纺丝的方法和装置与流程

本发明属于化工纺织产品的生产方法领域，具体涉及一种纤维材料的生产方法和生产设备，更具体而言，涉及具有较高玻璃化转变温度的树脂，尤其是聚芳硫醚纤维的生产方法和装置。
背景技术：
：聚芳硫醚(pas)树脂具有优良的耐热性，屏蔽性，耐化学药品性，电绝缘性，耐湿热性等适合作为工程塑料的性质。作为聚芳硫醚的典型代表，聚苯硫醚(pps)被广泛用于各种产品加工中。其中，pps纤维是一种新型特种塑料纤维，是由聚苯硫醚树脂(pps)采用常规的熔融纺丝方法，然后在高温下进行后加工等即可制得，有长丝，单丝，纱线，短纤维等。拉伸后经过卷曲和切断可制得短纤维，短纤维性能：强度2.65～3.08厘牛/分特、伸长率25％～35％，熔点285℃，具有优异的热稳定性和阻燃性，氧指数值34～35，200℃时强度保持率为60％，断裂伸长无变化；耐化学性仅次于聚四氟乙烯(ptfe)纤维；有较好的纺织加工性能。制品主要用于高温烟道气和特殊热介质的过滤，造纸工业的干燥带以及电缆包胶层和防火织物等，其织布可以制作高级消防服装。然而，pps自身优异的性能也给目前对其纤维成型的工艺提出了新的要求。例如，在进行纺丝时，需要在油浴槽内对原丝纤维进行拉伸，以使其达到所需要的纤度，并且使分子链取向以增加纤维的强度。大多数的合成纤维，如聚酰胺，聚酯和聚烯烃等，在生产过程中，由于它们的玻璃化转变温度较低，因此在油浴拉伸过程中，温度通常设置为60～80℃。然而，pps的玻璃化转变温度较高，原丝在油浴槽内进行加热拉伸时，温度通常设置为90～98℃之间。通常，油浴槽的中的液体介质在油浴低位槽中进行加热，通过泵输送至油浴槽中，再回流至油浴低位槽进行循环使用，在开车或停车时，通过控制油浴槽回流至低位槽的阀门来调整油浴槽中液位的高低。在pps纤维的生产过程中，这样的模式就出现了问题：1.由于pps的玻璃化转变温度较高，加热温度需要在90℃以上，而将如此高温的液体介质从低位槽抽至油浴槽中时，在使用水或者混合溶剂作为介质时，容易产生气蚀，且通常会导致油浴槽中液体介质的温度波动超过±3℃；2.开车或停车时，需在短时间内用泵或阀门将大量的高温液体介质引入或抽离油浴槽，效率低且不经济。引用文献1公开了一种牵伸浴槽加热装置，包括具有进水口和出水口的牵伸浴槽、导管，还包括油锅炉、油浴槽和水泵，所述的油锅炉通过导管与油浴槽连接形成一个闭合的循环油路，所述的闭合油路内有导热油；所述的油浴槽通过导管分别与牵伸浴槽的进水口和出水口连接，所述的水泵通过导管将油浴槽的水和牵伸浴槽的水进行转移。尽管其采用了油浴槽和牵伸浴槽分离的方式，使得牵伸浴槽中的温度更加的均匀，方便牵伸的进行，但仍然需要将水加热后通过水泵将其输送，并将热水直接注入油浴槽。引用文献2公开了一种油浴丝束拉伸装置，该装置包括前道牵伸机辊筒装置、后道牵伸机辊筒装置和中间加热装置，中间加热装置设置在前道牵伸机辊筒装置和后道牵伸机辊筒装置之间，中间加热装置为油浴槽，油浴槽的两端分别设置有浸渍辊，浸渍辊对应设置有一个导向辊与前道牵伸机辊筒装置、后道牵伸机辊筒装置相衔接；该装置可以防止丝束的相互粘结，方便后面的丝束分流堆叠卷曲，方便拆卸便于维修，也可以减少废丝的产生。但其并不涉及作为加热介质的循环和输送。