[发明专利]高强高模的对位芳纶纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种芳纶纤维及其生产方法，尤其是一种高强高模的对位芳纶纤维及其制备方法。

背景技术

统称为芳纶的全芳香族聚酰胺纤维是苯环通过酰胺基(CONH)，具有直线连接结构的对位芳纶纤维或间位芳纶纤维。对位芳纶是具有极高的强度和模量，极佳的耐热性能，耐化学腐蚀性能，耐磨性能为特征。不仅用于防弹领域，可用复合材料的增强纤维，如轮胎帘布和皮带帘布，还可在航空航天的尖端领域里广泛的应用。同时芳纶纤维是在 500℃以上碳化，在需要高耐热性领域也受人瞩目。被称为凯芙拉(Kevlar,杜邦公司)的芳香族聚酰胺纤维，聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维是对苯二胺（PPD）和对苯二甲酰氯 (TPC) 在N-甲基吡咯烷酮(NMP) 溶剂中进行聚合反应， 并制造聚对苯二甲酰对苯二胺树脂过程，再把聚对苯二甲酰对苯二胺树脂溶解在发烟浓硫酸溶剂里可形成一液晶取向性溶液，这种浆液由公认的干喷湿法来纺丝，纺出来的湿纱经过水洗、中和、水洗、干燥、卷绕等工艺后成纤维产品。相关技术专利为美国杜邦 (Dupont) 公司美国专利 US3,671,542和 US3,767,756，荷兰阿克苏诺贝尔 (Akzo Nobel) 公司美国专利 US4,308,374和 US4,320,081等。

上述传统工艺使用酸性较强的无机酸（发烟浓硫酸），对环境污染和纤维制备工艺环节上有诸多问题。

日本帝人公司通过引入第三单体3,4′-二氨基二苯醚进行共聚，得到可溶性聚合物均相浆液，可直接用该浆液进行纺丝，通过后期牵伸制备Technora芳纶纤维，相关技术为美国专利US4,075,172，US4,342,715和US4,525,384等。俄罗斯俄卡门其克公司通过引入第三单体2-(4-氨基苯基)-5（6）-氨基苯并咪唑进行共聚，得到可溶性聚酰胺均相浆液，采用该浆液直接进行湿法纺丝制备Armos芳纶纤维相关技术为俄罗斯专利RU2,074,182和RU2,130,980等。因此改善芳纶聚合树脂的溶解性，直接采用浆液进行纺丝，并且进一步提高芳纶纤维的力学性能成为发展的重要方向，但目前上述技术仍存在制造成本较高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性高强高模、工艺简化和易控、环保且降低生产成本的高强高模芳纶纤维及其生产方法，本发明的聚合物浆液可直接进行纺丝，并且纤维力学性能明显提高。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：一种高强高模的对位芳纶纤维，由2,5-二氨基Y基苯和对苯二甲酰氯或和对苯二胺单体，在溶剂体系中以摩尔比聚合制备纺丝浆液、浆液过滤、干喷湿法纺丝、干燥、卷绕工艺制备而成，该纤维大分子链红外光谱在波数2230cm^-1和1406cm^-1有C-N键的伸缩振动吸收峰，1662cm^-1和3500~3300cm^-1范围内有酰胺键的吸收峰，该纤维的具体指标包括：拉伸强度24~28g/d，初始模量700~900g/d，断裂伸长率2.5~3.5%，单丝纤度1~2D，束纱纤度300~3000D。

一种高强高模的对位芳纶纤维的生产方法，包括下列步骤：

（a）聚合纺丝方法：将氮气通入烘干后的反应釜，加入含有0~8Wt%氯盐的溶剂和对苯二胺（PPD）与2,5-二氨基Y基苯（YPPD）的摩尔配比物，二者摩尔比为30~0:70~100，搅拌均匀，混合物逐渐溶解，并在5~30min内降温至0~10℃，加入对苯二甲酰氯（TPC），第一次加总量的65%，继续搅拌降温，充分反应20min再降温至0~10℃，瞬间再加入对苯二甲酰氯（TPC），对苯二甲酰氯（TPC）第二次加料总量的35%，快速搅拌，所述的对苯二甲酰氯的摩尔数等于对苯二胺和2,5-二氨基Y基苯中摩尔数的总和，纺丝原液中聚合物含量为10~18wt%，反应体系出现爬杆，凝胶，又被搅碎后，反应停止，得到聚合物（YPPTA)的特性粘度7.0~9.0dL/g ，分子量为30000以上，

（b）制备纺丝浆液：上述的聚合反应中产生氯化氢（HCl），采用无机盐和氧化物来中和氯化氢（HCl），向搅碎聚合物（YPPTA)里加入等摩尔量的无机盐或和氧化物均匀的搅拌，反应温度是40~50℃，充分反应2~3小时之后停止反应，其中：无机盐和氧化物是碳酸钙（CaCO₃），碳酸锂（Li₂CO₃），氧化钙（CaO），氯化锂（Li₂O）其中一种或他们的混合物；