[发明专利]一种超高分子量聚酰胺6纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚酰胺纤维的制备领域，特别涉及一种超高分子量聚酰胺6纤维的冻胶纺丝方法。

背景技术

聚酰胺6分子内含有极性酰胺基(-CO-NH-)，其中的-NH-与-C＝O形成分子间氢键，导致聚酰胺6具有较高的结晶度，使得聚酰胺6的熔点高达220℃，高于聚乙烯纤维。而且，聚酰胺6纤维具有耐磨、耐腐蚀、粘附性好、易染色等优点，是产业用布、建筑、高性能缆绳的良好原料。迄今为止国内外制备聚酰胺6纤维的方法有增塑熔融纺丝、干法纺丝、聚酰胺6/苯甲醇溶液的冻胶纺丝等，其中干法纺丝所得聚酰胺6纤维的性能最佳，纤维最高强度为0.8GPa，最高模量为19GPa，但与聚酰胺6纤维的理论强度28GPa和理论模量263GPa相差甚远。造成这种情况的原因是多方面的，归纳起来主要有以下两个方面：

(1)聚酰胺6的聚合度和自身的立构规整性。目前商用或文献中提到的聚酰胺6的相对分子质量往往较小，有限的大分子链长度使得纤维中分子末端增多，故而纤维结构上的微小缺陷必然增多；

(2)聚酰胺6纤维的超拉伸。从柔性链高分子制备高强纤维的关键是如何使折叠的大分子链沿着纤维轴方向高度伸展和取向，对于聚酰胺6而言，由于分子链上的酰胺基相互之间容易形成分子间氢键，而破坏5个氢键需要的能量跟破坏一个C-C共价键相当。在分子排列伸直过程中，强氢键的作用使得聚酰胺6的拉伸倍数只有6左右，如果进一步拉伸，就会破坏C-C共价键，导致不能形成高取向。

因此，聚酰胺6纤维高强化的关键在于：采用合适的聚合技术，制备出高相对分子质量的聚酰胺6聚合物，用适当的纺丝方法得到拉伸性能良好的初生丝。通过拉伸前弱化分子间氢键的作用，达到高的拉伸倍数，而后设法增加分子间氢键的作用，即增加分子之间的物理交联点，从而使高拉伸倍数的聚酰胺6纤维得到相应高的强度和模量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高分子量聚酰胺6纤维的制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，满足相关领域发展的需要。

本发明所提供的一种超高分子量聚酰胺6纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)将络合剂氯化钙与相对粘度为18～24的聚酰胺6按照络合剂与聚酰胺6单位链节的摩尔比为0.1～0.2溶解在甲酸中，得到聚酰胺6的浓度为14～20wt％的纺丝液，并在氮气保护下脱泡；

2)将纺丝液通过纺丝组件挤成连续长丝进入温度为10～20℃的凝固浴中骤冷凝固，经卷绕得到初生冻胶丝；所述的喷丝组件的纺丝压力为0.3～0.8MPa，温度为30～50℃；所述的凝固浴为四氯乙烷和三氯甲烷按体积比为3∶1的混合液；

3)将初生冻胶丝在室温下拉伸6～8倍后，浸泡于乙醇和水按体积比1∶1混合的解络合剂中解络合2～6h；

4)将解络合后的丝条在180～200℃下拉伸1.2～2倍，再于120～140℃热定型10-20min。

其中，步骤1)中将纺丝液在氮气保护下静置24～36小时脱泡；或将纺丝液在氮气保护下离心30-40min脱泡。步骤2)中所述的喷丝组件的喷丝孔的直径为0.25～0.5mm，长径比为1∶10～1∶30。喷丝组件的优选纺丝压力为0.3～0.4MPa。

本发明中聚酰胺6纤维可得到8倍以上的拉伸，纤维的强度最大可达到70.3GPa，断裂强度在0.4GPa以上。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

实施例1

将络合剂氯化钙和相对粘度为18的聚酰胺6溶于甲酸中，得到聚酰胺6的质量分数为20％的纺丝液，其中络合剂与聚酰胺6单位链节的摩尔比为0.1。室温下，将纺丝液离心脱泡30min。纺丝液经温度控制为30℃，压力控制为0.3MPa，长径比为1∶10，喷丝孔直径为0.25mm的纺丝组件挤出进入温度为10℃的凝固浴中，该凝固浴含有体积比为3∶1的四氯乙烷和三氯甲烷，浸没长度为0.5m，纤维出凝固浴的速度为0.5m/min，卷绕得到初生冻胶丝。采用拉伸器将聚酰胺6初生冻胶丝在室温下拉伸6倍后，于室温下浸泡于解络合剂中处理2h，该解络合剂含有体积比为1∶1的乙醇和水。将解络合后的丝条在180℃下拉伸1.2倍，然后在140℃下热定型10min。所得到的聚酰胺6纤维的总拉伸比为7.2倍，模量为11.2GPa，断裂强度为0.26GPa，断裂伸长率为30％。

实施例2