因此，尽管本领域中在纺丝拉伸工艺中处于稳定纤维拉伸时的温度，尝试了多种办法，但对于在纤维拉伸时加热装置的设置以及作为加热介质的循环设置仍然有进一步改进的余地。引用文献：引用文献1：cn202380141u引用文献2：cn106757434a技术实现要素：发明要解决的问题针对上述本领域中在纺丝或纤维拉伸工艺中基本情况，本发明所要解决的技术问题在于对于需要高温加热的树脂纺丝或树脂纤维拉伸工艺中，如何保持纤维拉伸中受热均匀、且受热温度精确可控，避免由于加热介质的高温传输对于油浴槽中纤维的品质的损害，以及避免设备启动或停止时，加热介质流动的剧烈变动所导致的加热介质的利用率不充分的问题。此外，本发明也涉及如何提供一种生产高品质纺丝纤维、尤其是聚芳硫醚纺丝纤维的方法。用于解决问题的方案通过本发明发明人的大量研究，发现采用如下办法可以解决上述技术问题：[1].本发明首先提供了一种树脂纺丝的方法，包括：将树脂或其组合物形成的纤维引入油浴槽的液体介质中，在所述液体介质中对所述纤维进行拉伸，所述液体介质从油浴储槽中流入油浴槽，从油浴槽中流出的液体介质流入低温槽，所述油浴储槽中的液体介质的温度高于所述低温槽中液体介质的温度，[2].根据[1]所述的方法，所述液体介质通过输送泵被从所述低温槽送入所述油浴储槽中。[3].根据[1]或[2]所述的方法，所述树脂的玻璃化转变温度为85℃以上，优选所述树脂为聚芳硫醚树脂。[4].根据[1]～[3]任一项所述的方法，所述液体介质在所述油浴储槽中被加热，优选液体介质被加热到90℃以上。[5].根据[1]～[4]任一项所述的方法，所述油浴槽中液体介质的温度为90℃以上；[6].根据[1]～[5]任一项所述的方法，所述低温槽中的液体介质温度为20～80℃，优选60～80℃。[7].进一步，本发明还提供了一种用于树脂纺丝的油浴装置，包括：油浴槽，油浴储槽，低温槽，所述油浴槽、油浴储槽和低温槽通过管路和阀门相连接。[8].根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述树脂的玻璃化转变温度为85℃以上，优选所述树脂为聚芳硫醚树脂。[9].根据[7]或[8]所述的装置，所述装置还包括输送泵以输送液体介质，所述液体介质通过输送泵被从所述低温槽送入所述油浴储槽中。[10].根据[7]～[9]任一项所述的装置，所述油浴储槽具有加热装置以加热液体介质，所述液体介质在所述油浴储槽中通过加热装置被加热，优选液体介质被加热到90℃以上。[11].根据[7]～[10]任一项所述的装置，所述油浴槽中还设置牵伸辊。[12].根据[7]～[11]任一项所述的装置，所述装置中，液体介质从油浴储槽流入油浴槽，从油浴槽中流出的液体介质流入低温槽。发明的效果通过本发明上述方法的使用，在对聚芳硫醚的纺丝或纤维制备过程中可以获得如下的有益的技术效果：1)本发明中，相对于现有的油浴槽设备，引入了独立的油浴储槽，在该油浴储槽中加热油浴用液体介质，加热后的液体介质通过阀门送入到油浴槽中，避免了由泵直接将热的液体介质送入到油浴槽中，因此，作为液体介质输送的缓冲容器，可以避免泵启停瞬间所导致热的液体介质的输送不稳定情况及气蚀的发生。2)液体介质在油浴储槽中加热温度易于控制，并且，可以通过阀门能够以稳定流速流入到油浴槽中，能够避免油浴槽中由于热对流的加剧所导致对纤维的品质的影响。