聚苯硫醚纤维表面覆盖硅涂层的工艺方法 所属技术领域
本发明属于特种纤维的生产、应用领域。
背景技术
高性能聚苯硫醚具有优异得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寻找使之纤维化使用的新方法。
PPS纤维耐化学稳定性好，它在极其恶劣的条件下仍能保持其原有的性能，具有突出的化学稳定性，仅次于聚四氟乙烯纤维。在高温下，放置在不同的无机试剂中一周后能保持原有的抗拉强度。它还具有很好的耐有机溶剂的性能，除了93℃的甲苯对它的强度略有影响外，在四氯化碳、氯仿等有机溶剂中，即使在沸点下放置一周后其强度仍不会发生变化，温度为93℃的甲酸、醋酸对它的强度也没有影响。由聚苯硫醚纤维制成的非织造布过滤织物在93℃的50％硫酸中具有良好的耐蚀性，强度保持率无显著影响。在93℃、10％氢氧化钠溶液中放置二周后，其强度也没有明显的变化。
PPS纤维热稳定性优良，它具有出色的耐高温性，熔点达285℃，高于目前工业化生产的其他熔纺纤维，因此尺寸稳定。其极限氧指数可达35％一45％，在正常的大气条件下不会燃烧。聚苯硫醚纤维的耐热性还表现在：它在200℃时的强度保持率为60％，250℃时约为40％。在250℃以下时，其断裂伸长基本保持不变。若将其复丝置于200℃的高温炉中，54天后断裂强度基本保持不变，断裂伸长降至初始断裂伸长地50％；在260℃下经48小时后，仍能保持纤维初始强度的60％，断裂伸长降至初始断裂伸长的50％。出此之外，PPS纤维具有优良的纺织加工性能，可以加工成各种规格、各种形状的纤维制品。
但是在某些极端场合，对纤维的高温强度保持率有更高的要求，例如在温度较高时会出现因聚苯硫醚纤维玻璃化和达到聚苯硫醚熔点会造成过滤材料软化，从而使过滤材料发生空隙堵塞而降低生产效率。
美国专利US：6280880中介绍用氮气和氧气作为载体，然后在其中加入1-5％的氟气，然后在30-38％的氢氧化钾溶液中处理聚苯硫醚纤维或聚苯硫醚砜纤维，得到纤维表面含氟为0.01-0.2％的经过处理后的纤维。用该方法处理纤维后只是提高了纤维的耐化学品的能力，并不会提高纤维的氧指数和耐高温的能力。
美国专利：US：5030509中介绍了对聚丙烯晴纤维进行表面涂层的处理方法，经过对该种纤维进行表面涂层处理后，提高纤维的氧指数和耐高温的能力。
到目前为止，未见具体制造聚本硫醚纤维表面涂层使之提高纤维高温强度保持率的相关报道。
本发明的目的是研究一种在聚苯硫醚纤维表面覆盖硅涂层的工艺方法，解决聚苯硫醚纤维在较高温度下会出现的问题，如：其机械性能降低，同时纤维耐高温能力得到提高，可以在较长(200小时以上，甚至更长的时间)的时间内保持在温度为200-2650C的环境中，其聚苯硫醚纤维力学性能基本保持不变。
【发明内容】
采用硫化钠与对二氯苯为原料合成后经熔融纺丝纺织得到的聚苯硫醚纤维原丝；纤维原丝进行热牵伸处理成成品纤维；所述聚苯硫醚成品纤维用含有苯酚硅酮树脂、羟基-聚硅氧烷树脂、聚对苯二甲酰对苯二胺中至少之一的成膜物质溶液预涂敷后，在温度为20-3600C常压空气或氮气保护的条件下热处理得到涂敷厚度为1-100微米硅涂层的聚苯硫醚纤维产品。
在发明中使用的成膜工艺是：把聚苯硫醚成品纤维从3个或5个长3-6m装有成膜物质的溶液槽中以0.1-0.6m/min的速度浸渍纤维，从而使纤维通过3个或5个溶液槽的时间不低15分钟(min)，然后将浸渍有成膜物质的聚苯硫醚纤维在20-6000C的温度下进行热处理，此时的处理时间不超过60min，同时不低于10秒(s)，经过这样的处理就得到了在聚苯硫醚纤维表面涂覆有硅涂层的聚苯硫醚纤维。
本发明的热处理器是圆柱形或平板形的电加热器，根据涂层的需要可以串联多台加热器。以保证聚苯硫醚纤维在加热器里的处理时间。
经过这样处理后的聚苯硫醚纤维经过检验其耐高温的程度提高了很多，在200-260℃的高温下，使用200小时后，其纤维强度保持率在90％左右，其氧指数可达50或更高。
