[发明专利]一种高强高模杂环芳纶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种芳纶的制备方法，更具体地说，本发明涉及一种高强高模杂环芳纶的制备方法，属特种合成纤维制备技术领域。

背景技术

杂环芳纶是主链由芳环和杂环组成的一种改性芳香族聚酰胺纤维，是利用三元共聚，采用加入第三单体的方法，在高分子主链上引入杂环，从而降低高分子链的规整性，降低结晶度，同时能够形成极强的分子间氢键。实践表明，杂环芳纶比纯芳纶(无杂环)如Kevlar、Twaron具有更加突出的耐热性和更高的力学性能。如俄罗斯Apmoc纤维就是一种杂环芳纶，其拉伸强度和拉伸模量分别比美国杜邦公司生产的Kevlar-49(芳纶1414)高出38％和20％。由于杂环芳纶的出色性能使其正逐渐成为航空航天、军工的优选结构材料，其缠绕增强的环氧复合材料是固体火箭发动机外壳、高压气瓶等的理想材料，具有轻质、高强、耐高温等性能。

中国自上个世纪九十年代后期开始着手研制此种芳纶纤维，称为芳纶III纤维。关于芳纶III聚合物的合成，专利CN1480479已有介绍，专利CN1473969对芳纶III原丝束的连续热处理方法作了描述，阐明了芳纶III纤维在热处理方式上异于Apmoc纤维之处，但未见有专利或文献涉及到芳纶III纤维从聚合到纺丝的整套生产方法。

发明内容

本发明旨在提供一种高强高模杂环芳纶从聚合到纺丝的整套生产方法，能制备出性能分布较窄的高强高模杂环芳纶。

为了实现上述发明目的本发明采用以下技术方案：

通过优化两种二胺的摩尔配比，设计制备出二胺比例分布较窄的聚合物固含量为2-8％，动力粘度为5-30万厘泊的杂环聚酰胺溶液，并通过湿法纺丝技术制备出性能分布较窄的高强高模杂环芳纶。

一种高强高模杂环芳纶的制备方法，其特征在于：工艺步骤包括：优化两种二胺摩尔比制备杂环聚酰胺溶液、脱泡、湿法纺丝；

其中：所述的优化的两种二胺是2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和对苯二胺；

所述的优化两种二胺摩尔比是1.5∶1-4.0∶1。

所述的工艺步骤具体为：

A、优化两种二胺摩尔比制备杂环聚酰胺溶液：将2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和对苯二胺共30-200克加入到1000-5000克的氯化锂质量分数为2.0-6.5％的二甲基乙酰胺溶液中，氮气保护下于室温搅拌50-150分钟，然后将体系温度降至-5-10℃，分3-6批加入对苯二甲酰氯，批次间隔10-100分钟，最后得到聚合物固含量为2-8％，动力粘度为4-30万厘泊的粘稠聚合物溶液；

B、脱泡、湿法纺丝：将步骤A制得的聚合物溶液常压或减压脱泡并过滤后湿法纺丝，聚合物溶液由喷丝帽喷入凝固浴中凝固成型得到初生纤维，初生纤维再以100-150％的拉伸比在增塑浴中进行热塑拉伸，然后经80-95℃热水淋洗，上油，120-160℃接触式干燥，再经热处理和表面处理后得到断裂强度27-33cN/dtex，弹性模量950-1200cN/dtex，断裂伸长率2.5-3.8％的金黄色芳纶纤维。

在步骤A中所述的2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和对苯二胺的摩尔比为1.5∶1。

在步骤A中所述的2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和对苯二胺的摩尔比为4.0∶1。

在步骤A中所述对苯二甲酰氯为2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑和对苯二胺总摩尔量的0.992-1.008倍。

在步骤B中所述的喷丝帽孔径为0.05-0.2毫米，孔数为80-1000孔。

在步骤B中所述的凝固浴的浴液为10-40℃的质量分数为40-65％的二甲基乙酰胺水溶液。

在步骤B中所述的增塑浴为20-70℃的质量分数为10-25％的二甲基乙酰胺水溶液。

在步骤B中所述的热处理为氮气氛围下，350-400℃处理0.5-3分钟。

在步骤B中所述的表面处理为将芳纶丝束连续通过低分子量脂肪族二异氰酸酯或二醇类二缩水甘油醚的有机溶剂溶液。

本发明带来的有益技术效果：本发明采用的方法可以得到均匀、表面毛丝少、合格率高的高强高模杂环芳纶。通过该方法得到的高强高模杂环芳纶性能分布较窄，断裂强度27-33cN/dtex，弹性模量950-1200cN/dtex和断裂伸长率为2.5-3.8％的杂环芳纶纤维。

具体实施方式

实施例1

高强高模杂环芳纶的制备：