熔融紡絲用噴絲板及其製備方法
2023-04-28 09:26:41
專利名稱：熔融紡絲用噴絲板及其製備方法
技術領域：
本發明屬於熔融紡絲設備技術領域，具體涉及一種熔融紡絲用噴絲板及其製備方法。
背景技術：
在聚合物熔融紡絲設備中所用的噴絲板都是用價值低廉且具有良好的機械性能、 耐腐蝕性能和不錯的抗卸載能力的不鏽鋼材料製造的。用不鏽鋼材料製造的噴絲板雖 然有種種優點，目前要想使用其他原材料來代替它是很困難的，但用它來進行紡絲又 確實存在一些問題，如公開的日本專利第Sho-53-29732號中就敘述了與不鏽鋼相接觸 的熔融聚合物，通常會出現聚合物晶體降解和退化；並敘述了在聚酯和聚醯胺66熔融 紡絲時，在通過熔融紡絲的不鏽鋼組件時會使熔融聚合物產生結晶，從而使熔融的聚 合物降解和退化，進而導致各種問題產生，如纖維斷絲，或在紡絲和牽伸過程中起 毛，這不僅影響纖維的質量，而且還會因此影響纖維的合格率和銷售價格。
為了解決熔融紡絲中與不鏽鋼紡絲組件相接觸的熔融聚合物出現的聚合物產生結 晶、降解和退化所帶來的問題，公開的美國專利NO: 5997789中敘述了用於熔融紡絲 的紡絲組件和附件的表面處理方法，同時t還對紡絲組件內表面塗敷處理後，紡絲的效 果及纖維是否出現不良現象作了一定敘述。所塗敷形成的Si02、 Ti02、 Zr02、 A1203、 SiC、 TiN、 TiCN、 TiC薄膜是採用有機矽聚合物，金屬鈦、鋯、鋁的金屬醇化物的甲苯、異 .丙醇溶液經過浸潤或噴塗、乾燥、熱處理得到的。用該方法處理的紡絲組件內表面雖 然在一定程度上解決熔融紡絲中與不鏽鋼紡絲組件相接觸的熔融聚合物出現的聚合物 產生結晶、降解和退化所帶來的問題，但由於其塗敷溶液所用的溶劑是甲苯等有機溶 劑，其不僅有毒、價格高，且在千燥、熱處理時，其揮發還會造成一定的環境汙染。
經上述方法處理得到的紡絲組件主要用於聚脂、聚醯胺等樹脂的熔融紡絲。
本發明人在進行諸如聚酯、聚醯胺、聚醚醚酮樹脂等聚合物，尤其是聚苯硫醚熔 融紡絲過程中發現，由於這些聚合物中含有少量低分物及雜質，在紡絲過程中會產生 一定量的腐蝕性氣體，如二氧化硫，還會對噴絲孔表面造成損傷，從而導致噴絲孔變 形，使紡制出來的聚合物纖維絲條的形體發生變化，這也要影響纖維質量。
發明內容
本發明的目的首先是針對現有的熔融紡絲組件中的噴絲板存在的問題，提供一種 新的熔融紡絲用噴絲板，該噴絲板不僅適用一般的熔融聚合物的紡絲，尤其還能適用 一些特種纖維，如聚苯硫醚、聚醚醚酮樹脂等。
本發明的另一目的是提供製備上述熔融紡絲用噴絲板的方法。
本發明提供的熔融紡絲用噴絲板，該噴絲板的表面或內表面上覆蓋有一層厚度為 0.8~28um的納米級或次納米級的氧化金屬膜，或在噴絲板的噴絲孔內鑲嵌有 0. 1 0.25mm的金屬薄層。
該噴絲板的內表面上覆蓋的納米級或次納米級氧化金屬膜為Si02、 Ti02 、 Zr02 、 A1203、 W02中的任一種。
噴塗的膜的厚度可以沒有特殊的限定，但膜厚度在0.8~28um之間較好，最好在 1 18um之間，膜厚低於0.8um是不適宜的，可能會導致成膜困難，並與整個不鏽鋼基 體分離，膜的厚度超過28um也是不適宜的，因不鏽鋼基體和膜之間存在不同的熱膨脹 係數，太厚可能會產生裂縫或剝離。
該噴絲板的噴絲孔內鑲嵌的金屬薄層為金屬鉑或鈦薄層。
