[发明专利]一种连续聚合-干湿法纺丝制备改性间位芳纶纤维的方法及装置

说明书

本发明公开了一种连续聚合‑干湿法纺丝制备改性间位芳纶纤维的方法及其装置，方法包括以下步骤：(1)使用助溶剂，配制间苯二胺及共聚二胺单体的DMAc混合溶液；(2)将间苯二甲酰氯熔体和间苯二胺及共聚二胺单体的DMAc混合溶液混合、预缩聚、缩聚，得到改性间位芳纶树脂溶液；(3)改性间位芳纶树脂溶液经添加助剂、过滤、脱泡、干湿法纺丝得到改性间位芳纶纤维；连续聚合‑干湿法纺丝装置的预聚系统包括依次连接的微混合器和微反应器，微反应器的微通道设计为心形；缩聚系统为多级微螺杆组合；本发明综合解决了间位芳纶纤维制备过程中的问题，得到的产品结构完善，性能优异，稳定可控，且可实现连续化高效生产。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及树脂、纤维的制造技术，尤其涉及一种连续聚合－干湿法纺丝技术制备芳纶类纤维产品的方法及装置。

背景技术

聚芳酰胺独特的化学结构赋予其高模高强、耐高温、绝缘等优异性能，自上个世纪六七十年代问世以来，吸引了大量的国内外科研工作者进行开发研究，目前已成为高新技术领域中的关键材料之一，被广泛应用于电子电气、国防、航空航天、军事及应急救援领域等尖端领域及轨道交通、建筑、高温传输、过滤、体育用品等高端民用领域。咪唑、噁唑、噻唑等杂环具有优异的热稳定性和良好的极性，将其引入聚合物主链不仅可提高耐热性和力学性能，且由于杂原子的存在可改善聚合物的溶解性和可加工性。俄罗斯最早开发出了Armos、SVM等杂环芳纶，其模量和强度远远高于对位或间位芳纶，甚至可与高性能碳纤维T800H相媲美，因此，杂环芳纶的开发与研究受到高性能材料界的普遍关注并成为一大研究热点。对位芳纶的杂环改性研究技术已经进入成熟期，被国外专利和市场所垄断，而间位芳纶改性的研究仍处于萌芽发展的阶段，有较大的突破空间。

目前，我国在间位芳纶纺丝技术上面临如下困境：

1)传统釜式间歇聚合制备的间位芳纶树脂分子量低、分子量分布宽、纺丝液固含低、存在批次稳定性问题；

国内常用的制备间位芳纶树脂的方法为低温溶液聚合，设备为釜式反应器。一方面由于间位芳纶聚合体系放热速度很快，而釜式反应器只有外部夹套换热，反应体系的热量不能快速移除，不能保证反应体系的低温以及整体反应体系的温度均一性，使得反应同步性很差，副反应多，聚合物分子量及其分布难以控制；另一方面由于间位芳纶聚合体系的粘度较高，釜式聚合器的搅拌形式无法使物料混合均匀，特别是反应后期聚合体系粘度上升，物料混合难度进一步加大，造成局部单体浓度过高或者过低，从而引起局部爆聚或者局部聚合度过低，反应不充分，致使得到的间位芳纶树脂分子量低，分子量分布款、树脂溶液可纺性差。

2)湿法纺丝所得纤维性能无法满足高端领域应用要求

间位芳纶纤维成熟的商业化制备工艺主要有湿法纺丝和干法纺丝。湿法纺丝技术难度相对低，单个喷丝头产量大，生产成本低，但制备的纤维性能一般。干法纺丝制备的纤维综合性能优异，但是技术难度高，对工艺过程控制和设备要求高，生产成本高。干湿法纺丝结合了湿法纺丝和干法纺丝的特点，但与湿法纺丝相比，干湿法纺丝对纺丝原液及工艺控制具有更高的要求，需要对纺丝原液、纺丝设备及工艺进行改进。

3)未实现连续化高效生产；间位芳纶树脂溶液中和、过滤效率低及其中包含的无机盐引起的喷丝板堵塞、毛丝、断丝现象及所得纤维性能不理想等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何对整体设备和工艺进行改进以制备结构完善、性能优异的改性间位芳纶纤维，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种连续聚合-干湿法纺丝制备改性间位芳纶纤维的方法及装置。

本发明提出的技术方案为：

一种连续聚合-干湿法纺丝制备改性间位芳纶纤维的方法，包括以下步骤：

(1)配制间苯二胺及共聚二胺单体混合溶液；

(2)将间苯二甲酰氯和间苯二胺及共聚二胺单体混合溶液混合、预缩聚反应得到预聚物；预聚物进行缩聚，得到改性间位芳纶树脂溶液；