[发明专利]一种PBO纤维的热处理改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PBO纤维的改性方法，更具体地说，本发明涉及一种PBO纤维的热处理改性方法，属于高分子纤维改性技术领域。

背景技术

PBO是聚对苯撑苯并二噁唑的简称，PBO纤维是由PBO聚合物通过纺丝制得的一种高性能纤维，拉伸断裂强度为5.8GPa，杨氏模量达280GPa，热分解温度650℃，高出芳纶纤维100℃，极限氧指数（LOI）达68，被誉为“21世纪的超级纤维”，可应用于航空航天领域，例如：宇宙飞船结构材料、宇航服、火星探测器的气球膜、防弹衣、防弹头盔、飞机机身的的抗冲击材料和导弹的防护设备等方面。

国内关于PBO聚合方面的研究最早始于20世纪90年代，由于PBO单体4,6-二氨基间苯二酚（DAR）的合成技术不成熟，再加上进口试剂价格昂贵等多因素限制了国内PBO纤维的发展。到了90年代后期，关于PBO纤维的研究工作有所停滞。直到90年代末，日本东洋纺公司（Toyobo）宣布获得高性能PBO纤维，商品名Zylon，并且将Zylon应用于航空航天，国防等高新技术领域。在此之后国内的高校及科研院所重新开始重视这一课题，对PBO 的单体、聚合及纤维的制备等展开了研究，由于我国PBO纤维起步较晚且中途停滞，外国对我国进行技术封锁，虽然PBO纤维的研究工作有了很大的进步，但与国外PBO纤维成熟的生产工艺相比，得到的PBO纤维拉伸断裂强度和模量偏低，严重影响PBO纤维的使用。

国家知识产权局于2013.2.27公开了一件公开号为CN102943316A，名称为“一种生产聚对苯撑苯并二恶唑PBO纤维的工艺”的发明，该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。本发明通过A、脱气、预聚合与脱泡；B、后聚合、脱泡；C、纺丝、凝固；D、后处理；E、热处理等步骤，通过优化设备以及控制参数，解决了现有技术中的诸多问题。该发明基本技术方案中的工艺过程、设备配合以及控制参数为一个完整的体系，互相配合，缺一不可，能够有效对物料进行转移，实现PBO聚合物的规模聚合与后续的规模纺丝，得到高质量的PBO纤维产品。

公开号为CN102943316A专利中，后处理和热处理时，原生丝经过水洗槽水洗，再通过上油机上油，干燥后经过收丝机收丝，得到初生纤维，初生纤维经过张力辊进入热处理通道，进行热处理得到高模型纤维，由于得到的初生纤维是含有油剂的，在热处理时，油剂在高温下不可避免的会发生化学降解，必然会对纤维强度和模量的提升产生不利影响。该专利热处理时，将初生纤维经过张力辊后直接进入到550-600℃的热处理通道后，得到高模型纤维，最终得到的纤维在强度和模量上虽有一定程度的提高，但与国外成熟的PBO纤维生产工艺相比，得到的PBO纤维强度和模量偏低。

发明内容

本发明旨在解决现有技术PBO纤维生产中的热处理工艺不合理，致使得到的纤维强度和模量偏低的问题，提供了一种PBO纤维的热处理改性方法，能够提高PBO纤维的强度和模量。

为了实现上述发明目的，其具体的技术方案如下：

一种PBO纤维的热处理改性方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：

A、进入热处理通道

将纺丝得到的PBO纤维控制其含水率为5-45%，然后在惰性氛围下进入分段式热处理通道；所述的分段式热处理通道包括预热段、热处理段和降温段；

B、预热段

将PBO纤维先进入预热段，温度逐渐升高，控制预热段的温度为100-550℃；

C、热处理段

经过预热段的PBO纤维再进入热处理段，控制热处理段的温度为550-630℃；

D、降温段

经过热处理段的PBO纤维最后进入降温段，温度逐渐降低，控制降温段的温度为100-550℃，最后得到热处理改性PBO纤维。

本发明所述的在分段式热处理通道进行热处理改性的过程中，给予PBO纤维的张力为0.5-4cN/dtex，热处理改性过程的时间为4-16s。

上述热处理改性过程是指PBO纤维进入热处理通道后的预热段、热处理段和降温段。

本发明所述的预热段设置有3个温区，所述的热处理段设置有10个温区，所述的降温段设置有3个温区。

本发明所述的预热段的第1温区、第2温区和第3温区的温度控制范围分别为100-300℃、300-400℃和450-550℃。

本发明所述的热处理段的10个温区温度控制范围都为550-630℃。