[发明专利]一种用于制备液晶聚芳酯纤维的纺丝设备和方法

说明书

本发明公开了一种用于制备液晶聚芳酯纤维的纺丝设备和方法。设备包括挤压机和纺丝机，挤压机包括筒体和设置在筒体内的三根相互啮合的螺杆，呈并列型或三角形排列，螺杆沿其轴向按照功能区分为一个进料段、一个熔融段、两组降粘段、熔体加压段和排气段、一个熔体均化段，筒体外根据功能区均分别设有单独的温控组件，挤压机与排气段相对应的位置设有排气口，排气口设有负压系统，挤压机与进料段相对应的位置设有进料口，挤压机的出料口与纺丝机通过熔体管道相连通。具有多重高频剪切作用的挤压机熔融纺丝技术能够显著降低液晶聚芳酯的熔体粘度，在强剪切作用力下，液晶聚芳酯在熔点附近的较低温度下具有较好的流动性，降低聚合物加工温度。

技术领域

本发明涉及纺丝技术领域，尤其涉及一种用于制备液晶聚芳酯纤维的纺丝设备和方法。

背景技术

液晶聚芳酯纤维（LCP）因拉伸强度高、抗寒性能强、耐化学腐蚀性能好等优点一直受到人们的广泛关注。LCP纤维最早是由美国赫斯特赛拉尼斯公司开发并实现工业化生产，其制备过程为由6-羟基-2-萘甲酸和对羟基苯甲酸缩聚为液晶聚合物再熔融纺丝而成，后将相关技术出售给了日本可乐丽公司。近些年，国内一些公司逐渐开发出液晶聚芳酯并投产，但聚芳酯纤维一直没有产业化生产。但对于液晶聚芳酯纤维的制备仍是“卡脖子”问题。其主要原因是纤维级液晶聚芳酯核心原料仍依赖进口，对其组分不清楚，其次是纺织工艺以及后处理过程较为复杂。

对于液晶聚芳酯纤维的制备，如日本住友公司申请的CN103130995、CN103130995两篇专利中所报道的一样，仍然采用的是传统的单螺杆挤出纺丝技术，单螺杆挤出剪切作用力弱，熔体温度必须在熔点以上，才能降低粘度保证可纺性。一方面由于单螺杆挤压机输送熔体速度慢，熔体在螺杆内停留时间长，容易使粘度增大；另一方面液晶聚芳酯的加工温度高，过高的温度也造成熔体的交联炭化，同时也会增加能耗。传统纺丝工艺不利于大规模、绿色化生产。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种降低液晶聚芳酯的熔体粘度和聚合物加工温度的液晶聚芳酯纤维的纺丝设备和方法。

本发明的一种用于制备液晶聚芳酯纤维的纺丝设备，所述纺丝设备包括挤压机和纺丝机，所述挤压机包括筒体和设置在所述筒体内的三根相互啮合的螺杆，呈并列型或三角形排列，所述螺杆沿其轴向按照功能区分为一个进料段、一个熔融段、一个降粘段、一个熔体加压段、一个排气段、一个降粘段、一个熔体加压段、一个排气段、一个熔体均化段，所述筒体外根据功能区均分别设有单独的温控组件，所述挤压机与所述排气段相对应的位置设有排气口，所述排气口设有负压系统，所述挤压机与所述进料段相对应的位置设有进料口，所述挤压机的出料口与所述纺丝机的进料口相连通；

其中，所述螺杆的总长度L和螺杆外直径D的比值L/D为L/D=32~46。

进一步的，所述降粘段长度为3.75D，由3个正向捏合块元件和1个正向齿形盘元件组成；正向捏合块元件的长度为1D，捏合片厚度为0.2D，捏合片错列角沿熔体输送方向分别为45°、60°、60°；正向齿形盘元件导程0.75D，螺旋角13.7°，螺旋的螺槽深度为0.16D，螺棱厚度为0.12D，螺棱上锯齿形，齿间距为0.1D；通过捏合盘元件和齿形元件的高频剪切和混炼作用，降低聚芳酯熔体粘度。

进一步的，所述熔体加压段长度为3.5D，由3个正向捏合块元件和1个反向捏合块元件组成；正向捏合块元件的长度为1D，捏合片厚度为0.2D，捏合片错列角沿熔体输送方向分别为30°、60°、90°；反向捏合块元件的长度为0.5D，捏合片错列角沿熔体输送方向分别为-30°。

进一步的，所述排气段长度为4~8D，由3~5个正向螺旋成膜元件组成，导程范围为1.5~2 D；所述挤压机与所述排气段相对应的位置设有排气口，所述排气口设有负压系统。

进一步的，所述进料段长度为3.75D，由3个导程为1.25D的正向螺旋元件组成。