[发明专利]一种热致性液晶聚芳酯纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种热致性液晶聚芳酯(TLCPAR)纤维及其制备方法。本发明的热致性液晶聚芳酯纤维，在聚芳酯大分子之间沿纤维横向方向具有微交联结构，所述微交联结构是通过使聚合单体中含有一部分侧链带有双键的单体，并在聚合后期加入光引发剂，然后在纤维热处理过程同时进行光交联反应而得到的。按照本发明的方法制备的大分子之间具有微交联结构的TLCPAR纤维，在纤维的轴向和横向方向均具有优异的力学性能。并且，本发明解决了传统TLCPAR纤维因大分子之间横向结合力差、力学各向异性和皮芯结构严重而带来的诸多问题。

技术领域

本发明涉及一种热致性液晶聚芳酯纤维及其制备方法，特别是涉及一种在纤维的轴向和横向方向的力学性能均十分优异并且解决了传统TLCPAR纤维因大分子之间横向结合力差、力学各向异性和皮芯结构严重而带来的诸多问题的高性能热致性液晶聚芳酯纤维及其制备方法。

背景技术

1972年美国杜邦公司成功开发出以聚芳酰胺为基础的高性能液晶纤维Kelvar，开创了液晶高分子实际应用的历史，也极大的刺激了液晶高分子的发展和工业化。由于这种液晶高分子是在溶液中形成而不能模塑，激发了人们对于不需要溶剂，在熔体状态下具有液晶性的热致液晶高分子的研究。自1973年日本Unitika公司首次成功开发出商品名为U-polymer的热致性液晶聚芳酯(TLCPAR)并实现工业化，人们就一直致力于聚芳酯新品种的开发和应用。TLCPAR主链中含有大量苯环，具有线性刚直链构型，经加热熔融后可呈液晶态，因而纺丝熔体中的聚芳酯大分子在喷丝孔口的剪切作用下极易发生取向，并且由于刚性分子的松弛时间较长，这种沿纤维轴方向高度取向的结构在冷却时几乎被完全保留了下来，因此热致性液晶聚芳酯纤维在纤维轴方向具有极高的强度和模量。此外，TLCPAR纤维还具有优异的耐热性、阻燃性、耐化学腐蚀性、耐候性和低吸湿性、低蠕变等特点，因而广泛应用于宇航和军事、高性能绳索和网、防护用品、体育器材等领域。

传统TLCPAR纤维结构如图1所示，一方面，TLCPAR纤维的轴向是高度定向的，且刚硬的大分子链呈伸展状态，不能折叠，并不像柔性高分子如聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙66那样产生折叠链结构，TLCPAR大分子间几乎没有链缠结；另一方面，沿纤维轴向方向存在着TLCPAR大分子强的共价键，而垂直于纤维轴向方向即横向方向没有任何共价键或氢键连结，仅仅具有较弱的范德华力等分子间作用力。这两大因素导致了TLCPAR纤维横向强度和模量远低于纤维轴向方向上的强度和模量，即TLCPAR纤维具有极其明显的力学各向异性。这种纤维轴向和横向力学性能巨大的差异带来了诸多问题。比如，当TLCPAR纤维横向受压时，受压部位会出现一定数量的纵向分层，这导致TLCPAR纤维在纺织加工中，特别是在加压罗拉间受压或在经纬纱交织点处受压时，容易产生明显的压痕，严重时出现纵向劈裂；抗扭性能差，纤维受到扭转时易纵向分层，因而TLCPAR纱线加捻时强度损失明显，这给TLCPAR纱线加捻操作带了困难。此外，TLCPAR纤维在受到弯曲、剪切作用时也极易遭到破坏。对于TLCPAR纤维上述的不足之处，现有公开的技术还无法妥善应对和予以改善。

发明内容

本发明提供一种高性能热致性液晶聚芳酯纤维及其制备方法。利用本发明的制备方法，可以制备得到大分子之间具有微交联结构的TLCPAR纤维，使得TLCPAR纤维在纤维的轴向和横向方向均具有优异的力学性能，解决了传统TLCPAR纤维因大分子之间横向结合力差、力学各向异性和皮芯结构严重而带来的诸多问题。并且，利用本发明所制备的TLCPAR纤维的断裂强度和初始模量分别高达28～32cN/dtex和1000～1200cN/dtex，相对于传统TLCPAR纤维有明显的提升。

本发明提供的一种热致性液晶聚芳酯纤维，在聚芳酯大分子之间沿纤维横向方向具有微交联结构，所述微交联结构是通过使聚合单体中含有一部分侧链带双键的单体，并在聚合后期加入光引发剂，然后经熔融纺丝并在纤维热处理过程同时进行紫外光交联反应而得到的。