[發明專利]一種高性能含雜環的芳香族聚酰胺纖維的制備方法

在審

• 申請號: 201310239246.X
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN104233499A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 胡祖明;陳蕾;于俊榮;諸靜;王彥
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01F6/80
• 分類號: D01F6/80;D01D5/06;D01D5/12;D01D10/02;C08G69/32
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王婧

技術領域

本發明涉及芳香族聚酰胺纖維及其制造方法，特別涉及一種高強高模的含雜環的芳香族聚酰胺纖維的制備方法。

背景技術

雜環芳香族聚酰胺纖維是一種高強度、高模量、耐高溫的有機纖維，分解溫度達到560℃，含雜環的芳香族聚酰胺纖維的強度高(比普通芳香族聚酰胺纖維高20～40％)，耐溫性能好(在400～450℃下幾乎不收縮)，阻燃性能好(極限氧指數37～43％)。在高端應用領域，能夠作為高速飛行器機發動機、防彈裝甲等；在國民經濟領域同樣能夠有廣泛的應用，比如含雜環的芳香族聚酰胺纖維能夠作為結構增加材料和耐高溫材料在民用領域能夠發揮它的特長。

雜環芳香族聚酰胺纖維的聚合物結構為：

是以對苯二胺(PPD)、5(6)-氨基-2-(4-氨基苯基)苯并咪唑(DAPBI)和對苯二甲酰氯(TPC)三種單體，進行低溫溶液聚合而得。

CN101921395公布了一種制備雜環芳香族聚酰胺纖維的方法，是采用濕法紡絲方法制成纖維，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，得到金黃色雜環芳綸。

采用上述方法的缺陷在于在濕法紡絲的凝固過程中，紡絲原液細流經噴絲孔直接進入凝固浴，由于溶劑和非溶劑之間的雙擴散過程不可避免使得初生纖維會有皮芯結構，內部會產生空洞，這種微缺陷在后續的濕拉伸、干燥、熱拉伸等過程中是不能夠完全消除的，這阻礙了雜環芳香族聚酰胺纖維力學性能的進一步提高。同時在濕法紡絲的情況下，紡絲速度低，紡絲液濃度小，這決定了低的生產效率，而且不論是通過提高提出速度還是提高紡絲液來提高生產效率的空間都已經很小。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高性能雜環芳香族聚酰胺纖維的制備方法，同時該方法的采用還能提高紡絲速度和紡絲液的濃度，從而顯著提高該纖維的制備效率，本發明制備的纖維具有表面光滑，截面圓整度高的特點。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種含雜環的芳香族聚酰胺纖維的制備方法，其特征在于，具體步驟包括：

第一步：將經過過濾和脫泡的含雜環的芳香族聚酰胺溶液在0.2-0.5MPa的氮氣壓力下從噴絲孔擠出，經過空氣間隙后再進入DMAc水溶液中凝固得到初生纖維；

第二步：將第一步所得的初生纖維在DMAc的水溶液中進行濕拉伸，經過水洗和干燥后，進行熱拉伸，得到含雜環的芳香族聚酰胺纖維。

優選地，所述第一步中的含雜環的芳香族聚酰胺的化學結構包含第一重復單元和第二重復單元，其結構式分別如下：

第一重復單元：

第二重復單元：

其中，第二重復單元的含量為30摩爾％以上，且含雜環的芳香族聚酰胺的比濃對數黏度大于5.0dL/g。

優選地，所述第一步中的含雜環的芳香族聚酰胺溶液在50℃下的零切粘度為300-500Pa·s。

優選地，所述第一步中的空氣間隙的長度為5-16mm。

優選地，所述第一步中的DMAc水溶液的溫度為10-50℃，濃度為10-50wt％。

優選地，所述第二步中的DMAc水溶液的溫度為10-50℃，濃度為0.5-30wt％，濕拉伸的倍數為1.5-2.5。

優選地，所述的熱拉伸過程的溫度為350-500℃，以氮氣為保護氣體，熱拉伸的倍數為1.0-1.5。

高聚物紡絲漿液是一種粘彈體，既有粘性又有彈性，這種特性在加工過程中的一種突出表現就是模口擠出脹大，而且隨著聚合物分子量和濃度的增加，溫度的降低，這種現象更明顯。在濕法紡絲過程中，原液細流出噴絲孔以后就直接進入凝固浴，會出現明顯的模口擠出脹大現象，導致較大的噴頭負拉伸，紡絲速度只能維持較低的水平。同時為了減小模口的擠出脹大，聚合物漿液的濃度不能太高，這會直接影響到生產效率。而采用本發明的方法，從噴絲孔擠出的含雜環的芳香族聚酰胺絲條先經過一段空氣層后，利用漿液凝固前較小的形變模量，使其發生巨大的伸長形變，使得絲條能夠充分取向、并在進入凝固浴后充分固定，有效地提高紡絲速度，同時可采用濃度較高，粘度較大的紡絲液，提高紡絲效率。

本發明能夠得到強度為25.0cN/dtex以上，拉伸模量為700.0cN/dtex以上的高性能芳香族聚酰胺纖維，同時得到的纖維表面光滑，截面圓整度高。

具體實施方式