并且，通过控制流入油浴槽中的热的液体介质的流速或流量能够更精确的控制油浴槽中的温度。3)与现有技术在低位槽中加热液体介质(与油浴槽中所预设处理温度接近或略高)不同，本发明中低位槽中可以不对液体介质进行加热或者是仅仅进行适当的预热(温度不超过80℃)，因此，本发明中也将现有技术中的低位槽称之为低温槽。从低温槽中将温度低的液体介质通过泵来进行输送，避免了传统工艺中使用泵来输送高温介质时泵的高温损耗；同时也增加了加热的效率，使短时间内将大量高温液体介质引入油浴槽成为了可能。附图说明图1：现有技术中用于聚芳硫醚纺丝或纤维拉伸时油浴槽的示图；图2：本发明中用于聚芳硫醚纺丝或纤维拉伸时油浴槽的示图。以上图示中：左边是俯视图，右边是正视图。具体实施方式以下将对本发明所述的树脂纺丝方法及其设备进行详细说明。需要说明的是，除非特殊声明，本发明所使用的单位名称均为本领域通用的国际单位名称。此外，本发明以下出现的数值的点值或者数值范围均应当理解为包括了工业上允许的误差。<本发明第一方面>本发明的第一方面涉及一种树脂纺丝的方法，对于这样的树脂种类没有特别的限定，只要所述树脂的玻璃化转变温度为85℃以上，优选为90℃以上即可。本发明的第一方面尤其对聚芳硫醚树脂及其组合物的纺丝特别适用。更具体而言，在本发明一些具体的实施方案中，涉及一种在油浴槽中对聚芳硫醚纤维进行拉伸的方法。聚芳硫醚或其组合物聚芳硫醚(polyarylenesulfide，pas)的链结构重复单元为-[-ar-s-]-或具有此种重复单元片断的高分子聚合物，分子主链结构中以芳基和硫醚结构为主的一类高分子聚合物的统称。该类聚合物有一系列的优异性能；如优异的耐热性、耐化学腐蚀性、耐辐射、阻燃性、优良的力学、电学性能以及尺寸稳定性等。对于适用于本发明的聚芳硫醚，没有特别的限定，可以是本领域通常适用于纺丝的各种聚芳硫醚。本发明所述的聚芳硫醚，不受限制的，可以选自聚苯硫醚、聚芳硫醚砜、聚芳硫醚酮、聚芳硫醚腈、聚芳硫醚酰胺、聚芳硫醚砜酰胺、聚芳硫醚酮酰胺或聚苯硫醚的共聚物中的任一种或多种任意比例的混合物。本发明可以使用的聚芳硫醚树脂的重均分子量没有特别的限定，在一些优选的实施方案中，可以为2.0×104以上、4.0×104以上、6.0×104以上，并且通常为10.1×104以下。在一些具体的实施方案中，本发明所述的聚芳硫醚除了上述的聚合物以外，还可以根据任意需要，配合使用其他的树脂以形成组合物，例如具有与聚芳硫醚具有相容性的聚酰胺、聚酰亚胺或酚醛树脂等。优选的，本发明所述的聚芳硫醚除了聚芳硫醚本身以外，还可以包含不高于基于混合物或组合物总质量40％的其他树脂。在另外一些具体的实施方案中，本发明所述的聚芳硫醚中还可以使用作为增强成分的填料，这些填料可以为无机颗粒、短切纤维等。对于短切纤维，其可以为有机纤维也可以为无机纤维，例如玻璃纤维、碳纤维等。另外，不受限制的，本发明中的聚芳硫醚中，还可以包含各种功能性助剂。例如所述功能性助剂可以选自抗氧化剂、抗静电剂、柔顺剂、增白剂、光稳定剂、染料或哑光剂中的一种或多种。纺丝本发明所涉及的纺丝，可以借助本领域通常的纺丝或挤出设备而进行，在有必要的情况下可以借助或使用有机溶剂。本发明中的可选的有机溶剂为二甲基亚砜、环丁砜、二苯砜、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、环己酮和四氯乙烷中的至少一种或多种的混合。