一种粗旦预氧短纤维的制备方法及粗旦预氧短纤维与流程

本技术涉及纤维预氧化，更具体地说，它涉及一种粗旦预氧短纤维的制备方法及粗旦预氧短纤维。

背景技术：

1、粗旦预氧短纤维是一种重要的增强纤维，广泛应用于光伏、储能、军事、汽车、橡胶、混凝土等领域。粗旦预氧短纤维的制备方法中，首先将聚丙烯腈溶解于有机溶剂中获得聚丙烯腈纺丝液，然后将聚丙烯腈纺丝液进行静电纺丝，获得聚丙烯腈纤维，之后在氧化炉中进行氧化，从而获得粗旦预氧短纤维。然而采用该方法获得的粗旦预氧短纤维，断裂强度稍差，限制了其应用范围，因此，急需开发一种断裂强度高的粗旦预氧短纤维具有重要意义。

技术实现思路

1、为了增加粗旦预氧短纤维的断裂强度，本技术提供一种粗旦预氧短纤维的制备方法及粗旦预氧短纤维。

2、第一方面，本技术提供一种粗旦预氧短纤维的制备方法，采用如下的技术方案：

3、一种粗旦预氧短纤维的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、准备纺丝液、表面处理液a、表面处理液b；

5、s2、将纺丝液进行静电纺丝，获得前驱体纤维；

6、s3、将前驱体纤维升温至120-130℃，保温处理20-30min，升温至230-240℃，保温处理30-40min，升温至260-270℃，保温处理10-20min，降温，获得预氧化纤维；

7、s4、在表面处理液a中加入预氧化纤维混合，然后加入表面处理液b混合，过滤，洗涤，烘干，获得表面处理纤维；

8、s5、在温度为130-150℃下，将表面处理纤维保温处理0.5-1.5h，降温，获得粗旦预氧短纤维；

9、所述纺丝液主要由以下重量份的原料制成：有机溶剂100份、聚丙烯腈10-20份、乙酰丙酮丙烯酰胺2-4份、己二酸二肼1-3份、交联剂0.1-0.2份。

10、本技术制备方法获得的粗旦预氧短纤维，断裂强度＞2cn/dtex、杨氏模量＞250gpa，使粗旦预氧短纤维表现出高断裂强度、高杨氏模量的优点。且将粗旦预氧短纤维应用于橡胶中，拉伸强度＞28mpa，大大增加了橡胶的性能，将粗旦预氧短纤维应用于混凝土中，28d抗折强度＞13mpa，大大增加了混凝土的性能，使粗旦预氧短纤维表现出良好的相容性，增强使用效果。

11、在纺丝液的原料中加入聚丙烯腈，其为一种高分子化合物，经过静电纺丝，能够形成前驱体纤维。在原料中添加乙酰丙酮丙烯酰胺、交联剂，乙酰丙酮丙烯酰胺中含有碳碳双键、酮羰基、仲胺基、甲烷基，其不仅能够在交联剂作用下发生聚合反应，并对聚丙烯腈进行改性，增加前驱体纤维致密性，而且经过三段升温氧化，能够形成致密交联网络结构，大大提高粗旦预氧短纤维的断裂强度和杨氏模量。同时还在原料中添加己二酸二肼，己二酸二肼中含有两个酰肼基，其能够和高分子化合物表面的酮羰基发生交联反应，增加前驱体纤维致密性，降低粗旦预氧短纤维出现晶态结构扭曲和缺陷的情况，增加粗旦预氧短纤维的断裂强度和杨氏模量。

12、可选的，所述聚丙烯腈的重均分子量为10-30万。

13、通过采用上述技术方案，对聚丙烯腈的重均分子量进行限定，降低因聚丙烯腈的重均分子量过大而增加加工难度，也降低因聚丙烯腈的重均分子量过小而影响粗旦预氧短纤维的性能，且聚丙烯腈的重均分子量在10-30万中选择时，均能够达到预期效果。在一些实施方案中，聚丙烯腈的重均分子量为15万，其也可以根据需要将重均分子量设置为10万、20万、30万等。

14、可选的，所述交联剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化苯甲酰、过氧化二碳酸二环己酯中的一种或几种。

15、通过采用上述技术方案，不仅便于交联剂的选择，而且过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化苯甲酰、过氧化二碳酸二环己酯预料易得，丰富，同时还具有更高的反应活性，促进聚合反应，并增加反应的稳定。

16、可选的，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种。

17、通过采用上述技术方案，不仅便于有机溶剂的选择，而且n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜为极性溶剂，还具有优良的稳定性、溶解能力，增加纺丝液原料的相容性以及均匀性。

18、在多个实施方案中，有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺，其也可以根据需要将有机溶剂设置为n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合液等。

19、可选的，所述纺丝液采用以下方法制备：在温度为85-95℃下，将有机溶剂、聚丙烯腈混合，然后加入乙酰丙酮丙烯酰胺、己二酸二肼混合，然后加入交联剂混合，降温，获得纺丝液。

