纺丝用聚苯硫醚切片干燥技术的研究

李淑静

（山西工程技术学院，山西 阳泉 045000）

纺丝用聚苯硫醚切片干燥技术的研究

李淑静

（山西工程技术学院，山西 阳泉 045000）

通过实验探讨不同干燥温度与干燥时间对切片含水率的影响，研究干燥工艺对聚苯硫醚切片结晶度的影响，以及切片干燥前后原纤结构变化情况。结果显示，在一定干燥时间下，随着干燥温度的升高，切片的含水率降低，但干燥温度过高，PPS切片出现被氧化变黄的现象，结晶度明显增大；在一定的干燥温度下，随着干燥时间的延长，切片的含水率有所降低，而 PPS切片的结晶度变化幅度较小。最佳的干燥工艺为：真空度0.088 MPa，干燥温度120~125℃，干燥时间20~22 h，干切片的含水率小于0.0030%。通过扫描电镜分析对比干燥前后切片原纤结构，发现干燥前PPS切片横截面呈无规则孔状，随着高聚物内水分的脱出，干燥后切片的横截面孔隙结构密实，芯吸效应增大。

聚苯硫醚；切片；干燥技术

聚苯硫醚，英文名称为Polyphenylene sulfide，简称PPS，是一种综合性能优异的特种工程塑料，具有机械强度高、耐高温、耐化学药品性能强、高阻燃等优点。鉴于上述优点，将聚苯硫醚制成单丝后，加工成过滤网材用于电厂或锅炉除尘等，可大大降低更换频率，延长使用时间，降低成本。纺丝用PPS切片在加工过程中会含有一定水分，含水率过高纺丝过程中容易产生断头，甚至造成纺丝无法正常进行。因此PPS切片在纺丝前应进行干燥处理。但是由于PPS大分子中—S—基团容易被氧化，甚至导致大分子产生氧化交联反应，从而影响PPS纤维的成形，无法正常纺丝。所以切片的干燥方式的选择至关重要，既要保证一定的含水率，又不能使PPS的结构发生改变，所以本实验选择真空转股干燥机来进行干燥，既可以减少PPS树脂的含水量，改善含水的均匀性，提高和控制PPS树脂的结晶度及软化点[1]，又能避免PPS被氧化。本实验通过研究不同的干燥工艺对切片含水率的影响，寻求一套复合纺丝要求的最佳干燥工艺，同时通过控制工艺条件使切片的表面结晶度变化在一定范围内，为后道纺丝提供优质的原料。

1 实验部分

1.1 实验原料

线型PPS切片：Fortron型，由日本宝理塑料集团提供。

1.2 仪器与设备

本实验中所用的仪器见表1。

表1 设备与仪器一览表

2 结果与讨论

2.1 干燥温度对PPS切片干燥效果的影响

真空转鼓干燥机的优点是干燥质量高，更换品种容易，干燥过程中特性黏度降小[2]。根据生产实践得知，干燥温度对切片干燥过程影响很大。一般是干燥温度愈高，为达到工艺要求含水率所需时间愈短，干燥的效果也愈好，但过高的干燥温度会使PPS切片的黏度降增大，甚至使切片颜色变黄，影响纺丝质量。据资料知，干燥温度通常选取 （130±5）℃，鉴于本实验采用真空转鼓干燥机，可以使干燥温度偏低，故选取干燥温度在105～145℃之间进行试验，干燥时间为16 h。实验所测得的色泽变化和含水情况见表2。

表2 不同干燥温度下PPS切片的含水率和色泽的变化

由表2可以得出，当干燥温度低于135℃时，随着干燥温度的提高，干燥速率加快，故干燥效果提高，切片的含水率由0.0069%下降至0.0020%，切片的色泽基本无变化；当干燥温度超过135℃后，切片的含水率趋于平衡，但是切片色泽变黄严重。因此，干燥温度越高，达到工艺要求含水率所需时间愈短，且趋于平衡的含水率越低。但是干燥温度过高，PPS切片有变黄的现象，说明高聚物出现氧化反应，所以，选择干燥温度要尽量避免上述现象的发生。另外，实验中真空转股干燥机采用导热油加热，真空度为0.088 MPa。因此，综合各方面的因素考虑，最佳干燥温度选择在115～125℃之间时，得到的切片的含水率较低，品质较好。

2.2 干燥时间对干燥效果的影响

在本干燥实验过程中，视干燥介质 (热空气)的温度、湿度、流速及与物料的接触方式在整个干燥过程中均保持恒定，即恒定干燥。切片的干燥效果主要受干燥速率的影响。随着干燥时间的延续，水分被不断汽化，湿物料的质量减少，随着干燥时间的延长，物料的自由含水量趋近于零。干燥速率就是单位时间内汽化的水份质量[2]。式中：

U—干燥速率，kg／(m2·s)；

Gc—湿物料中的干物料质量，kg；

X—湿物料的干基含水量，kg水／kg干料；

A—干燥面积，m2；

τ—干燥时间，s。

由公式 （1）知，要保证PPS切片的干燥质量，必须有一定的干燥时间，干燥时间与干燥温度、真空转鼓干燥机的真空度有关。实验中真空转股干燥机的真空度控制在0.088 MPa。据资料报道，干燥时间一般在4～24 h不等，实验选取干燥温度125℃，对不同干燥时间下PPS切片的含水、色泽进行测试，结果见表3。