在优选的实施方案中，本发明可以不使用这些有机溶剂。在一些具体的实施方案中，聚芳硫醚或其组合物通过熔融的方式或借助溶剂的方式进行纺丝。例如，聚芳硫醚或其组合物通过加热而被从喷丝板挤出以形成纤维。在另外一些具体的情况下，作为纺丝原料的聚芳硫醚树脂或其组合物可以与任选的添加剂进行混合，并被加入到挤出机中，进行共混挤出。聚芳硫醚树脂或其组合物的挤出，可以使用本领域通常加工聚芳硫醚树脂的挤出机。没有特别的限定，但从挤出效率考虑，优选使用螺杆挤出机，更优选使用双螺杆挤出机挤出。挤出机中各段的温度设置为一区150-250℃，二区180-300℃，三区180-350℃，并且，挤出机出口模具的温度为190-320℃，优选为250-300℃。在本发明一些优选的实施方案中，挤出速率为0.1-2m/s，优选为0.5-1m/s。油浴拉伸上述纺丝中通过喷丝板或者挤出机模口制备得到纤维，这些纤维通过牵引辊被导入油浴槽中，进行进一步的拉伸。通过设置在油浴槽中的一个或多个牵伸辊对纤维进行牵引，将纤维浸渍于油浴槽中的液体介质中。对于液体介质，没有特别的限定，其包括各种溶剂以及用于纤维表面处理的物质。对于溶剂，其可以选自沸点在85℃以上，优选为90℃以上的各种溶剂，通常根据需要，可以选自水、nmp、dmf、dmso、dmac或三甘醇的一种或多种；优选水或水相共混溶剂，所述水相共混溶剂为水和nmp、dmf、dmso、dmac、三甘醇等的一种或多种的共混溶剂，更优选水。对于表面处理的物质，没有特别限定，可以使用市售的各种用于处理纤维表面的物质，例如整理剂等。对于油浴槽中液体介质的温度，只要其温度在所拉伸的聚芳硫醚或其组合物的玻璃化转变温度tg以上，就没有特别的限定。在本发明一些具体的实施方案中，油浴槽中液体介质的温度在90℃以上，优选为95℃以上，任选的，油浴槽还具有加热装置。由于液体介质的温度高于所拉伸的树脂或树脂组合物的玻璃化转变温度，因此，上述纤维可以在油浴槽中被牵引和拉伸。对于牵引辊的牵引速度，没有特别的限定，通过对多个牵伸辊不同速率的设定，可以获得不同拉伸效果的纤维，根据所需的纤维纤度，也可以设定所需的牵伸辊的数量。本发明中，通过牵伸辊的拉伸，得到的纤维的纤度范围可以为0.8-6.0d，优选为1.0-5.0d。本发明中，喷丝或挤出后得到的纤维，可以在至少一个上述的油浴槽中进行拉伸，在一些具体的实施方案中，可以设置相同或不同的多个油浴槽。油浴槽中设置有液体介质的入口和出口。其中，油浴槽的液体介质的出口通过阀门、管路与低温槽相连接，油浴槽的液体介质入口通过阀门、管路与所述油浴储槽相连接。通过出口、入口的阀门控制液体介质流入或流出油浴槽的速率，并可以由此控制油浴槽中液体介质的温度。在一些具体的实施方案中，所述出口被设置在油浴槽的底部，通过介质的冷热对流从底部将低温的液体介质排出油浴槽，例如当从油浴储槽流入油浴槽的液体介质造成油浴槽中液体介质的液面超出了标准，此时位于油浴槽底部的出口的阀门被打开，同时可以关闭油浴槽的液体介质入口阀门。在另外一些具体的实施方案中，所述出口被设置在油浴槽液体介质的标准线之上、紧邻标准线处，当油浴槽中的液体介质液面超出了标准线时，则多余的液体介质自动从出口被排出。优选的是，油浴槽可以具有一个或多个液体介质出口，可以分别设置在底部以及油浴槽液体介质液面标准线之上。