[发明专利]一种聚对苯二甲酰对苯二胺芳纶Ⅱ短纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成纤维，特别是一种由聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）芳纶Ⅱ原纺长纤或回收重纺的芳纶Ⅱ长纤制成的芳纶Ⅱ短纤维及其制备方法。

背景技术

    芳纶Ⅱ的原材料是聚对苯二甲酰对苯二胺纤维[poly(p-pheny lene terephthalamide)](简称PPTA)，其化学公式是：

                                                         

    以上PPTA聚合物在1960年代即已合成，美国杜邦公司在1970年发明由PPTA/H₂SO₄溶液纺纤维长纱。1972年开始小批量的开发市场进行PPTA纤维生产，1982年开始进行工业化生产，产品名称为Kevlar。1985年荷兰Akzo公司投入PPTA芳纶生产，产品名称为Twaron。日本帝人公司2005年并购荷兰Akzo公司的Twaron业务，并持续扩充产量与杜邦公司竞争。韩国科龙公司也在1985年试产PPTA长纤和浆粕，该生产从1990至2000年基本停止，于2006年起恢复开发工作并建厂。这类纤维在中国称为芳纶Ⅱ纤维。多年来也有研究开发聚对苯二甲酰胺 [poly(p-benzamide)]。

制备聚对苯二甲酰对苯二胺的聚合反应如下式所示：聚对苯二甲酰对苯二胺的主要物化性能包括分子链的-NH或-CO端基、分子量、分子量分布、密度、含水率、玻璃化温度、软化温度、分解温度、无机盐含量、灰份等，其中分子量和分子量分布对纤维性能的影响最大。但由于分子量和分子量分布非常难测，因此，使用对数粘度作为技术指标更有利于快速掌握聚对苯二甲酰对苯二胺及其纤维的相关技术信息，充分反映出聚合和纺丝的技术途径和工艺水平。

直接测定聚对苯二甲酰对苯二胺的分子量非常困难，但可用它的稀硫酸溶液粘度作间接指示，一般采用“对数粘度”(inherent viscosity)，定义如下：

公式中η_inh即对数粘度，η_rel为相对粘度，即聚合物溶液的粘度与溶剂粘度的比例，C是溶液的聚合物浓度。PPTA的对数浓度的测定是在96-98%浓酸中，取C为0.5g/dL，在温度为30℃下测得。现有文献公开的PPTA的对数粘度值在1-10dL/g的范围内，变化很大。

聚合物分子量影响其衍生物的性能，一般塑料和合成纤维工业均尽量采用高分子量的聚合物。制造PPTA纤维也一样，分子量影响纤维的性能，尤其是物理性能，例如纤维强度和模量。但分子量过高时制造纤维的工艺非常困难，影响工业效率。

聚对苯二甲酰对苯二胺芳纶Ⅱ纤维具有高强度、高模量、高温稳定度等优良物性，其长纤广泛用于复合材料补强、光缆、橡胶产品补强和军用防弹等高功能应用。芳纶Ⅱ长纤还可以切断成5-50mm长度的短纤，这种产品广泛用于芳纶Ⅰ/芳纶Ⅱ混纺的高温防护纺织品，并可制成浆粕产品，供复合材料及橡胶补强、刹车板等摩擦产品及工业抄纸。但是，由于纤维非常坚韧，切割不易，属于一种特殊工艺，因此目前芳纶Ⅱ 短纤产商一般只能利用国内外市场提供的多种精密切割机，如激光切割机、Schleninger 切割机，将芳纶Ⅱ长纤切成短纤，即按短纤长度提供产品，却不能针对进一步开发的应用产品所需的短纤关键物化性能指标提供，因而对短纤的性能控制较差，无法满足应用产品的性能要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种由对数粘度为3.0-7.5 dl/g 的聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）原纺长纤或回收重纺的长纤制成的芳纶Ⅱ短纤维及其制备方法。该方法工艺效率高，适于工业化生产，同时，利用回收芳纶Ⅱ废料，还降低了工业化成本，减少了废料污染，保护了环境安全；所得芳纶Ⅱ短纤基本保留了芳纶Ⅱ长纤的优良物理性能，如强度、模量、临界温度与尺寸稳定度，且对数粘度在4.0-7.5dl/g范围内。

为实现上述本发明目，本发明采用的具体技术方案是：

一种聚对苯二甲酰对苯二胺芳纶Ⅱ短纤维，其特征在于：采用对数粘度为3.0-7.5dl/g的聚对苯二甲酰对苯二胺芳纶Ⅱ原纺长纤、利用物性不合规格的及废料回收重纺的芳纶Ⅱ长纤，或者两种芳纶Ⅱ的任意比例混合长纤，切割成长度为1-100 mm的芳纶Ⅱ短纤，该短纤的对数粘度为3.0-7.5dl/g，强度为10-22克/旦，模量为250-550克/旦。

所述芳纶Ⅱ短纤是以市售的精密切割机将长纤以30-300m/min的速度进行的切割。