為了使鑲嵌的金屬薄層更為穩固，該噴絲板中的每個噴絲孔膨化段的內壁沿軸向 開有2~4條截面形狀呈梯形或矩形的鑲嵌槽，鑲嵌在噴絲孔內的金屬薄層的外壁上有 2 4條與噴絲孔內的鑲嵌槽形狀匹配的凸起。
鑲嵌金屬鉑或鈦金屬薄層的噴絲板的方法是已有的鑲嵌方法，即先採用模具工藝 流程將鉑、鈦製造成與不鏽鋼噴絲板孔數和噴絲孔內徑匹配的0. 1 0.25rnrn薄殼層， 然後通過不鏽鋼噴絲板的每個噴絲孔內表面均布的鑲嵌槽，和薄殼層噴絲孔外壁上相 應部位匹配的突起將其嵌入不鏽鋼噴絲板上即可。
本發明提供的一種熔融紡絲用噴絲板的製造方法，該方法是先依次將分散劑和納 米級或次納米級的氧化物粉末加入濃度為1~10%聚乙烯醇水溶液中，攪拌混合均勻，使 之形成均一穩定的納米懸浮液，然後將噴絲板浸入所配製的納米懸浮液中，提出後依 次經乾燥、熱處理即可，或將將納米懸浮液噴塗在噴絲板的內表面，依次經乾燥、熱 處理即可，其中氧化物粉末的加入量為0.8~8%，分散劑的加入量為3~5%，加入量均 為相對於聚乙烯醇水溶液的重量百分比。
上述方法中所用的納米級或次納米級的氧化物粉末為Si02、 Ti02 、 Zr02 、 A1A、W02粉末中的任一種。
上述方法中所用的分散劑為非離子型分散劑，具體為聚乙氧基月桂酸清涼茶醇、 聚環氧乙垸山梨糖醇單月桂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酑單月桂酸酯、聚乙氧基棕櫚酸 清涼茶醇、聚環氧乙烷山梨糖醇單棕櫚酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐單棕櫚酸酯、聚乙 氧基單硬脂酸清涼茶醇、聚環氧乙烷山梨糖醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐單硬 脂酸酯中的任一種。優選聚乙氧基單硬脂酸清涼茶醇、聚環氧乙垸山梨糖醇單硬脂酸 酯或聚氧乙烯山梨糖醇酐單硬脂酸酯。
上述方法中噴絲板的乾燥是在室溫下自然乾燥；熱處理是先將噴絲板在200~300 °C的高溫爐中處理30 60min，然後再將其置於1700~2800°C的高溫爐中處理5~30秒鐘。
本發明與己有技術相比，具有以下優點 _ 1、由於本發明提供的噴絲板的表面或內表面上覆蓋的氧化物膜中的氧化物顆粒是 納米級或次納米級，顆粒界面大，界面的原子排列不具備長程有序，容易在外力變形 的條件下遷移，因而製得的膜層內應力小、分布均勻，呈現良好的韌性與一定的延展 性，大大了提高膜層與金屬基底材料的結合強度及抗裂紋擴展能力，使噴絲板的使用 壽命延長，由原來使用的7天時間延長為70-350天，或更長的使用時間，甚至直到噴 絲板無法再繼續使用。
2、 由於本發明提供的噴絲板的表面或內表面上覆蓋的氧化物膜中的氧化物顆粒是 納米級或次納米級，其晶粒非常細小，因而使得所獲膜層表面光滑，既不會對熔體產 生任何阻力，也不出現使熔融的聚合物降解和退化，進而導致纖維斷絲，或在紡絲和 牽伸過程中起毛的現象，降低了纖維的報廢率，提高了聚合物樹脂的利用率。
3、 由於本發明提供的噴絲板的噴絲孔內也覆蓋有氧化物膜，因而可保護噴絲孔表 面，使之不受聚合物中低分物及雜質，和在聚苯硫醚紡絲過程中產生的如二氧化硫腐 蝕性氣體對噴絲孔表面帶來的損傷，避免了噴絲孔變形，影響纖維質量的問題。
4、 本發明提供的噴絲孔內鑲嵌金屬鉑、鈦的金屬薄層後，也同時具有覆蓋的氧化 物膜所帶來的相應技術效果。