同样，油浴槽也可以具有一个或多个液体介质入口，这些液体介质入口可以均与一个油浴储槽通过管路相连，也可以分别与多个油浴储槽通过管路相连接。对于液体介质入口设置的位置，没有特别的限定，但从控制油浴槽中液体介质温度均衡的角度考虑，入口可以尽量靠近油浴槽的中部，或者将入口设置为位置可移动入口，通过规律的往复运动将高温液体介质均匀的输送到油浴槽各部分，或者当具有多个入口时，可将各个入口均匀分布于油浴槽的不同部位。不受限制的，油浴槽还可以具有其他辅助设置，例如液体介质搅动器，保温设备等。油浴槽中低温液体介质通过阀门和管道被引入低温槽中，在一些实施方案中所述低温槽位可以位于油浴槽的下方，通常也可以叫做低位槽。低温槽盛放使用过的或者多余出的液体介质，这些液体介质相对于油浴槽中的液体介质具有相对低的温度。在一些具体实施方案中，低温槽中液体介质的温度可以维持在20～80℃，优选60～80℃。任选的，可以在低温槽中设置保温装置或者温度加热装置，使得其中液体介质温度维持在上述温度范围以内，温度太低，则经过后续泵将低温液体介质传送到油浴储槽时需要花费更多的能源进行再次加热，而温度太高，则不可避免的使用泵传输高温液体介质，有可能增加对泵的损耗。当高温液体介质从油浴储槽中流入到油浴槽后，油浴储槽需要补充液体介质，此时，通过泵将低温槽中的低温液体介质经由管路输送到油浴储槽中，并在油浴储槽中加热到90℃以上，优选为95℃以上。通过上述的液体介质的流动，实现液体介质的循环使用。本发明中，通过油浴储槽的设置，避免了传统设计中在低位槽(与本发明的低温槽相对应)中直接加热液体介质到90℃以上的高温，然后通过泵将高温液体介质直接加入到油浴槽中所导致的缺陷。一方面，可以避免使用泵传输高温液体介质，这样避免了泵的机械损耗，另一方面，泵传输的液体介质输入到油浴储槽中，油浴储槽起到缓冲作用，可以避免在每次泵的启停瞬间所造成的液体介质的传输不稳、难以控制的问题，也可以避免由于高温液体介质的传送所导致的气蚀的发生。油浴储槽可以作为缓冲器避免这种瞬时的液体介质的流量不稳的情况，通过油浴储槽的阀门，使得在任意时刻均可以以稳定的流速将高温液体介质输送到油浴槽中，因此，可以更为精确的控制油浴槽中液体介质的温度。本发明优选的实施方案中，通过上述方法，可以将油浴槽中液体介质的温度波动控制在±1℃以内。<本发明的第二方面>本发明的第二方面涉及一种用于树脂纺丝的油浴装置，所述树脂的选择与本发明的第一方面相同。所述装置包括：油浴槽，油浴储槽和低温槽。通过油浴槽中的液体介质对树脂纤维进行处理。所述液体介质从油浴储槽流入油浴槽，从油浴槽中流出的液体介质流入低温槽。现有的使用油浴槽进行纤维拉伸的工艺如示意图1中所示。典型地，在涤纶或丙纶等纺丝过程中，油浴槽中液体介质具有一定的温度，其作用是将原丝在槽内进行拉伸以达到一定的纤度，并利用油浴槽中的液体介质保护聚合物的表面以防止其在拉伸时造成大量缺陷而不利于后续的加工。由于在这里油浴加热所使用的温度较低，大约为60～80℃，因此可以用泵将在低位槽(与本发明低温槽对应)加热好的液体介质打入油浴槽，并在油浴槽的一端开启阀门将多余的液体介质回流至低位槽重复使用。通过这样内循环的方式，可以保证在油浴槽内的丝束一直处于液面以下，并且加热拉伸能够正常的进行。