[發明專利]一種高性能雜環芳綸及其制備和應用

有效

• 申請號: 201010108545.6
• 申請日: 2010-02-10
• 公開（公告）號: CN101921395A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 王鳳德;彭濤;邱鋒;陳超峰
• 申請（專利權）人: 中藍晨光化工研究院有限公司
• 主分類號: C08G69/32
• 分類號: C08G69/32;D01F6/80;D01D5/06
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 趙麗

技術領域

本發明涉及一種芳綸及其制備方法，更具體地說，本發明涉及一種高性能雜環芳綸及其制備和應用，屬特種合成纖維領域。

背景技術

雜環芳綸作為一種改性芳香族聚酰胺纖維，是利用含有雜環第三單體參與共縮聚的方法在高分子主鏈上引入雜環，從而降低高分子鏈的規整性，使其具有比普通芳綸(如芳綸1313和芳綸1414等)更高的強度和模量，如俄羅斯的Apmoc纖維就是一種雜環芳綸，其斷裂強度和彈性模量分別比美國杜邦公司生產的Kevlar-49芳綸(芳綸1414)高出38％和20％，同時還保持了較高的斷裂伸長率，其斷裂伸長率可達3.0％以上。由于雜環芳綸出色的性能使其成為航空航天、軍工的優選結構材料，尤其是在制備高性能軍工產品方面有極其重要的應用，如俄羅斯SS系列部分型號的導彈發動機殼體的主體材料均采用俄羅斯Apmoc纖維，殼體容器特性系數高達35-45km，發動機質量比普遍達到0.92-0.93。

鑒于雜環芳綸在軍事上的特殊用途，俄羅斯對該纖維的生產技術極其保密，同時將其列為重要的戰略物資，嚴格限制出口，使我國的一些與此相關的高端武器受制于人，因此研制雜環芳綸對實現部分尖端武器材料的國產化，加快我國新一代武器裝備的研制進度等具有重要的戰略意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題就是從分子結構設計出發，通過雜環第三單體參與聚合的方式在高分子主鏈上引入雜環，并采用濕法紡絲和熱處理等手段，提供一種高性能雜環芳綸并提供一種高性能雜環芳綸的制備方法。

為了實現上述技術目的，本發明技術方案如下：

一種高性能雜環芳綸，其特征在于：具有如下結構式：

其中m與n的比值小于等于1，斷裂強度25-34cN/dtex，彈性模量900-1200cN/dtex，斷裂伸長率2.5-4.0％。

上述的一種高性能雜環芳綸，其特征在于：具有如下構式：

其中m＝0。

上述的一種高性能雜環芳綸，其特征在于：具有如下結構式：

其中m與n的比值小于等于1且不等于0。

上述的一種高性能雜環芳綸的制備方法，其特征在于：工藝步驟包括：雜環聚酰胺溶液的制備、脫泡、濕法紡絲。

所述的工藝步驟具體為：

A、雜環聚酰胺溶液的制備：

方法一：將2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑加入到裝有復合溶劑的反應釜中，氮氣保護下室溫攪拌50-150分鐘，然后將釜內溫度降至-5-10℃，分3-6批共加入對苯二甲酰氯，每批次間隔10-100分鐘，最后得到聚合物固含量為2-10％，動力粘度為4-30萬厘泊的聚合物溶液；

方法二：將對苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑加入到裝有復合溶劑的反應釜中，其中對苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑的摩爾比值小于等于1且不等于0；氮氣保護下室溫攪拌50-150分鐘，然后將釜內溫度降至-5-10℃，分3-6批共加入對苯二甲酰氯，每批次間隔10-100分鐘，最后得到聚合物固含量為2-10％，動力粘度為4-30萬厘泊的聚合物溶液；

B、脫泡、濕法紡絲：將上述聚合物溶液轉移至脫泡釜內常壓或者減壓脫泡并過濾，然后采用濕法紡絲，聚合物溶液由噴絲帽噴入凝固浴中凝固成型得到初生纖維，初生纖維再以50-150％的拉伸比在塑化拉伸浴中進行塑性拉伸，然后經水洗，上油，干燥，熱處理和表面處理后，卷繞成筒，得到斷裂強度25-34cN/dtex，彈性模量900-1200cN/dtex，斷裂伸長率2.5-4.0％的金黃色芳綸纖維。

在雜環聚酰胺溶液的制備中所述的復合溶劑是含有質量分數為2.0-7.0％助溶劑的極性有機溶劑；

其中：助溶劑為氯化鋰或氯化鈣，或者兩者的任意比組合；

極性有機溶劑為二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

在雜環聚酰胺溶液的制備中所述的對苯二甲酰氯為2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和對苯二胺總摩爾量或者2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑摩爾量的0.992-1.008倍。

在步驟B中所述的噴絲帽孔徑為0.05-0.2毫米，孔數為30-1000孔。

在步驟B中所述的凝固浴為10-40℃的質量分數為40-65％的二甲基乙酰胺水溶液。

在步驟B中所述的塑化拉伸浴為空氣或者20-70℃的質量分數為10-25％的二甲基乙酰胺水溶液。

在步驟B中所述的水洗采用80-98℃的去離子水，水洗方式采用噴淋式、逆流式或者浸入式。

在步驟B中所述的干燥為接觸式輥筒干燥，溫度為90-160℃。