[发明专利]一种芳纶纤维在超临界流体中拉伸取向提高力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维改性领域，涉及一种芳纶纤维在超临界流体中拉伸取向提高力学性能的方法。

背景技术

超临界流体具有无毒环保、密度近于液体，粘度近于气体、扩散系数高、溶解渗透能力大等优点，在药物提取、发泡、污水处理等领域存在重要用途。利用超临界流体技术进行聚合物改性是新发展起来的一种方法。

芳纶纤维大多具有超高模量、高强度、耐高温、质轻等特点，在航空航天、军用服装、材料增强等领域具有广泛的应用。芳纶纤维是刚性分子链，分子间有很强的相互作用，拉伸取向非常困难。

如，中国专利公报公开了一种申请号为：CN201210290054.7，名称为一种制造芳纶Ⅲ的多级拉伸工艺的专利申请，其主要技术方案包括负拉伸工艺、增塑拉伸处理、水洗以及再次进行增塑拉伸处理得到最后产品。此种方法操作麻烦，效率低，且无法实现连续化生产，生产效率低。

中国专利公报还公开了一种申请号为：CN200610150924.5，名称为芳纶纤维表面改性的处理方法的专利申请，其主要技术方案是将干燥过的芳纶纤维同介质一起密闭于玻璃反应器内，采用γ射线辐照处理。采用此种方法表面处理的效果有限，且不能对纤维内部进行改性，反应时间相对较长。

中国专利公报还公开了一种申请号为：CN201010612333.1，名称为组织工程支架的制备方法的专利申请，其主要方案是采用将有降解聚合物类纤维在超临界CO₂中处理的方法，通过控制处理压力和处理温度，得到组织工程支架。该方法利用了超临界CO₂技术，实现了纤维的高压，高温处理。

芳纶纤维是刚性分子链，分子间有很强的相互作用，拉伸取向非常困难，目前芳纶纤维的高取向主要通过两种方法来实现，即液晶纺丝方法和共聚PPTA的溶液纺丝拉伸取向。通过共聚物的溶液纺丝虽然能得到高取向性能好的芳香族纤维，但是由于共聚单体成本高，限制了其大规模应用。现有技术中将超临界流体技术与芳纶纤维改性结合的技术报道很少，而结合张力因素的报道尚无。

现在芳纶改性技术主要存在操作麻烦，效率低，且无法实现连续化生产，生产效率低等缺点。此方法保证了反应过程中芳纶纤维处于拉伸状态，使分子链取向度，结晶度随着拉伸张力的变化而增大，晶粒变大，结晶趋于完整。

发明内容

本发明的目的是提供本发明的目的在于提供一种芳纶纤维在超临界流体中拉伸取向提高力学性能的方法，提高纤维强度及模量的同时，使结晶度，取向度增大，无定形区更规则，纤维中微纤结构之间相互作用相应加大，纤维断裂强度增大。芳纶纤维在超临界CO₂流体中加张力作用下改性利用了超临界CO₂流体对芳纶纤维的破坏作用，更由于张力的存在，使芳纶纤维处于拉伸状态，使分子链取向度，结晶度随着张力变化而增大，晶粒变大，结晶趋于完整，有利于纤维强度与模量的提高，极性无定形区排列更加规整，微纤结构的相互作用变大，对极性高分子纤维的改性具有重要意义。

本发明的一种芳纶纤维在超临界流体中拉伸取向提高力学性能的方法，在密闭容器中，使芳纶纤维保持一定张力，在一定温度下，向容器中充入CO₂，使密闭容器内部空间处于超临界CO₂状态，溶胀反应一定时间后，慢速卸压，即获得高度拉伸取向的芳纶纤维。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种芳纶纤维在超临界流体中拉伸取向提高力学性能的方法，所述芳纶纤维经过表面清洗，具体为将纤维放入丙酮或者甲苯溶剂，浸泡并加热至80～100℃，时间在2～4h，取出并真空干燥，表面清洗的目的是洗掉芳纶表面的赃物，工业生产上可直接用干湿法纺丝得到的纤维进行试验，免去清洗的步骤。

如上所述的方法，所述芳纶纤维为Kevlar29、Kevlar49、Kevlar129、Nomex、Twaron、Technora、Terlon或者国产芳III纤维。

如上所述的方法，所述的一定张力是指张力大小在10～500cN。（如上所述的方法，所述一定温度为80～120℃。

如上所述的方法，向容器中充入CO₂前，先排除空气，排除空气的目的是消除空气中氧气等活性气体对实验的影响。

如上所述的方法，所述溶胀反应一定时间是指经过超临界CO₂携带的接枝溶剂在反应开始5～15min内对纤维以气体浸润的形式而发生溶胀反应，溶胀使纤维变软，拉伸取向明显，增加了反应效果。