20、通过采用上述技术方案，预先使聚丙烯腈溶解在有机溶剂中，然后加入乙酰丙酮丙烯酰胺、己二酸二肼进行混合，便于原料的混合以及纺丝液的制备。

21、进一步的，纺丝液采用以下方法制备：在温度为85-95℃下，在有机溶剂中加入聚丙烯腈，搅拌处理10-30min，然后加入乙酰丙酮丙烯酰胺、己二酸二肼，搅拌处理3-10min，然后加入交联剂，搅拌处理50-70min，获得纺丝液。

22、可选的，所述表面处理液a主要由以下重量份的原料制成：水100份、[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氢氧化铵1-3份、2-(甲基丙烯酰氧)乙基-2-(三甲基胺)乙基磷酸酯1-3份；

23、所述表面处理液b为过硫酸铵水溶液、过硫酸钠水溶液、过硫酸钾水溶液中的一种或几种。

24、通过采用上述技术方案，采用表面处理液a、表面处理液b对预氧化纤维进行处理，并在预氧化纤维表面接枝[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氢氧化铵、2-(甲基丙烯酰氧)乙基-2-(三甲基胺)乙基磷酸酯，且利用表面处理液b，使其在预氧化纤维表面发生聚合，并引入大量酰胺基、磺酸基、季铵集团、乙烷基、甲烷基、酯基、磷酸基，不仅增加接枝稳定性，而且大大增加粗旦预氧短纤维的原料的相容性，增强粗旦预氧短纤维的使用效果，提高橡胶拉伸强度以及混凝土抗折强度。

25、可选的，所述表面处理液b为过硫酸铵水溶液，过硫酸铵水溶液中过硫酸铵的质量浓度为5-15％。

26、通过采用上述技术方案，便于表面处理液b的选择，而且过硫酸铵水溶液中的过硫酸铵原料丰富，易得。在一些实施方案中，过硫酸铵水溶液中过硫酸铵的质量浓度为10％，其也可以根据需要将质量浓度设置为5％、8％、12％、15％等。

27、进一步的，过硫酸钠水溶液中过硫酸钠的质量浓度为5-15％，例如质量浓度可以是5％、8％、12％、15％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。过硫酸钾水溶液中过硫酸钾的质量浓度为5-15％，例如质量浓度可以是5％、8％、12％、15％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

28、可选的，表面处理液a采用以下方法制备：将水、[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氢氧化铵、2-(甲基丙烯酰氧)乙基-2-(三甲基胺)乙基磷酸酯混合，获得表面处理液a。

29、通过采用上述技术方案，便于原料的混合以及表面处理液a的制备。

30、可选的，所述预氧化纤维、表面处理液a、表面处理液b的重量配比为1:(8-12):(0.1-0.3)。

31、通过采用上述技术方案，采用表面处理液a、表面处理液b对预氧化纤维进行改性处理，且对表面处理液a、表面处理液b的添加量进行限定，降低因表面处理液a和表面处理液b的添加量过少而影响改性效果，也降低因表面处理液a和表面处理液b的添加量过多而增加成本。

32、进一步的，步骤s4具体为：在表面处理液a中加入预氧化纤维，搅拌处理1-3h，然后加入表面处理液b，搅拌处理0.5-1.5h，过滤，洗涤，烘干，获得表面处理纤维。

33、进一步的，粗旦预氧短纤维的长度为50-150mm，例如长度可以是50mm、80mm、130mm、150mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。粗旦预氧短纤维的细度为2.0-2.2d，例如细度为2.0d、2.1d、2.2d，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

34、第二方面，本技术提供一种粗旦预氧短纤维，采用如下的技术方案：

35、一种粗旦预氧短纤维，其采用所述的粗旦预氧短纤维的制备方法制备获得。

36、综上所述，本技术至少具有以下有益效果：

37、1、本技术粗旦预氧短纤维制备方法中，在纺丝液的原料中添加乙酰丙酮丙烯酰胺、己二酸二肼、交联剂，且利用其之间的协同增效，配合三段升温氧化，能够在粗旦预氧短纤维中形成致密交联网络结构，降低出现晶态结构扭曲和缺陷的情况，提高粗旦预氧短纤维的断裂强度和杨氏模量，使粗旦预氧短纤维的断裂强度＞2cn/dtex、杨氏模量＞250gpa，表现出高断裂强度、高杨氏模量的优势。

38、2、本技术粗旦预氧短纤维制备方法中，采用[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]二甲基(3-硫代丙基)氢氧化铵、2-(甲基丙烯酰氧)乙基-2-(三甲基胺)乙基磷酸酯对预氧化纤维进行接枝，并利用表面处理液b于表面发生聚合反应，不仅增加接枝稳定性，而且增加粗旦预氧短纤维的原料的相容性，增强粗旦预氧短纤维的使用效果，提高橡胶拉伸强度以及混凝土抗折强度。