[发明专利]一种生产聚对苯撑苯并二恶唑PBO纤维的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种特种纤维的生产工艺，更具体地说，本发明涉及一种生产聚对苯撑苯并二恶唑PBO纤维的工艺，属于高性能纤维生产领域。

背景技术

PBO是聚对苯撑苯并二恶唑的简称。PBO纤维是由PBO聚合物通过纺丝制得的一种高性能纤维。与其它高性能纤维相比，PBO纤维具有更高的比强度、比模量和耐热阻燃性能，被誉为“21世纪的超级纤维”，用来制作高性能复合材料，如耐热材料、抗冲击防暴材料和结构隐身材料广泛应用于航天、航空和国防等高新技术领域。

PBO聚合物通常是通过二氨基间苯二酚盐酸盐（DAR）和对苯二甲酸（TPA）在多聚磷酸（PPA）中聚合制得，然后将制备的PBO聚合物的多聚磷酸溶液从喷丝头挤出，浸渍到凝固性流体（水、或水与无机酸的混合溶液）中使其凝固，进而在水洗浴中彻底地清洗从而出去大部分的多聚磷酸后，在经过无机碱的水溶液槽，与纱线中违背萃取而残留的酸中和后，进行干燥，转绕得到PBO纤维，再经过热处理得到高模型PBO纤维。

对于高性能PBO纤维制备来说，需要将聚合制备的PBO聚合物溶液和连续纺丝工艺结合在一起。PBO聚合达到一定分子量后，体系粘度极高，前期研究采用的聚合釜一步聚合法，在聚合中后期出现聚合物抱杆现象，不能实现聚合物浆液从聚合釜到纺丝过程的有效转移，在中试放大时具有很大的操作难度。

国家知识产权局于2005年7月27日公开了一项申请号为200410099003.1，名称为“聚对苯撑苯并二恶唑纤维的制备方法”的发明专利。该专利公开了一种聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纤维的制备方法，包括如下步骤：将PBO的聚合分为预聚和后缩聚两个阶段，预聚时对苯二甲酸(TPA)投料量为总投料量的 90～99%，预聚后得到低粘度预聚体；剩下的1～10%TPA与多聚磷酸(PPA)混合制成淤浆，通过双螺杆挤出机与预聚体混合并完成后缩聚，然后再输送到纺丝组件进行液晶纺丝。采用本发明的方法所制备的聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)的特性粘度可达到10～30dL/g，该法特别有利于聚合物料的输送，避免其与空气接触后吸湿，据此可以形成PBO聚合、纺丝的连续化工艺流程。

上述专利将PBO的聚合分为预聚和后缩聚两个阶段，但是还是存在以下问题：

1、加料程序复杂，由于对苯二甲酸(TPA)难溶于多聚磷酸(PPA)，因此1～10%TPA淤浆后聚合过程中加入，使得聚合的两单体配比难以控制；

2、TPA淤浆要充分混入预聚物料中，需要停留的时间过长（大于5h）；

3、预聚合条件苛刻，单体盐易被氧化，难以控制。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题，本发明提供了一种生产聚对苯撑苯并二恶唑PBO纤维的工艺，能够有效对物料进行转移，实现PBO聚合物的的规模聚合与与后续的规模纺丝。

为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

一种生产聚对苯撑苯并二恶唑PBO纤维的工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：

A、脱气、预聚合与脱泡

将多聚磷酸（PPA）在80～120℃下加热60～180分钟，然后进入脱气釜，再按照现有技术的常规比例加入4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐（DAR）、对苯二甲酸（TPA）以及五氧化二磷（P₂O₅），在脱气釜中脱气，脱气完成后进入混合釜中，进行预聚合与脱泡，得到的预聚合物料；

B、后聚合、脱泡

预聚合完成后，将混合釜的温度上升至110～200℃，再将预聚合物料压入贮料罐中，然后将预聚合物料通过能够精密控制流量的液压机压入螺杆挤出机中，所述的液压机控制出料速度为10～100ml/min，预聚合物料在螺杆挤出机中进行后聚合反应，再通过过滤器过滤后脱泡，得到后聚合物料，然后后聚合物料进入纺丝组件；

精密流量控制压机是根据体系物料的高粘度特性设计的液压机，与常规液压机相比，精密流量控制压机可以精密控制活塞的行程，从而达到精密控制物料的进料量，为本领域常规设备；

C、纺丝、凝固

后聚合物料经过纺丝组件中纺丝，得到浆料原丝，再经环吹风冷却装置冷却后，以10～40的拉伸比进入凝固盘，然后再进入第一凝固槽凝固得到原生丝，原生丝进入第二凝固槽继续凝固；

D、后处理

从第二凝固槽凝固得到的原生丝经过碱洗槽碱洗、水洗槽水洗，再通过上油机上油，干燥后经过收丝机收丝，得到初生纤维（AS纤维，AS纤维即as-spun fiber，中文译为初生纤维）；上述后处理工艺采用本领域常规技术工艺即可；

E、热处理