一种对位间位共聚芳纶纤维的制备方法与流程

本发明属于高分子材料，具体涉及一种对位间位共聚芳纶纤维的制备方法。

背景技术：

1、近年来，高性能材料的研究和应用迅猛发展，芳纶作为一种高强度、高模量、耐高温性能的新型合成纤维材料也越来越受到人们的重视。芳纶纤维具有优异的介电性能、机械性能、耐高温性能、耐化学腐蚀性能和灵活的可设计性，被广泛应用于高端绝缘、航空航天、轨道交通等领域，是实现超高等级绝缘、轻质高速化的关键材料，在市场上占据着重要位置，供不应求。

2、间位芳纶聚合液能长时间保存，并且可以将聚合液进行直接纺丝，但由于其分子结构为非刚性结构，纤维的平压强度、剪切强度、模量均较低。对位芳纶纤维性能非常好，但由于其直线型分子刚性结构，高分子量的对位芳纶聚合液极易固化析出，难以保存，且无法直接进行纺丝，目前一般采用高纯浓硫酸将对位芳纶树脂溶解后进行干喷湿纺工艺成纤，过程中使用的浓硫酸浓度≥99％，市面上一般只售卖分析纯的浓硫酸，即浓度在98％左右，制备和使用高纯浓硫酸的整个过程危险系数较高，且需要配备耐酸的设备设施，成本较高。

3、cn110306256b、cn111501126a、cn115787124a中无论是制备改性对位芳纶纤维还是纯对位芳纶纤维，均需要将洗净干燥后的对位芳纶树脂溶于高纯浓硫酸中制备纺丝浆液，经脱泡、过滤后采用干喷湿纺法纺丝，经凝固浴、水洗、碱洗、烘干、卷绕后得到对位芳纶纤维。

4、如果对位芳纶聚合液能够直接进行纺丝，成本将大大降低，实施过程中也更为安全，但是高分子量的对位芳纶聚合液极易固化，无法直接进行纺丝；而间位芳纶在有机溶剂中的溶解性很好，不易析出，且流动性好，无需经过特殊处理，聚合原液便可顺利纺丝，在此基础上，本发明提出将二者共聚，便可使用聚合原液直接进行纺丝，而无需使用危险系数较高的浓硫酸进行溶解。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中对位芳纶纺丝浆液制备过程需使用危险系数较高的高纯浓硫酸的问题，而提供一种对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，具体方案如下：

2、一种对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤(1)制备对位间位共聚芳纶原液；

4、氮气氛围下，将经过除水处理的聚合溶剂与助溶盐混合，其中，助溶盐质量是聚合溶剂质量的7～10％，加热至80～100℃使助溶盐溶解后，冷却至5～15℃，得到第一溶液；将二胺单体加入第一溶液中，其中，二胺单体在第一溶液中的摩尔浓度为0.4～0.8mol/l，待二胺单体溶解后，冷却至-5～5℃，再加入二酰氯单体，其中，二酰氯单体和二胺单体的摩尔配比为(0.09～1.01)：1，500～2000rpm搅拌速度下聚合反应5～30min，得到对位间位共聚芳纶原液；

5、步骤(2)制备对位间位共聚芳纶纺丝液：

6、将碱性无机物溶解于聚合溶剂中，得到第二溶液，将步骤(1)制备的对位间位共聚芳纶原液与第二溶液混合，300～1000rpm搅拌速度下搅拌1-3h，得到对位间位共聚芳纶纺丝液，碱性无机物中和步骤(1)对位间位共聚芳纶原液中的酸，其中，碱性无机物、聚合溶剂和对位间位共聚芳纶原液比例为(1～5)：(100～150)：(100～130)。

7、碱性无机物的加入可以有效中和对位间位共聚芳纶原液中的酸，另外，由于步骤(1)中的聚合溶剂由于溶解助溶剂和反应单体已趋于饱和状态，直接加入碱，恐其无法完全溶解，该步骤中聚合溶剂除溶解碱性无机物外，还兼有稀释的作用，有利于纺丝过程的顺利进行。

8、步骤(3)制备对位间位共聚芳纶纤维：

9、将步骤(2)制得的对位间位共聚芳纶纺丝液经加热、真空脱泡、加压喷丝、经过空气层后进入凝固浴，再经拉伸、水洗、卷绕后得到对位间位共聚芳纶纤维。

10、在上述技术方案中，步骤(1)和步骤(2)中所述聚合溶剂为同一溶剂，选自n-甲基吡咯烷酮、六甲基磷酰胺、二甲基乙酰胺、四甲基脲中的一种或任意比例的混合物，所述助溶盐为氯化钙、氯化锂或氯化镁中的一种或多种以任意比例的混合物。

