[发明专利]芳基聚酰胺丝及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全芳基聚酰胺丝及其制造方法，尤其涉及一种制造具有包括高强度和模量的物理属性的新的全芳基聚酰胺丝的方法。

背景技术

如早先的现有技术所公开的(例如美国专利Nos.3,869,429和3,869,430)，全芳基聚酰胺丝由一系列工艺制造，所述工艺包括：通过在含有N-甲基-2-吡咯烷酮的聚合溶剂中聚合芳香二胺和芳二酰氯，制备全芳基聚酰胺聚合体的工艺；通过将制备的聚酰胺聚合体溶解在浓硫酸溶剂中，制备纺丝原液(spinning liquid dope)的工艺；通过经由喷丝头挤压出纺丝原液并使纺成的材料通过非凝固流体层进入凝固剂箱，来形成丝的工艺；以及通过清洗、干化和热处理工艺对得到的丝提纯的工艺。

图1是示意图，示出通过公知的干湿法纺织工艺制造全芳基聚酰胺丝的常规方法。

关于如图1所示的常规工艺，由于纺成的材料被经由非凝固流体层馈送进凝固箱50，并在箱中凝固，所以纺成的材料的表面比其内部凝固得更快，由此造成纺成的材料的表面和内部的物理属性是不规则的，且相互不同的。相应地，在采用高的纺织和拉取速度的情况下，通常会产生断线和/或短纤维，因此，不能将纺织和拉取速度增加到600m/min以上。

纺织和拉取速度的这种限制影响到最终产品(即全芳基聚酰胺丝)，以致不能将强度和模量提高到所需的水平之上，并使提高其生产率成为问题。

其中，韩国公开专利No.1995-934提出一种制造全芳基聚酰胺纤维的工艺，所述工艺在凝固剂箱50中设置两个喷射喷嘴，并将水或硫酸水溶液经由安装在上部的一个喷嘴喷射到纺成的材料上，同时，将水经由位于所述凝固箱下部的另一个喷嘴喷射到纺成的材料上。

然而，上述工艺不采用循环系统来回收和重新利用凝固剂，导致生产成本的上升和造成环境的严重污染。

另外，由于该工艺不采用依赖于凝固剂中的硫酸稀释水平来控制喷射速度的机构，所以其具有纺成的材料的表面和内部不能被均匀一致地凝固的缺点。

由于本发明的发明人为了解决上述常规问题而进行了深入的研究和开发，本发明被提出用于以合理的成本并且在不污染环境的情况下，生产强度和模量被提高的新的全芳基聚酰胺丝。

发明内容

(技术问题)

因此，本发明的一个目的是通过均匀或一致地凝固纺成的材料的表面和内部，以能够在不出现断线的情况下获得高速纺织，从而提高作为最终产品的全芳基聚酰胺丝的强度和模量。

本发明的另一个目的是在凝固工艺中重新使用凝固剂或水，所述凝固剂或水在之前使用过和被回收过，以使得其能够节省生产成本并降低环境污染。

本发明的另一个目的是通过均匀或一致地凝固纺成的材料的表面和内部，由结构变化提供具有显著提高的模量和强度的全芳基聚酰胺丝，所述模量和强度可承受外部应力，所述结构变化代表高结晶度(表示为“X”)、大的表观晶体尺寸(表示为“ACS”)以及减小的次结晶参数(paracrystallineparameter)(表示为“g_II”)，所述次结晶参数表示晶体本身的缺陷。

(用于解决问题的技术方法)

为了解决常规的问题并实现上述目的，本发明提供一种制造全芳基聚酰胺丝的工艺，包括：将全芳基聚酰胺聚合体溶解在浓硫酸溶剂中以制备纺丝原液；经由喷丝头纺织纺丝原液，以给出纺成的材料；以及将纺成的材料经由非凝固流体层馈送入含有凝固剂的凝固剂喷射箱，其特征在于，所述方法包括将凝固剂多阶段地喷射到纺成的材料上的步骤，在所述步骤中，硫酸浓度一阶段一阶段地顺序减少，所述纺成的材料被馈送入喷射箱。

另外，本发明的全芳基聚酰胺丝的特征在于，结晶度X在热处理之前在70至79％的范围内，而表观晶体尺寸ACS(基于200个平面)在热处理之前在42至50的范围内。

此后，本发明将参照附图进行详细描述。

首先，根据本发明，通过在含有N-甲基-2-吡咯烷酮的聚合溶剂中聚合芳香二胺和芳二酰氯来制备全芳基聚酰胺聚合体。

芳香二胺优选地包括对苯二胺，而芳二酰氯优选地包括对苯二甲酰氯。

另外，聚合溶剂优选地包括含有溶解的氯化钙的N-甲基-2-吡咯烷酮。

全芳基聚酰胺聚合体具有不低于5.0的固有粘度，其优选用于提高丝的强度和模量。

上述聚合体的聚合条件与之前公知的(例如在美国专利No.3,869,429或其他中)聚合条件大致相同。