[发明专利]聚吲哚纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚吲哚纤维，它具有优良的耐热性、阻燃性、强度和弹性模数，且可允许纤维内的物质的快速移动，以及制备该聚吲哚纤维的方法。更具体地说，本发明涉及一种即使在快速加热条件下，也能表现出少的强度降的聚吲哚纤维，这是由于水的快速排除；以及形成这种纤维结构的制备方法。

聚吲哚纤维具有优良的耐热性和阻燃性，以及足够的强度和弹性模数，因而人们期待它成为下一代的超级纤维。在特公表No.500529/1988(PCT)的日本专利申请中公开了制备这种聚吲哚纤维的方法，其中含有多磷酸溶剂的纺丝原液经冷却和固化得到纺丝原液长丝，将该长丝与水接触或与包含于纺丝原液中的多磷酸水溶液接触以使之凝固，并用水洗，而后干燥制成产品。干燥后的聚吲哚纤维经热处理以使之具有高的弹性模数。当需要工业化规模生产聚吲哚纤维时，纺丝原液长丝的拉伸步骤、从纺丝原液中萃取溶剂的步骤、以及从含有大量水的纤维中将水蒸发的步骤需要在短时间内完成。日本专利未审公开号为157918/1995和157919/1995中揭示了纺纱工艺；日本专利未审公开号为197307/1995中揭示了一种在纺纱速率为200m/min或更高情况下，实现连续生产的干燥技术。尽管用这种步骤生产的纤维具有优良的动态性能，如强度和弹性模数，然而与在不高于80m/min的低速率纺纱、水洗和低张力下干燥所生产的纤维相比，构成前者纤维的聚合物变得致密，这显著地减慢了内部所含水分的排除。另外，由于填充于纤维内部非常小的约20小孔中的水的表面张力会导致内部发生畸变。含水量高的聚吲哚纤维，当暴露于高温环境中时，会由于水解作用而造成强度下降。

因此，本发明的一个目的是，提供一种具有高强度和高弹性模数的聚吲哚纤维，它几乎不产生内部缺陷和水解作用，结果可以在快速加热纤维的升温过程中迅速排水。

在20℃、65％RH的条件下，聚吲哚纤维的平衡回潮率为1.8％。己经发现了一种防止该纤维在高温环境中强度下降的方法。因此，本发明提供了一种聚吲哚纤维，其特征在于，其弹性模数不少于1350g/d且当纤维吸水率不少于2.0％后于110℃用TGA(热重分析法)测定其失重速率时，将纤维的含水量由2.0％减至1.5％所需的时间不超过10分钟。本发明还提供了一种制备聚吲哚纤维的方法，包括挤压含有多磷酸和聚吲哚的纺丝液，将在纺纱速率不小于150m/min下获得的纺丝原液长丝冷却至不高于50℃，以及用水或凝固溶液如多磷酸将其凝固/洗涤；以及制备聚吲哚纤维的方法，包括将含有多磷酸和聚吲哚的纺丝液挤压以获得纺丝原液长丝，将在纺纱速率为不小于150m/min下获得的纺丝原液长丝冷却至不高于50℃，在30-55℃的多磷酸水溶液中将其凝固，并洗涤。

图1所示为本发明聚吲哚纤维的生产步骤示意图，其中1为喷丝板，2为拉伸区，3为空气骤冷管道，4为纺丝原液长丝，5为空调排气口，6为凝固浴，7所示为水洗步骤，8所示为干燥步骤以及9为卷绕装置。

图2所示为用TGA法测得的干燥失重曲线，其中A为由实施例3所获得的失重曲线，B为由实施例5获得的失重曲线，C为由对比例1获得的失重曲线，而D为由实施例1获得的失重曲线。

本发明中的聚吲哚纤维是指用聚吲哚聚合物制得的纤维。该聚吲哚(PBZ)包括聚苯并噁唑(PBO)均聚物、聚苯并噻唑(PBT)均聚物和PBO及PBT的无规、顺序和嵌段其聚物。此处应用的聚苯并噁唑、聚苯并噻唑及无规、顺序和嵌段共聚物公开于下列专利中，如US4703103(1987年10月27日，授予Wolf等人)：液晶聚合物的组合物、工艺及制品；US4533692(1985年8月6日)：液晶聚合物的组合物、工艺及制品；US4533724(1985年8月6日)：液晶聚(2，6-苯并噻唑)的组合物、工艺及制品；以及US4533693(1985年8月6日)：液晶聚合物的组合物、工艺及制品；US4539567(1982年11月16日授予Evers)：热氧化稳定性铰接的对苯并二噁唑和对苯并二噻唑聚合物；US4578432(1986年3月25日授予Tasi等人)：制造杂环嵌段其聚物的方法；及其它。

包含于PBZ聚合物中的结构单元优选为选自向流性的液晶聚合物。所述聚合物包括下式(a)至(h)的单体单元，较优选的单体单元为选自下式(a)至(c)：