11、在上述技术方案中，步骤(1)中所述二胺单体为1,4-对位苯二胺单体和/或1,3-间位苯二胺单体，所述1,4-对位苯二胺单体选自对苯二胺、5-氯-对苯二胺或2,5-二氯-对苯二胺中的一种或几种；所述1,3-间位苯二胺选自间苯二胺或3,4-二氨基二苯醚中的一种或几种；

12、所述二酰氯单体为1,4-对苯二甲酰氯单体和/或1,3-间苯二甲酰氯单体。

13、在上述技术方案中，步骤(2)中所述碱性无机盐为氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化锂中的其中一种或多种的混合物。

14、在上述技术方案中，步骤(3)中，对位间位共聚芳纶纤维的制备包括以下步骤：

15、将步骤(2)制得的对位间位共聚芳纶纺丝液转移至浆液储罐中，加热，同时抽真空脱泡，然后用氮气对浆液施加压力，溶液经过滤器，到达喷丝组件喷出，经过空气层，进入凝固浴，在凝固浴中丝条经过适当的固化后经导丝辊进入热水浴，控制前后两导丝辊的速度，使纤维得到一定的拉伸，然后纤维进入下一道水洗，进一步将纤维内部的溶剂洗干净，收卷，得到初生纤维；

16、作为优选的，所述凝固浴为水、n-甲基吡咯烷酮与氯化钙的混合溶液，按质量计，其比例为80：20：8；加热温度为50～70℃，真空脱泡时间为1～3h，浆液压力为0.1～0.5mpa，空气层长度为1～3cm，水浴温度为60～80℃，前后导丝辊速度分别为500～1200rpm和70～130rpm，收卷速率为700～1300rpm。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、本发明将对位间位芳纶进行共聚，在刚性结构的对位芳纶中引入低刚度高伸长的间位芳纶，制备对位间位共聚芳纶原液，对位间位共聚芳纶原液经简单中和后即可直接进行纺丝，可除去硫酸溶解过程中对芳纶的少量消解使得芳纶分子量降低的问题，并且纺丝过程中不再涉及硫酸的使用，对设备的要求降低，无需做防强酸腐蚀的防护，更高效的同时也更安全，用对位间位共聚芳纶原液制备的共聚芳纶纤维，兼顾二者的优异性能，丝质柔软，延展性好，耐高温，模量高，强度高。

技术特征：

1.一种对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中对位间位共聚芳纶原液通过以下方法制备：

3.如权利要求1所述的对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的碱性无机物、聚合溶剂和对位间位共聚芳纶原液的质量比为(1～5)：(100～150)：(100～130)；

4.如权利要求1或2所述的对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中所述聚合溶剂为同一溶剂，选自n-甲基吡咯烷酮、六甲基磷酰胺、二甲基乙酰胺、四甲基脲中的一种或任意比例的混合物。

5.如权利要求2所述的对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述助溶盐为氯化钙、氯化锂或氯化镁中的一种或多种以任意比例的混合物。

6.如权利要求2所述的对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述二胺单体为1,4-对位苯二胺单体和/或1,3-间位苯二胺单体。

7.如权利要求6所述的对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，其特征在于，所述1,4-对位苯二胺单体选自对苯二胺、5-氯-对苯二胺或2,5-二氯-对苯二胺中的一种或几种；所述1,3-间位苯二胺选自间苯二胺或3,4-二氨基二苯醚中的一种或几种。

8.如权利要求2所述的对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述二酰氯单体为1,4-对苯二甲酰氯单体和/或1,3-间苯二甲酰氯单体。

9.如权利要求1所述的对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述碱性无机盐为氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化锂中的其中一种或多种的混合物。

10.如权利要求1所述的对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，对位间位共聚芳纶纤维的制备包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种对位间位共聚芳纶纤维的制备方法，利用对位和间位的二胺和二酰氯单体共聚，在刚性结构的对位芳纶中引入柔性间位芳纶，制备对位间位芳纶原液，对位间位共聚芳纶原液经简单中和后即可直接进行纺丝，可除去硫酸溶解过程中对芳纶的少量消解使得芳纶分子量降低的问题，并且纺丝过程中不再涉及硫酸的使用，对设备的要求降低，无需做防强酸腐蚀的防护，更高效的同时也更安全，用对位间位共聚芳纶原液制备的共聚芳纶纤维，兼顾二者的优异性能，丝质柔软，延展性好，耐高温，模量高，强度高。技术研发人员：袁海朝,徐锋,杨荣茜,苏碧海,王晓静,贾亚维,郗腾,贾湃湃受保护的技术使用者：河北金力新能源科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12