[发明专利]运动状态的芳纶纤维张力作用下的超临界CO2

说明书

本发明涉及运动状态的芳纶纤维在张力作用下的超临界CO₂流体改性方法和装置，运动状态的芳纶纤维在张力作用下，与溶解有交联剂的超临界CO₂流体进行溶胀反应，得到改性芳纶纤维。具体地，先将芳纶纤维和交联剂置于反应容器内，芳纶纤维与交联剂不接触，芳纶纤维因前后运动速度差而产生张力；再向反应容器通入二氧化碳气体至生成超临界二氧化碳流体；超临界二氧化碳流体携带溶解的交联剂，与运动状态下的芳纶纤维进行溶胀反应，得到改性芳纶纤维。本发明方法有效提高芳纶纤维的力学性能，实现批量连续处理或者一次多个张力处理，操作简便，又具有经济环保、反应可控、反应时间短，溶剂与产品分离简单等优点，存在较大工业应用价值。

技术领域

本发明属于纤维改性领域，涉及运动状态的芳纶纤维张力作用下的超临界CO₂改性方法和装置。

背景技术

对位芳纶又称聚对苯二甲酰对苯二胺(Poly p-phenylene-terephthalamide)纤维，简称PPTA 纤维，具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、质量轻等优良性能，被广泛应用于先进战略武器、国防军工、航空航天、重大工程建设、士兵防弹防护、汽车、光纤增强、缆绳等领域，是国家安全、经济建设和科技进步不可或缺的重要战略物资。

高模量芳纶纤维一般通过热拉伸处理的方式，使纤维内部发生结晶取向，进而提高纤维的模量，但由于拉伸温度过高，甚至超过500℃，芳纶纤维分子链断裂，导致其拉伸强度降低。

申请号为CN201310419414.3，名称为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，提出利用超临界二氧化碳流体部分破坏一定张力作用下的芳纶纤维中PPTA分子链，使分子链进一步取向得到性能更好的芳纶纤维。此方法保证了反应过程中芳纶纤维处于拉伸状态，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。但未指出，此方法适用处于运动状态的芳纶纤维，并取得与此方法相同或者相近似的技术效果。

申请号为CN201310419417.7，名称为一种芳纶纤维在CO₂超临界流体中通过拉伸取向与化学交联提高力学性能的方法，利用超临界二氧化碳流体的溶胀与携带作用，因张力作用，纤维处于拉伸状态，使分子链取向度、结晶度增大，结晶趋于完整，同时发生化学交联，使大分子间的交联与支化程度增加，从而提高力学性能。但该方法同样未指出，是否适用处于运动状态的芳纶纤维，并取得与此方法相同或者相近似的技术效果。

因此，处于运动状态的纤维是否适用张力作用下的二氧化碳流体改性技术，以提高纤维的力学性能，提高纤维改性的工业化，仍有待进一步研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供运动状态的芳纶纤维张力作用下的超临界CO₂改性方法和装置。

本发明的技术方案为：运动状态的芳纶纤维张力作用下的超临界CO₂改性方法，运动状态的芳纶纤维在张力作用下，与溶解有交联剂的超临界CO₂流体进行溶胀反应，得到改性芳纶纤维。张力作用下，芳纶纤维处于拉伸状态，其分子链取向度、结晶度随着张力变化而变化，结晶趋于完整，无定形区排列更加规整。与此同时，利用超临界CO₂的溶胀及携带作用被带入纤维内部及表面的交联剂，利用接枝及扩链反应，使得大分子间的交联与支化程度增加，从而提高其力学性能。

将芳纶纤维和交联剂置于反应容器内，芳纶纤维与交联剂不接触，向反应容器充入二氧化碳气体至生成超临界二氧化碳流体；芳纶纤维因前后运动速度差而产生张力，超临界二氧化碳流体携带溶解的交联剂，与运动状态下的芳纶纤维进行溶胀反应，得到改性芳纶纤维。溶胀反应是指超临界二氧化碳携带的光稳定剂以气体浸润的方式与芳纶纤维接触。

张力的大小为2～100CN。张力的大小优选为4～50CN，进一步优选为4～20CN。