[發明專利]一種耐紫外光型高強高模PBO纖維、及其制備方法

在審

• 申請號: 202010831346.1
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN111926438A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 張永剛;郝夢圓;錢鑫;王雪飛;支建海;李德宏;宋書林
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: D02J13/00
• 分類號: D02J13/00;D02J1/22
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發明涉及纖維改性加工領域，公開一種耐紫外光型高強高模PBO纖維制備方法，在惰性氣體保護下，將施加有軸向張力的PBO?AS纖維通過熱處理通道，得到所述耐紫外光型高強高模PBO纖維；所述熱處理通道的溫度為600?700℃，PBO?AS纖維通過熱處理通道的時間不大于10min，通過對熱處理溫度和時間的嚴格控制，可以最大限度地保留PBO纖維拉伸強度，且同時提高了其拉伸模量，對PBO纖維耐紫外光性能的提高大有裨益，能夠極大地提升PBO纖維的應用價值，制備成本低及易于產業化等優勢，是極具潛力的PBO纖維改性方式，具有非常大的實用價值。

技術領域

本發明涉及纖維改性加工領域，具體涉及一種耐紫外光型高強高模PBO纖維、及其制備方法。

背景技術

聚對苯撐苯并雙噁唑(PBO)纖維是一種高熱穩定性、高分子取向度且鏈剛性的高性能有機纖維，是具有剛性棒狀結構的雜環芳香高聚物家族的一員。PBO纖維具有優異的力學性能，其強度、模量高達Kevlar克維拉纖維的兩倍，這一特性依賴于苯并雙噁唑與苯環之間的共軛聚合物主鏈，該結構會產生π電子的離域及共振效應，進而促使PBO結構趨于穩定。PBO纖維紡絲采用干噴濕紡技術，這一過程中，PBO的分子鏈沿纖維軸高度取向，同時施加于纖維軸向的張力作用賦予其高結晶度和取向度。PBO分子鏈上的共軛芳香雜環結構和熱處理后的固相碳化物使纖維具有優異的耐熱性能和阻燃性。其熱分解溫度在氮氣氣氛下高達650℃，可在300℃下長期使用，PBO纖維的極限氧指數(LOI)為68，因此可廣泛應用于航空航天、防火防彈等領域。

即便是性能如此優異的PBO纖維，其應用仍存在一個致命的缺陷。在紫外光照射下，PBO纖維的老化過程迅速，力學性能急劇下降，使其失去實用價值，極大地限制了PBO纖維的應用。因此，有關PBO纖維耐紫外光老化性能的研究一直都備受關注。目前，相關研究主要集中于無機納米粒子表面改性及紫外吸收劑、穩定劑與PBO聚合液共混等方法。前者操作簡單快速，如CN 102277726 A公開了一種聚對苯撐苯并雙噁唑纖維抗紫外光老化的方法，配制含有偶聯劑和酸性介質的溶液A，含有促進劑沉淀的溶液B，將溶液A和溶液B混合后，在超聲波震蕩輔助下將PBO纖維進入，在在PBO纖維表面形成0.02～0.05mm的均勻抗紫外光老化凝膠涂層，不改變PBO內部結構，但改性處理過程中難免對纖維本體產生不可逆傷害，導致纖維強度降低，且成本較高、產業化難度大；

后者的耐紫外光性能不夠穩定，隨著使用時間的延長，PBO中的紫外吸收劑等物質逐漸流失，其耐紫外光性能也會隨之下降。近幾年，原位共聚法改善PBO纖維的耐紫外光性能也逐漸被研究者認可，此方法有效解決了上述兩種方法的缺陷，如CN 101906677 A公開了一種抗紫外光老化聚對苯撐苯并雙噁唑纖維的制備方法，將紡絲原液經過含有抗老劑的凝固浴后，在干燥、卷繞、熱處理得到高模量PBO，能將抗老化及封閉保留在纖維中，賦予纖維持久的抗老化性，但工藝復雜，操作困難、可重復性較低，難以應用于工業化生產。

因此，一種簡單有效的耐紫外光型PBO纖維制備方法是目前PBO纖維研究領域亟待解決的問題。

發明內容

本發明旨在提供簡單方便、成本低、效率高的PBO纖維處理方法，能夠最大限度保留PBO纖維拉伸強度的前提下，制得耐紫外光性能優異、模量高的PBO纖維。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種耐紫外光型高強高模PBO纖維的制備方法，在惰性氣體保護下，使施加有軸向張力的PBO初紡普通絲(PBO-AS)纖維勻速通過熱處理通道，得到所述耐紫外光型高強高模PBO纖維；所述熱處理通道的溫度為600-700℃，PBO-AS纖維經過熱處理通道的時間不大于10min。