在这里值得一提的是有机硅聚合物，在温度为300℃时热处理时间不能够高于30min，当温度越高处理时间肯定会降低很多，但是会造成聚苯硫醚纤维有一定程度的断裂，因此掌握适当的温度和恰当的时间是非常重要的。
本发明所述的聚酰胺溶液，包括二胺成分结构，如：聚对苯二甲酰对苯二胺。聚苯硫醚纤维浸渍后，洗涤中和出去酸性溶剂，然后再200-6000C的温度下热处理纤维，在聚苯硫醚纤维表面形成一层高致密度的膜。
本发明采用浸渍或湿-喷涂的方法，使有能力构成膜的物质构成无机或聚有机硅氧烷膜，随后在聚苯硫醚纤维进行热处理，或用催化剂诱变发生反应，或使之发生交联，形成一层高致密度的有机或无机化合物硅薄膜，但这里的膜是在热处理的条件下产生的。
本发明得到的聚苯硫醚纤维的检测方法与一般纤维的检测方法一致。聚苯硫醚纤维表面的涂层厚度的检测是用单根纤维来测量的。
附图说明：
附图1：是聚苯硫醚纤维浸渍工艺流程
附图2：是聚苯硫醚纤维浸渍后的热处理工艺流程
附图3：是经过处理后聚苯硫醚纤维的性能特征数据表
图一表示的是聚苯硫醚纤维从船形槽的前端(或左端)压辊牵引进入船形槽，在经过船形槽的五根压辊，使纤维能够很好地浸渍在溶液中，然后从船形槽的后端(或右端)出槽，再经过后端的压辊，输送到热处理工序。
图二表示的是经过浸渍溶液的聚苯硫醚纤维输入加热的圆柱形电炉或平板电加热器进行热处理。
【具体实施方式】
实例1：
用甲苯稀释固体含量为0.5％的苯酚硅酮树脂，并加入3.5％的三甲基-三甲氧基硅烷制成树脂的甲苯溶液，将聚苯硫醚纤维按附图一的浸渍工艺流程进行浸渍120min，然后通过20C空气干燥，输送到2200C的圆柱形高温炉中处理60min，这样聚苯硫醚纤维就涂上了硅酮树脂膜，因此涂抹处理前后聚苯硫醚的结构和性质在附图三的表中表示出来。
实例2：
用聚对苯二甲酰对苯二胺树脂加入99.5％的浓硫酸溶液配制成3.5％的聚对苯二甲酰对苯二胺树脂的硫酸溶液，采用附图一的工艺流程浸渍15min，然后用50-800C的去离子水洗涤聚苯硫醚丝条，在200C的空气中干燥，输送到6000C的圆柱形电加热炉，在氮气的保护下，热处理15s，这样聚苯硫醚纤维就涂上了聚酰胺树脂膜，因此涂抹处理前后聚苯硫醚的结构和性质在附图三的表中表示出来。
实例3：
用异丙醇稀释固体含量为3.5％羟基-聚硅氧烷树脂的溶液，加入0.5％二甲基-二甲氧基硅烷，用制得的溶液采用附图一的工艺流程浸渍涂膜15min，先是通过200C的空气干燥，输送到2200C的圆柱形高温炉中处理60min，这样聚苯硫醚纤维就涂上了一层二氧化硅膜，因此涂抹处理前后聚苯硫醚的结构和性质在附图三的表中表示出来。
实例4：
用甲苯稀释固体含量为3.5％的苯酚硅酮树脂，和加入0.5％的二甲基-二甲氧基硅烷，并制成树脂溶液，将聚苯硫醚纤维按图一的浸渍工艺流程进行浸渍15min，然后通过20C空气干燥，输送到2200C的圆柱形高温炉中处理60min，这样聚苯硫醚纤维就涂上了硅酮树脂，因此涂抹处理前后聚苯硫醚的结构和性质在附图三的表中表示出来。
实例5：
用异丙醇稀释固体含量为0.5％能构成SiO2膜的溶液(羟基-聚硅氧烷树脂)，加入3.5％三甲基-三甲氧基硅烷，用制得的溶液采用附图一的工艺流程浸渍涂膜120min，先是通过200C的空气干燥，输送到2200C的圆柱形高温炉中处理60min，这样聚苯硫醚纤维就涂上了一层二氧化硅膜，因此涂抹处理前后聚苯硫醚的结构和性质在附图三的表中表示出来。
以上是利用聚苯硫醚纤维长丝来处理的，如果处理短纤维时，以上溶液的配制方法和浓度不会有任何变化，但是，浸渍工艺流程中不再采用连续工艺流程，只能采用间歇的方式将聚苯硫醚短纤维浸泡在配制好的溶液中，同样采用空气干燥，热处理只能采用平板式电加热器来热处理纤维。其结果也和处理长丝的性能特征差不多。