[发明专利]一种高性能含杂环的芳香族聚酰胺纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及芳香族聚酰胺纤维及其制造方法，特别涉及一种高强高模的含杂环的芳香族聚酰胺纤维的制备方法。

背景技术

杂环芳香族聚酰胺纤维是一种高强度、高模量、耐高温的有机纤维，分解温度达到560℃，含杂环的芳香族聚酰胺纤维的强度高(比普通芳香族聚酰胺纤维高20～40％)，耐温性能好(在400～450℃下几乎不收缩)，阻燃性能好(极限氧指数37～43％)。在高端应用领域，能够作为高速飞行器机发动机、防弹装甲等；在国民经济领域同样能够有广泛的应用，比如含杂环的芳香族聚酰胺纤维能够作为结构增加材料和耐高温材料在民用领域能够发挥它的特长。

杂环芳香族聚酰胺纤维的聚合物结构为：

是以对苯二胺(PPD)、5(6)-氨基-2-(4-氨基苯基)苯并咪唑(DAPBI)和对苯二甲酰氯(TPC)三种单体，进行低温溶液聚合而得。

CN101921395公布了一种制备杂环芳香族聚酰胺纤维的方法，是采用湿法纺丝方法制成纤维，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50-150％的拉伸比在塑化拉伸浴中进行塑性拉伸，然后经水洗，上油，干燥，热处理和表面处理后，卷绕成筒，得到金黄色杂环芳纶。

采用上述方法的缺陷在于在湿法纺丝的凝固过程中，纺丝原液细流经喷丝孔直接进入凝固浴，由于溶剂和非溶剂之间的双扩散过程不可避免使得初生纤维会有皮芯结构，内部会产生空洞，这种微缺陷在后续的湿拉伸、干燥、热拉伸等过程中是不能够完全消除的，这阻碍了杂环芳香族聚酰胺纤维力学性能的进一步提高。同时在湿法纺丝的情况下，纺丝速度低，纺丝液浓度小，这决定了低的生产效率，而且不论是通过提高提出速度还是提高纺丝液来提高生产效率的空间都已经很小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高性能杂环芳香族聚酰胺纤维的制备方法，同时该方法的采用还能提高纺丝速度和纺丝液的浓度，从而显著提高该纤维的制备效率，本发明制备的纤维具有表面光滑，截面圆整度高的特点。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含杂环的芳香族聚酰胺纤维的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

第一步：将经过过滤和脱泡的含杂环的芳香族聚酰胺溶液在0.2-0.5MPa的氮气压力下从喷丝孔挤出，经过空气间隙后再进入DMAc水溶液中凝固得到初生纤维；

第二步：将第一步所得的初生纤维在DMAc的水溶液中进行湿拉伸，经过水洗和干燥后，进行热拉伸，得到含杂环的芳香族聚酰胺纤维。

优选地，所述第一步中的含杂环的芳香族聚酰胺的化学结构包含第一重复单元和第二重复单元，其结构式分别如下：

第一重复单元：

第二重复单元：

其中，第二重复单元的含量为30摩尔％以上，且含杂环的芳香族聚酰胺的比浓对数黏度大于5.0dL/g。

优选地，所述第一步中的含杂环的芳香族聚酰胺溶液在50℃下的零切粘度为300-500Pa·s。

优选地，所述第一步中的空气间隙的长度为5-16mm。

优选地，所述第一步中的DMAc水溶液的温度为10-50℃，浓度为10-50wt％。

优选地，所述第二步中的DMAc水溶液的温度为10-50℃，浓度为0.5-30wt％，湿拉伸的倍数为1.5-2.5。

优选地，所述的热拉伸过程的温度为350-500℃，以氮气为保护气体，热拉伸的倍数为1.0-1.5。

高聚物纺丝浆液是一种粘弹体，既有粘性又有弹性，这种特性在加工过程中的一种突出表现就是模口挤出胀大，而且随着聚合物分子量和浓度的增加，温度的降低，这种现象更明显。在湿法纺丝过程中，原液细流出喷丝孔以后就直接进入凝固浴，会出现明显的模口挤出胀大现象，导致较大的喷头负拉伸，纺丝速度只能维持较低的水平。同时为了减小模口的挤出胀大，聚合物浆液的浓度不能太高，这会直接影响到生产效率。而采用本发明的方法，从喷丝孔挤出的含杂环的芳香族聚酰胺丝条先经过一段空气层后，利用浆液凝固前较小的形变模量，使其发生巨大的伸长形变，使得丝条能够充分取向、并在进入凝固浴后充分固定，有效地提高纺丝速度，同时可采用浓度较高，粘度较大的纺丝液，提高纺丝效率。

本发明能够得到强度为25.0cN/dtex以上，拉伸模量为700.0cN/dtex以上的高性能芳香族聚酰胺纤维，同时得到的纤维表面光滑，截面圆整度高。

具体实施方式