[发明专利]一种含氟芳酰胺纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种芳酰胺纤维及其制备方法，特别涉及一种含氟芳酰胺纤维及其制备方法，属于高分子聚合物纺丝领域。

背景技术

芳香族聚酰胺纤维，又称芳纶，是分子链上的重复结构单元为芳香环和酰胺基的一类高性能合成纤维，1974年美国贸易联合会（FTC）将其命名为“Armid Fibers”，我国命名为芳纶，也可以简称为“芳酰胺纤维”。

芳酰胺纤维的种类较多，可以分为对位芳纶和间位芳纶，间位芳纶主要有聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（芳纶1313），其耐高温性、强度模量都相对较低；对位芳纶具有高强度、高模量、耐高温的性能，其种类较多，已工业化的有芳纶1414（芳纶II）和芳杂环纤维（SVM、Armos）。芳纶1414是以对苯二甲酰氯（TPC）和对苯二胺（PPDA）为原料经缩聚纺丝制成；SVM、Armos是在芳纶1414所用单体的基础上加入二氨基苯并咪唑，在极性溶剂中聚合，并经湿法纺丝制成。

对位芳纶虽然具有高强度、高模量、耐高温的特性，但其阻燃性欠佳（极限氧指数在28～30），吸湿率高（3～6%），湿态下纤维强度下降大，抗紫外线、耐辐射性能较差。这些弱点都使其应用受到很大限制。

为了提高聚芳酰胺的阻燃性，对聚芳酰胺树脂的合成进行了大量的改性研究，其中，在聚芳酰胺中引入含氟结构单元的改性引起了密切的关注。人们发现在合成聚酰胺树脂时引入含氟基团，可以提高树脂的阻燃性，并具有较低的吸水率。但是，由于在分子主链上引入了三氟甲基（CF₃）等含氟基团后，由于吸电子性和空间位阻，使得分子间的作用力大为降低，降低了缩聚亲核成分的活性，从而抑制缩聚反应，难以合成高分子量的含氟聚芳酰胺树脂，合成的含氟聚芳酰胺树脂的特性粘度通常为0.36～0.74dl/g，即使在加入吡啶增加聚合度的情况下，也仅能得到特性粘度为0.71～0.91dl/g的树脂。因而此类树脂难以满足高性能应用的需要，更难以满足纺丝的需要，由该树脂无法获得有足够强度和良好综合性能的纤维。即使是分子量较高的含氟树脂，也难以成功纺制出高阻燃性的含氟芳酰胺纤维。这是因为分子间作用力的降低，使得纺丝过程中丝条缺少集束力，易产生单丝的分散性，使纤维质量难以控制；三氟甲基（CF₃）等基团的存在还改变了初生纤维的凝固状态，初生含氟芳酰胺纤维流动速度快，易形成凝固不完全的缺陷。因此目前虽然已成功合成含氟聚芳酰胺树脂，但至今还没有成功制备出高阻燃性的含氟芳酰胺纤维。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中高性能的芳纶类纤维阻燃性低、吸湿率大、湿态下纤维强度低、抗辐射和紫外线差等不足，提供一种以高分子量含氟聚芳酰胺树脂为成纤聚合物，经纺丝成型固化而得的氟聚芳酰胺纤维。本发明的另一目的是提供该含氟芳酰胺纤维的制备方法。本发明的含氟芳酰胺纤维具有高强度、高模量、高阻燃性、耐高温、吸湿性低、介电强度高、表面能低、耐辐射和紫外线等优良的综合性能，能满足高性能的应用要求，可用于航空航天、现代国防和各类高技术产业领域。

本发明实现上述发明目的的技术方案如下：

一种含氟芳酰胺纤维，它是由含氟芳酰胺树脂纺丝制成，其纤维断裂强度为18～21 cN/dtex，模量为600～700 cN/dtex，伸长率为2.0%～3.5%，极限氧指数为45～50，所述含氟芳酰胺树脂的结构式为：

    

式中   Ar₁ 为： 

    、、、

中的1中或两种，R₁、R₂ 为：  F 或CF₃

 Ar₂ 为：或；

n = 50 -500，i = 0.1-1.0， j = 0-0.9。

本发明的含氟芳酰胺纤维的制备方法包括以下步骤：

（1）、合成含氟聚芳酰胺树脂：

将原料A与原料B按照摩尔比为1.0：0.95～1.05在强极性溶剂和/或其无机盐溶液中进行低温预缩聚，起始反应温度为-15～20℃，预缩聚时间为1～5h，预缩聚反应混合物加热至40-95℃后聚合1-3h，获得特性粘度为5～10 g/dl的含氟芳酰胺树脂溶液；

所述原料A为对苯二甲酰氯（TPC），

所述原料B为含氟二胺或含氟二胺与对苯二胺（PPDA）或2，5’-二胺基苯并咪唑的混合物，