[发明专利]一种含氯高性能杂环芳纶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种芳纶及其制备方法，更具体地说，本发明涉及一种含氯高性能杂环芳纶及其制备方法和应用，属特种合成纤维领域。

背景技术

杂环芳纶作为一种改性芳香族聚酰胺纤维，是利用含有杂环第三单体参与共缩聚的方法在高分子主链上引入杂环，从而降低高分子链的规整性，使其具有比普通对位芳纶（芳纶1414）更高的强度和模量，如俄罗斯的Armos纤维和中蓝晨光化工研究设计院有限公司的F-3系列芳纶就是杂环芳纶，杂环芳纶的断裂强度和弹性模量分别比美国杜邦公司生产的Kevlar-49芳纶（芳纶1414）高出30%和20%以上。相关专利文献如下：

1、中国专利201010108522.5公开了一种高强高模杂环芳纶的制备方法，包括从聚合到纺丝再到后处理的整套生产方法。通过优化两种二胺单体的摩尔配比，制备出二胺比例分布较窄的聚合物固含量为2-8%，动力粘度为5-30万厘泊的杂环聚酰胺溶液，此杂环聚酰胺溶液经脱泡、过滤后湿法纺丝，经纺丝工艺控制，制备出性能分布较窄的高强高模杂环芳纶，断裂强度27-33cN/dtex，弹性模量950-1200cN/dtex，断裂伸长率2.5-3.8%。

2、中国专利201010108545.6公开了一种高性能杂环芳纶及其制备和应用，是通过三元共缩聚反应，利用杂环第三单体参与共缩聚的方法在高分子主链上引入杂环，从而降低高分子链的规整性，降低结晶度，同时能够形成极强的分子间氢键，使其具有高强高模的同时具有高的断裂伸长率。本发明包含杂环聚酰胺溶液的制备及其湿法纺丝，湿法纺丝步骤包括：喷丝，凝固，塑化拉伸，水洗，上油，干燥，热处理，表面处理等步骤，通过该方法得到的杂环芳纶断裂强度为25-34cN/dtex，弹性模量为900-1200cN/dtex，断裂伸长率为2.5-4.0%。

上述两篇专利文献均涉及三元杂环芳纶的制备方法，尽管杂环芳纶具有出色的机械性能，但与其它大多数有机纤维一样，仍存在表面惰性大，和树脂结合力不强，性能转化率低等缺点，从而在一定程度上限制了其在复合材料增强方面的应用。为了改善纤维的表面状态和复合材料界面问题，本领域的专家和学者就芳纶表面改性方面进行了大量的研究，包括超声改性、等离子改性、化学改性等，但由于这些改性方法存在改善效果不明显、对纤维损伤大、时效性问题等而未获得实际应用。因此，在保证纤维性能优越的同时，改善其复合性能显得尤为重要。

对此，中国专利201010301339.7公开了一种合成含氟聚芳酰胺树脂的方法及其合成的树脂及应用，含氟芳酰胺树脂是将对苯二甲酰氯与含氟二胺在强极性溶剂和/或其无机盐溶液中于-15-20℃温度下进行低温预缩聚后再加热至40-95℃聚合而得。本发明制备的含氟芳酰胺树脂特性粘度为5-10，树脂有很高的阻燃性，极限氧指数达45-50，还具有吸湿性小(0.6%-1.5%)、表面能低和介电强度高等特点。

另一篇中国专利201010117845.0还公开了一种含氟芳酰胺纤维及其制备方法，本发明的含氟芳酰胺纤维，是由含氟芳酰胺树脂纺丝制成，其纤维断裂强度为18-21cN/dtex，模量为600-700cN/dtex，伸长率为2.0%-3.5%，极限氧指数为45-50。本发明的纤维的制备方法包括以下步骤：(1)以含氟二胺和对苯二甲酰氯合成高分子量含氟聚芳酰胺树脂；(2)树脂在极性溶剂、无机盐与水组成的凝固浴中进行湿法或干/湿法纺丝，丝条经分级多次拉伸、洗涤、干燥后进行高温热处理，获得含氟芳酰胺纤维。本发明的含氟芳酰胺纤维具有高极限氧指数、吸湿性小、表面能低和介电强度高的特点。

上述两篇专利分别涉及含氟聚酰胺树脂及其纤维的制备方法，均采用含氟单体进行共缩聚的方法在聚合物分子中引入含氟侧基，以达到改善其复合性能的作用。然而，此方法制备的含氟聚酰胺纤维强度只有18～21cN/dtex，和芳纶1414相比并没有太大的优势，因此更需一种复合性能得到改善的同时纤维性能更优越的芳纶产品。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是从分子结构设计出发，通过含氯单体参与聚合的方式在芳纶高分子链上引入含氯基团和杂环单元，从而提供了一种含氯高性能杂环芳纶及其制备方法。本发明利用卤素的极性使其在与树脂尤其是环氧树脂复合时能产生较好的浸润性和结合力，由此达到在保证本体性能优势的同时改善其复合性能。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种含氯高性能杂环芳纶，其特征在于：具有如下结构式：