因此，现有技术通常是在低位槽中对液体介质进行加热，进而通过油泵直接将热的液体介质送入油浴槽中。如上所述，对于这样的油浴槽的设计，如果直接用于玻璃化温度较高的树脂，如聚芳硫醚树脂纤维拉伸的时候，存在上文已经阐述过的问题，尤其的，如果在这样的低位槽中将液体介质加热到与油浴槽中所需的温度相同或略高的温度，并直接用泵吸将热的液体介质送入油浴槽中，通常会导致油浴槽中液体介质的温度波动超过±3℃。本发明的装置中，相对于现有技术，在使用泵将低温槽中的液体介质输送到油浴槽之前，先将液体介质输送到油浴储罐中，并在油浴储槽中加热到与油浴槽中所需的温度相同或略高的温度，例如90℃以上。如图2所示，本发明的装置中油浴槽包括至少一个牵伸辊，用于树脂纤维丝束的拉伸和牵引。所述纤维位于油浴槽的液体介质液面以下，油浴槽中的液体介质的温度为90℃以上，并且油浴槽中设有液体介质的入口和出口以及相应的阀门。对于所述入口和出口的设置与本发明第一方面是相同的。纤维拉伸过程中，如果油浴槽中的液体介质温度降低，可以通过流入高温液体介质和流出低温液体介质来进行调节。低温液体介质通过阀门和管路流入低温槽中，此时的低温槽中，维持温度在20～80℃，而不必像现有技术那样再次在低温槽中将介质直接加热到90℃以上。在一些优选的实施方案中，在油浴槽的上部增加了一个油浴储槽，在生产过程中，可以依旧将低温槽中的液体介质预热至20～80℃或20～60℃或20～50℃或20～40℃(低于油浴槽中所需的液体介质的温度)，并通过泵输送到油浴储槽中，之后在油浴储槽中进行加热至90℃以上，再引入油浴槽，液体介质回流部分依旧可以通过阀门控制回流至低温槽进行内循环从而实现循环使用。通过这种上述装置的使用，可以避免直接用泵抽取高温液体，可以大大减少气蚀的发生，并且由于高温的加热在油浴储槽中进行，可以方便地对温度进行精确的控制并减少了能耗，经过检测，发现这样的装置可以对牵伸时油浴的温度控制在±1℃以内。利用这样的循环，纤维丝束的温度也能得到很好的控制，在牵伸过程中减少毛丝或断丝的产生。实施例以下，列举实例，对本发明进行更具体的说明，但本发明并不仅限于这些实例。将油浴槽的体积设置为300l，所用溶剂设置为水。在对照组中，采用图1所示的方式，在低位槽中加入液体介质(水和整理剂的混合物)，并直接进行加热，待低位槽中的液体介质温度达到98℃后，再将该液体介质通过水泵抽至油浴槽内，水泵最高流量为16m3/h，功率4kw，并通过循环维持油浴槽内液体介质温度的稳定。在实验组中，采用图2所示的方式，低温槽的液体介质(与对照组中液体介质的组成相同)温度控制为70℃，而油浴储槽的液体介质温度控制为98℃，低温槽至油浴储槽所用水泵与对照组一致，油浴储槽通过阀门控制直接将液体介质引流至油浴槽，同样利用循环维持温度的稳定。将油浴槽的目标温度设定为95℃，分别统计了不同方法将油浴槽充满液体介质的时间，以及在充满之后液体介质温度的波动情况，其结果如下表所示。对照组实验组充满时间2min40s温度波动(℃/h)2.580.87可以发现，通过引入油浴储槽，可以将油浴槽充满液位的时间大大缩短，这加快了开停车时的操作速度；此外，在正常生产时，其温度波动也较对照组大大降低，这对提升整体纺丝过程的稳定性和纤维的品质均有较大的好处。产业上的可利用性本发明的技术方案可以在工业上用于聚芳硫醚纤维的生产。当前第1页12