏈活動能力增加，因而纖維可以承受高速牽伸，使其結晶度和取向度大大提高。
[0049]纖維的牽伸過程是由在每個紡絲組件下方的牽伸噴頭12去實現的，牽伸噴頭12采用的壓縮空氣，壓縮空氣經過牽伸噴頭12內部的環形間隙后，向下噴射形成高速氣流，并在牽伸噴頭12的上方形成一定的負壓區，對纖維形成一定的吸力。纖維在牽伸噴頭12的上方吸入，在高速氣流的摩擦力作用下伴隨著氣流向下高速運動，高速氣流和纖維被限制在一定直徑一定長度的牽伸管內，纖維在牽伸管內最終可被加速至4000-6000m/min的速度。纖維速度遠遠大于熔體在噴絲板孔流出時的速度，因此熔體受到較強的拉伸作用，熔體分子在拉伸和冷卻的作用下并通過纖維性能活化器的作用，分子高度取向結晶，分子間作用力大大增強，纖維獲得了優異的力學性能。
[0050]出牽伸管后的纖維束在擺絲器13的作用下鋪設成均勻的纖網。擺絲器13的主要結構是可以高速擺動的若干個擺片，經擺片后絲束被順利鋪設成網，并隨著成網機14的運動向前輸送，成網機14設置有下吸風裝置15，用于從底部吸住纖網，保證成網的穩定性。
[0051]由于紡粘法生產出來的纖網與短纖相比，長絲移動困難，纖維受到的摩擦力較大，若直接進行水刺加固，纖維間的纏結較為困難，所需要的水刺壓力較高，產品的性能難以保證，因此纖維必須先經預針刺。
[0052]纖網在成網機14的輸送下，進入到針刺機16內加工。針刺機16的針板上裝有一定數量的刺針，針板可以帶動刺針上下高速運動。當刺針做穿刺運動時纖維被刺針上的倒刺所攜帶向下運動，纖維發生纏結，纖網被壓實。經過針刺預加固后的纖網里纖維相互發生纏結，纖維間的摩擦力和抱合力增加，形成了具有一定力學性能的針刺非織造布。
[0053]針刺預加固后的無紡布在水刺機17網簾的輸送下進行到水刺機17內加工，水刺固結法是讓高壓水(30?40MPa)通過水刺頭內水針板上數千個直徑極小的圓孔，形成高速極細的高壓射流，被稱為“水針”，它垂直穿過纖網后再被纖網下邊的托持網反射形成許多“反射水針”，纖網在“水針”和“反射水針”的作用下帶動纖維移動使纖網纏結成布，從而達到加固纖網的效果，經過多道與及正反面的水刺后，纖維之間產生十分良好的纏結抱合，纖維間的摩擦力和抱合力大大增加，纖網變成了具有良好力學性能的非織造過濾材料。
[0054]由于經過水刺后，布面含有較多的水分，因此需要將布通過烘箱烘干，烘干溫度控制在100-260°C之間，烘干后的無紡布并通過分切卷繞機18的作用分切成各種幅寬的產品，同時卷繞成一定長度的布卷。
[0055]本發明采用的是紡粘+水刺技術，既保證纏結好，又減少纖維損傷，集兩種技術的優點，減少兩種技術的缺點，針刺的纏結好，但纖維易損傷，水刺是纏結不夠好，但纖維不損傷。
[0056]針刺機16的的針刺速度為l-10m/min，預針刺頻率為450_1000Hz，針刺針深為2-8mm,水刺壓力250_380bar，水刺速度5_50m/min，水刺頭數目:3—6道，通過輕度的針刺，保證了一定程度的纏結，而通過水刺可以使纖維的纏結達到實際要求，同時又不會使纖維過度損傷，保證水流可以穿過纖網并且使纖維之間產生良好的纏結。
[0057]通過水刺后的非織造布根據客戶的要求進行覆膜、壓光、燙平等后整理。
[0058]生產出來的產品的纖維纏結良好，且纖維基本沒有損傷，產品的表面平整性好，力學性能優異，沒有殘留的針孔，過濾精度高。
[0059]最后應說明的是:以上僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換，但是凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材，其特征在于，包括聚苯硫醚和抗氧化母粒，所述抗氧化母粒的重量百分數占總量的1%-5%。
2.根據權利要求1所述的一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材，其特征在于，所述抗氧化母粒包括作為基料的聚苯硫醚，作為主抗氧化劑的受阻酚類抗氧化劑和作為輔助抗氧化劑的硫代二丙酸雙酯類抗氧化劑，所述受阻酚類抗氧化劑和硫代二丙酸雙酯類抗氧化劑占所述抗氧化母粒總量的10%-15%。
3.根據權利要求1或2所述的一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材的生產方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)預結晶、干燥步驟:將聚苯硫醚切片輸送到預結晶器進行加熱、預結晶，之后，在熱空氣的吹送下進入干燥塔內進行干燥處理； 2)熔融、紡絲步驟:含水率達到紡絲要求的切片被輸送到位于螺桿擠出機上方的干切片料斗，在重力的作用落到混料斗里，通過混料斗的作用，將抗氧化母粒與聚苯硫醚切片按所述比例混合輸送到螺桿擠出機里，進行熔融、混合，經過熔體過濾器過濾，過濾后的熔體被輸送到紡絲箱體內，通過計量泵傳動裝置的轉動，精確體積的熔體被計量泵輸送到每個紡絲組件上，經過緩冷后的熔體細流在側吹風的作用下，冷卻成為纖維長絲； 3)高速氣流牽伸步驟:每個紡絲組件下方的牽伸噴頭向下噴射形成高速氣流，纖維在高速氣流的作用下被加速，限制在氣流牽伸器的牽伸管內；出牽伸管后的纖維束在擺絲器的作用下鋪設成均勻的纖網； 4)纖網針刺預加固、水刺加固步驟:纖網在成網機的輸送下，進入到針刺機內進行針刺預加固，然后再進入水刺機進行水刺加固，通過烘箱烘干，形成了抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材。
4.根據權利要求3所述的一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材的生產方法，其特征在于，所述針刺機的的針刺速度為l-10m/min，針刺針深為2_8mm，水刺壓力250_380bar，水刺速度5_50m/min。
5.根據權利要求4所述的一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材的生產方法，其特征在于，所述針刺機的針板上裝有刺針，刺針上設置有倒刺，針板帶動刺針上下高速運動，當刺針做穿刺運動時，纖維被刺針上的倒刺所攜帶運動。
6.根據權利要求3所述的一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材的生產方法，其特征在于，所述水刺機采用高壓水，壓強為30-40MPa。
7.根據權利要求6所述的一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材的生產方法，其特征在于，高壓水通過水刺機的水針板上的圓孔，形成高速極細的高壓射流，高壓射流垂直穿過纖網后，再被纖網下邊的托持網反射形成反射水針。
8.根據權利要求3所述的一種抗氧化聚苯硫醚紡粘水刺非織造濾材的生產方法，其特征在于，所述烘箱的烘干溫度控制在100-260°C之間。
【文檔編號】D04H1/46GK103710880SQ201310698508
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】李 杰, 周思遠, 申景山, 肖紅軍 申請人:佛山市斯樂普特種材料有限公司