5、 由於本發明提供的製備噴絲板的方法中所用的懸浮液沒有使用價格高，且有毒 的有機溶劑，因而不僅可降低製造成本，還避免了環境汙染。
6、 本發明提供的製備噴絲板的方法簡單，成熟，操作容易，處理時間短，效率高， 可隨時根據不同的需要處理噴絲板的內表面。
圖1為本發明噴絲板縱向剖視結構示意圖；圖2為本發明噴絲板鑲嵌以後一個噴 絲孔膨化段截面的仰視結構示意圖；圖3為本發明噴絲板鑲嵌以後一個噴絲孔膨化段 截面的第二種仰視結構示意圖；圖4為本發明噴絲板鑲嵌以後一個噴絲孔膨化段截面 的第三種仰視結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖給出實施例以對本實用新型進行具體的描述，但有必要在此指出的 是以下實施例只用於對本實用新型作進一步說明，不能理解為對本實用新型保護範圍 的限制，本領域的技術人員根據上述本實用新型內容作出的一些非本質的改進和調整， 仍屬本實用新型的保護範圍。
另需說明的是，以下實施例中聚乙烯醇水溶液的濃度為重量百分比濃度，所加氧 化物和分散劑的量均為相對於聚乙烯醇水溶液的重量百分比。
實施例1
在配置的濃度為1%的聚乙烯醇水溶液中先將3%的聚乙氧基單硬脂酸清涼茶醇加 入，並攪拌均勻，然後再加入0.8。/。的粒徑為6nm的Si02粉末攪拌混合均勻，使之形成 均一穩定的納米懸浮液；將噴絲板浸入所配製的納米懸浮液中30s後取出，在室溫下 自然乾燥，然後將覆有混合膜的噴絲板置於30(TC的高溫爐中處理30min後，再置於 1800'C的加熱爐中加熱15秒鐘，取出使噴絲板慢慢冷卻。這樣就在噴絲板l，包括噴 絲孔2的表面塗敷了一層厚度大約為0.8um的Si02膜3，見圖1。
實施例2
在配置的濃度為10%的聚乙烯醇水溶液中先將5%的聚乙氧基單硬脂酸清涼茶醇 加入，並攪拌均勻，然後再加入8。/。的粒徑為60nm的Si02粉末攪拌混合均勻，使之形 成均一穩定的次納米懸浮液；將噴絲板浸入所配製的次納米懸浮液中10s後取出，在 室溫下自然乾燥，然後將覆有混合膜的噴絲板置於240。C的高溫爐中處理60min後， 再置於180(TC的加熱爐中加熱30秒鐘，取出使噴絲板慢慢冷卻。這樣就在噴絲板l， 包括噴絲孔2的表面塗敷了一層厚度大約為28um的Si02膜3，見圖1。
實施例3
在配置的濃度為5%的聚乙烯醇水溶液中先將4%的聚環氧乙烷山梨糖醇單硬脂酸 酯加入，並攪拌均勻，然後再加入0.8。/。的粒徑為9nra的Ti02粉末攪拌混合均勻，使之
形成均一穩定的納米懸浮液；將噴絲板浸入所配製的納米懸浮液中30s後取出，在室 溫下自然乾燥，然後將覆有混合膜的噴絲板置於220'C的高溫爐中處理50min後，再 置於1800'C的加熱爐中加熱23秒鐘，取出使噴絲板慢慢冷卻。這樣就在噴絲板l，包 括噴絲孔2的表面塗敷了一層厚度大約為12um的Ti02膜3，見圖1。 實施例4
在配置的濃度為8%的聚乙烯醇水溶液中先將3.5%的聚環氧乙垸山梨糖醇單硬脂 酸酯加入，並攪拌均勻，然後再加入8。/o的粒徑為30nra的Ti02粉末攪拌混合均勻，使 之形成均一穩定的次納米懸浮液；將噴絲板浸入所配製的次納米懸浮液中15s後取出， 在室溫下自然乾燥，然後將覆有混合膜的噴絲板置於260'C的高溫爐中處理40min後， 再置於1800'C的加熱爐中加熱30秒鐘，取出使噴絲板慢慢冷卻。這樣就在噴絲板l， 包括噴絲孔2的表面塗敷了一層厚度大約為28um的Ti02膜3，見圖1。