表3 不同干燥时间PPS切片的含水率和色泽的变化

由表3可以得到，当干燥温度为125℃、真空度0.088 MPa，干燥时间低于20 h时，随着干燥时间的延长，PPS切片的含水率急剧下降，切片的色泽基本无变化；当干燥时间超过20 h后，切片的含水率趋于平衡，但是当干燥时间超过24 h后，切片的颜色开始变黄。因此，选择合适的干燥时间对于整个生产过程非常重要。干燥时间太短，达不到工艺所要求的含水率；干燥时间太长，切片的质量不容易控制，并且耗电，耗汽量增加，成本加大，设备的生产能力降低，合理的干燥时间应该选择趋于平衡水分后1～2 h，使之有一个切片之间和切片内部含水率的均衡过程，以控制切片的含水率最低，且较均匀。因此，综合以上各个因素，选择最佳干燥时间为20～22 h。

2.3 干燥温度对PPS切片结晶度的影响

PPS切片的冷结晶温度 （Tc）为125℃，根据结晶原理，干燥温度在结晶温度附近，随着PPS切片中水分的去除，同时伴随着高聚物结晶的发生，在一定的干燥温度下，PPS切片的结晶速度与干燥时间成正比。在玻璃化温度Tg和熔点Tm之间，干燥温度越高，越容易结晶，但是过高的结晶度会使PPS切片熔点提高，不易熔融，在后道纺丝中必须提高纺丝温度，这样螺杆挤压机容易发生故障，不利于纺丝过程的进行。要适当控制PPS切片在干燥过程中结晶度的增加，使其具有适合后序纺丝的结晶度要求。因此，在PPS切片的干燥过程中干燥温度不宜太高。实验在不同的干燥温度下对PPS切片结晶度的变化进行研究，干燥时间均为16 h。结果如表4、图1所示。

表4 不同干燥温度下PPS切片结晶度的变化

图1 不同干燥温度下PPS切片DSC曲线

由表4、图1可知，在冷结晶温度附近干燥时，热焓值有所增加，随着干燥温度的升高，结晶速率有所提高，结晶度增大，当干燥温度超过135℃时，结晶度大于13.73。但对于纺丝来说，切片的结晶度不宜太大，因此干燥温度的选择应该考虑结晶度的变化。所以干燥温度不宜高于135℃。

2.4 干燥时间对PPS切片结晶度变化的影响

在一定的干燥温度下，随着干燥时间的延长，切片的含水率有所降低，但是干燥时间过长也容易使PPS切片的结晶度增加，因此，在保证一定的含水率的前提下，同时考虑节约成本，干燥时间不宜太长。实验选择干燥温度为125℃。在不同的干燥时间下研究PPS切片结晶度的变化见表5，随着干燥时间的增加，PPS切片的热焓值变化不明显，结晶度变化不大，因此，干燥时间对于切片的结晶影响可以不予深入探讨。

表5 不同干燥时间下PPS切片结晶度的变化

2.5 干燥前后切片原纤结构变化分析

实验取干燥前的切片和干燥后切片（含水率0.0039%）的横截面进行扫描电镜分析，发现干燥前的PPS切片横截面呈无规则孔状 （见图2），随着高聚物内水分的脱出，干燥后切片的横截面孔隙结构密实，芯吸效应增大（见图3），故干燥后切片极易吸收水分。例如将含水率为0.0050%的切片，在密封桶内放置24 h，含水率增加到0.0060%；放置96 h，含水率增加到0.01%。

图2 干燥前的PPS切片SEM照片

图3 干燥后PPS切片SEM照片

3 小结

通过对PPS切片干燥过程中切片的含水率与干燥温度和干燥时间的分析试验，得到PPS切片最佳干燥工艺为：真空度在0.088 MPa时，干燥温度：120～125℃，干燥时间：20～22 h，干切片的含水率：小于0.0030%。

在实验过程中发现，干燥后的切片很容易再吸收水分，含水率上升。使切片的含水率达不到要求，因此防止干切片在贮存过程中重新吸湿是相当重要的问题，PPS干切片应在低于70℃时出料，避免与空气接触被氧化变黄。在实际生产中建议采用干燥的惰性气体N2保护。

[1] 何国仁，曾汉民，胡江滨，等.不同氧化处理的聚苯硫醚结构和性能 [J].高分子科学与材料工程，1986 (6):16-20.

[2] 吴大诚，何勤.合成纤维熔体纺丝 [M].北京:纺织工业出版社，1980:166，157-160.

THE STUDY ON THE DRYING TECHNOLOGY OF POLYPHENYLENE SULFIDE SLICE BASED ON SPINGNING

LI Shu-Jing
(Shanxi Institute of Technology，Yangquan 04500，China)

Discussed by experiments in this paper，the influence about the rate of water content of slice with different drying temperature and drying time，and studied the effects of PPS slice with the drying process，as well as the changes of febrile structure before dried and after.The results showed that under certain drying time，the rate of water content of slice is reduced with the increase of drying temperature，but the drying temperature is too high，PPS slice appeared yellow oxidized phenomenon，and the crystallization degree increased obviously;Under certain drying temperature，with the extension of drying time，the rate of water content of slice is reduced，but the variations crystallization degree of PPS slice is smaller.Best drying technology is the vacuum degree in 0.088 MPa，the drying temperature of 120~125℃，the drying time of 20~22 h，slice of the moisture content is less than 0.0030%.Analyzed by SEM before and after drying section of febrile structure，found that PPS slice cross section shows no rules hole shape before drying，with the water of the high polymer water prolapsed，the cross section of pore structure is compact of the dried slice，the effects of core absorption increased.

polyphenylene sulfide;slice;drying technology

TQ342.29

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2014.03.005

1672-500X(2014)03-0015-04

2014-07-17

李淑静 （1984-），女，河北衡水人，助教，主要从事聚苯硫醚纤维的制备研究。