[發明專利]高強芳綸纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201310098558.3
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103147153A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 張光先;胡瑋;張鳳秀;鐘玲
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: D01F6/60
• 分類號: D01F6/60;C08G69/12
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責任公司 50209
• 代理人: 周韶紅

技術領域

本發明涉及材料工程技術領域，特別是涉及一種高強芳綸纖維及其制備方法。

背景技術

芳香族聚酰胺纖維，俗稱芳綸纖維，具有超高強度、高模量、耐酸堿、質量輕等優良性能，是重要的國防軍工材料，具有廣泛的應用前景。

芳綸Ⅰ即聚對苯甲酰胺纖維，是間位芳綸，由于分子缺乏平面性，結晶度不高，取向度相對較低，所以強度較低，但耐熱性好。芳綸Ⅱ即聚對苯二甲酰對苯二胺纖維，是對位芳綸，由于酰胺鍵與苯環基團形成共軛結構，內旋位能相當高，成為剛性鏈大分子結構，分子排列規整，因此分子結晶度和取向度高，所以纖維的強度和模量也高，在軍事上有廣泛的用途。

目前，國內外都在研發第三代芳綸，稱為超級芳綸Ⅲ。第三代芳綸主要是雜環芳綸。在設計第三代芳綸的結構時，雜環部分的含苯基結構會更大，因而結晶度和取向度更高，材料的模量和強度得到了大幅度提高（超級芳綸Ⅲ的強度達到4.5GPa，芳綸Ⅱ一般為2.5～2.8GPa）。

芳綸Ⅱ、Ⅲ代共同的問題是，苯環間的主鏈都是由一個共價鍵連接起來的，這是分子的脆弱部分，是首先開始斷裂的部位，這影響了芳綸的強度，如果在苯環分子之間設計兩條鏈連接，其強度會大幅度增加。到目前為止，尚無相關研究報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高強芳綸纖維及其制備方法。本發明合成了一種新型高分子聚合物——聚1,4對苯二甲酰2,5對苯二胺，并通過液晶紡絲得到高強芳綸纖維，強度可達到5.0?GPa。這種聚合物具有更高的平面性，產生更多的結晶區，同時苯環分子間有兩個共價鍵相連，因此具有更高的模量和強力。

本發明的原理是：提高纖維的結晶度和取向度能夠提高纖維的強力和模量。本發明克服了芳綸Ⅱ、Ⅲ代苯環間的主鏈都是由一個共價鍵連接起來的缺陷，在苯環分子之間設計了兩條鏈連接，在設計的分子結構中，兩個苯環之間實際上是一個八元環，化學結構很穩定。由于兩個苯環基團之間有兩條鏈連接，基團之間完全不能旋轉，所以分子的平面性比芳綸Ⅱ更高，制成的纖維結晶度更高，取向度更高。從分子結構上看，分子鏈在強外力作用下發生斷裂時，首先開始斷裂的是連接苯環分子之間的單鏈，因此在苯環分子之間設計兩條鏈連接，其強度會大幅度增加。

本發明所述的一種高強芳綸纖維——聚1,4對苯二甲酰2,5對苯二胺纖維，其結構式為：

?n＝350～400

本發明所述的一種高強芳綸纖維——聚1,4對苯二甲酰2,5對苯二胺纖維的制備方法，以2,5二胺對二甲苯為原料，通過酰胺化、氧化、水解三步得到2,5二胺對苯二甲酸單體，再采用常規濃硫酸催化法聚合，并通過液晶紡絲得到，具體通過以下步驟實現：

（1）將2,5二胺對二甲苯溶解于冰醋酸中，2,5二胺對二甲苯與冰醋酸的質量體積比為1g：20mL，然后加入醋酸酐，2,5二胺對二甲苯與醋酸酐的質量體積比為1g：3.4mL，反應30min后過濾，得到對苯二乙酰胺對二甲苯；

（2）將對苯二乙酰胺對二甲苯加入水中，對苯二乙酰胺對二甲苯與水的質量體積比為1g：40~50mL，并按對苯二乙酰胺對二甲苯與高錳酸鉀的質量比為1：4.2~4.6的比例加入高錳酸鉀，于90℃反應4h~12h后，加入稀鹽酸調節pH至5~6將產物析出，過濾得到2,5對苯二乙酰胺對苯二甲酸；

（3）將2,5對苯二乙酰胺對苯二甲酸溶于質量比濃度為10%的氫氧化鈉溶液中，使用氮氣為保護氣，回流反應12h，然后加入稀鹽酸調節pH至5~6，經過濾、蒸餾水沖洗、烘干得到單體2,5二胺對苯二甲酸；然后按常規方法將單體2,5二胺對苯二甲酸溶解于濃硫酸中反應，聚合后采用液晶紡絲得到芳綸纖維。反應過程如下式所示：

?????????????????????????????????????????????????????n＝350～400

本發明的優點是

聚1,4對苯二甲酰2,5對苯二胺具有很好的平面性，因此制成的纖維具有很高的結晶度和取向度；苯環之間有兩條短鏈相連，增加了脆弱部分的強力，因此該芳綸纖維具有很高的強度，最高可達到5GPa。

具體實施方式

實例1