實施例5
在配置的濃度為6%的聚乙烯醇水溶液中先將4.5%的聚氧乙烯山梨糖醇酐單硬脂 酸酯加入，並攪拌均勻，然後再加入6。/。的粒徑為7nm的Zr02粉末攪拌混合均勻，使之 形成均一穩定的納米懸浮液；將噴絲板浸入所配製的納米懸浮液中30s後取出，在室 溫下自然乾燥，然後將覆有混合膜的噴絲板置於30(TC的高溫爐中處理60min後，再 置於2800。C的加熱爐中加熱10秒鐘，取出使噴絲板慢慢冷卻。這樣就在噴絲板l,包 括噴絲孔2的表面塗敷了一層厚度大約為18um的Zr02膜3，見圖1。
實施例6
在配置的濃度為4%的聚乙烯醇水溶液中先將5%的聚氧乙烯山梨糖醇酐單硬脂酸 酯加入，並攪拌均勻，然後再加入3。/。的粒徑為8nm的Zr02粉末攪拌混合均勻，使之形 成均一穩定的納米懸浮液；將噴絲板浸入所配製的納米懸浮液中20s後取出，在室溫 下自然乾燥，然後將覆有混合膜的噴絲板置於30(TC的高溫爐中處理60min後，再置 於2800。C的加熱爐中加熱15秒鐘，取出使噴絲板慢慢冷卻。這樣就在噴絲板l，包括 噴絲孔2的表面塗敷了一層厚度大約為13um的Zr02膜3，見圖1。
實施例7
首先按已有的不鏽鋼噴絲板製備工藝製備不鏽鋼噴絲板1，並將該噴絲板1中的每 個噴絲孔2膨化段的內壁沿軸向開4條截面形狀呈梯形的鑲嵌槽5，見圖2，然後再採 用模具工藝流程將金屬鉬衝壓出與不鏽鋼噴絲板孔數和噴絲孔內徑匹配的O. lmm薄殼 層4，每個薄殼層4的外壁上有4條與噴絲孔2內的鑲嵌槽5形狀匹配的凸起6，以保 證薄殼層4能牢固地鑲嵌在噴絲板1的噴絲孔2內。最後將衝壓出的薄殼層4 一個一 個地鑲嵌於噴絲板1中的每個噴絲孔2內即可。 實施例8
首先按已有的不鏽'鋼噴絲板製備工藝製備不鏽鋼噴絲板1，並將該噴絲板1中的每 個噴絲孔2膨化段的內壁沿軸向開2條截面形狀呈梯形的鑲嵌槽5，見圖3，然後再採 用模具工藝流程將金屬鉑衝壓出與不鏽鋼噴絲板孔數和噴絲孔內徑匹配的0.2mm薄殼 層4，每個薄殼層4的外壁上有2條與噴絲孔2內的鑲嵌槽5形狀匹配的凸起6，以保 證薄殼層4能牢固地鑲嵌在噴絲板1的噴絲孔2內。最後將衝壓出的薄殼層4 一個一 個地鑲嵌於噴絲板1中的每個噴絲孔2內即可。
實施例9
首先按已有的不鏽鋼噴絲板製備工藝製備不鏽鋼噴絲板1，並將該噴絲板1中的每 個噴絲孔2膨化段的內壁沿軸向開2條截面形狀呈矩形的鑲嵌槽5，見圖4，然後再採 用模具工藝流程將金屬鉑衝壓出與不鏽鋼噴絲板孔數和噴絲孔內徑匹配的o. 25mm薄 殼層4，每個薄殼層4的外壁上有2條與噴絲孔2內的鑲嵌槽5形狀匹配的凸起6，以 保證薄殼層4能牢固地鑲嵌在噴絲板1的噴絲孔2內。最後將衝壓出的薄殼層4一個 一個地鑲嵌於噴絲板1中的每個噴絲孔2內即可。
權利要求
1、一種熔融紡絲用噴絲板，該噴絲板(1)的表面或內表面上覆蓋有一層厚度為0.8～28um的納米級或次納米級的氧化物膜(3)，或在噴絲板(1)的噴絲孔(2)內鑲嵌有0.1～0.25mm的金屬薄層(4)。
2、 根據權利要求1所述的熔融紡絲用噴絲板，該噴絲板(1)的內表面上覆蓋的 納米級或次納米級氧化物膜(3)為Si02、 Ti02 、 Zr02 、 A1203、 W02中的任一種。
3、 根據權利要求1所述的熔融紡絲用噴絲板，該噴絲板(1)的噴絲孔(2)內鑲 嵌的金屬薄層(4)為金屬鉑或鈦薄層。
4、 根據權利要求1或3所述的熔融紡絲用噴絲板，該噴絲板(1)中的每個噴絲 孔(2)膨化段的內壁沿軸向開有2 4條截面形狀呈梯形或矩形的鑲嵌槽(5)，鑲嵌在 噴絲孔(2)內的金屬薄層(4)的外壁上有2~4條與噴絲孔(2)內的鑲嵌槽(5)形 狀匹配的凸起(6)。
5、 一種製備權利要求l所述的熔融紡絲用噴絲板的方法，該方法是先依次將分散 劑和納米級或次納米級的金屬氧化物粉末加入濃度為1~10%聚乙烯醇水溶液中，攪拌混 合均勻，使之形成均一穩定的納米懸浮液，然後將噴絲板浸入所配製的納米懸浮液中， 提出後依次經乾燥、熱處理即可，或將將納米懸浮液噴塗在噴絲板的內表面，依次經 乾燥、熱處理即可，其中金屬氧化物粉末的加入量為0.8~8%，分散劑的加入量為3~5%， 加入量均為相對於聚乙烯醇水溶液的重量百分比。
6、 根據權利要求5所述的熔融紡絲用噴絲板的製備方法，該方法中所用的納米級 或次納米級的氧化物粉末為Si02、 Ti02 、 Zr02 、 A1A、 W02粉末中的任一種。
7、 根據權利要求5或6所述的熔融紡絲用噴絲板的製備方法，該方法中所用的分 散劑為非離子型分散劑，具體為聚乙氧基月桂酸清涼茶醇、聚環氧乙垸山梨糖醇單月 桂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐單月桂酸酯、聚乙氧基棕櫚酸清涼茶醇、聚環氧乙烷山 梨糖醇單棕櫚酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐單棕櫚酸酯、聚乙氧基單硬脂酸清涼茶醇、 聚環氧乙烷山梨糖醇單硬臘酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐單硬脂酸酯中的任一種。
8、 根據權利要求5或6所述的熔融紡絲用噴絲板的製備方法，該方法中噴絲板的 乾燥是在室溫下自然乾燥；熱處理是先將噴絲板在200 30(TC的高溫爐中處理 30 60min，然後再將其置於1700~2800°C的高溫爐中處理5~30秒鐘。
9、根據權利要求7所述的熔融紡絲用噴絲板的製備方法，該方法中噴絲板的乾燥 是在室溫下自然乾燥；熱處理是先將噴絲板在200 30(TC的高溫爐中處理30 60min， 然後再將其置於1700 2800。C的高溫爐中處理5~30秒鐘。
全文摘要
本發明公開的一種熔融紡絲用噴絲板，該噴絲板的表面或內表面上覆蓋有一層厚度為0.8～28nm的納米級或次納米級的氧化物膜，或在噴絲板的噴絲孔內鑲嵌有0.1～0.25mm的金屬薄層。本發明還公開了製備該熔融紡絲用噴絲板的方法。由於本發明噴絲板的表面或內表面上覆蓋有納米級或次納米級的氧化物膜或在噴絲孔內鑲嵌有金屬薄層，因而既可避免通過噴絲板的熔融聚合物降解和退化，又可避免熔體的腐蝕性物質和雜質對噴絲孔內表面造成損傷，提高了噴絲板的使用壽命，降低了纖維的報廢率。本發明方法中所用的懸浮液沒有使用價格高，且有毒的有機溶劑，因而不僅可降低製造成本，還避免了環境汙染。
文檔編號D01D4/02GK101177793SQ200710050650
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月30日 優先權日2007年11月30日
發明者遜 陳 申請人:德陽科吉高新材料有限責任公司