一种聚环氧乙烷改性芳纶纤维的制备方法

本发明属于纤维领域，特别涉及一种聚环氧乙烷改性芳纶纤维的制备方法。

背景技术：

1、聚间苯二甲酰间苯二胺(pmia)纤维简称间位芳纶，具有优良的耐热性、阻燃性、耐化学腐蚀性、电绝缘性，在各个航空航天、高温防护、汽车等领域由重要应用在pmia的分子结构中，酰胺键与苯环间位相连，间位相连的共价键无共轭效应，内旋转能较低，这种结构使pmia分子链结构为柔性链结构，因而使得pmia纤维的强度降低，这一缺点限制了pmia纤维在许多领域的应用。随着经济社会的发展和科学技术的进步，市场上对pmia纤维的力学性能指标越来越重视，各个领域都对pmia纤维的力学性能提出了更高的要求。因此提高pmia纤维的力学性能不仅具有良好的学术价值并且具有极大的工业价值，这对于经济发展以及改善民生具有重要的意义。

2、针对间位芳纶纤维力学性能不佳的问题，如黄千等在“溶液喷射纺丝制备pmia/mwnts纳米纤维的研究”(合成纤维工业,2016，(6):49-52)中采用多壁碳纳米管增强pmia纤维。虽然，复合膜的力学性能有所提高，但是无机材料毕竟存在分散困难，且会导致复合材料的韧性下降。中国发明专利cn110541208b公开了一种间位芳纶共混改性的方法，利用聚丙烯腈来对间位芳纶进行增强，所制备的共混纤维的力学性能由明显的提高。但该方法所制备的共混溶液的稳定性较差，且聚丙烯腈添加剂量较大，所得到的复合纤维因含有大量聚丙烯腈而使其耐热性能下降明显，难以满足市场对于间位芳纶的性能以及成本要求。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种聚环氧乙烷改性芳纶纤维的制备方法。

2、本发明的一种聚环氧乙烷改性芳纶纤维的制备方法，包括：

3、(1)将聚环氧乙烷溶液、聚间苯二甲酰间苯二胺溶液混匀，得到聚环氧乙烷/聚间苯二甲酰间苯二胺共混纺丝溶液；

4、(2)将聚环氧乙烷/聚间苯二甲酰间苯二胺共混纺丝溶液进行湿法纺丝，经凝固浴凝固成形后进行湿拉伸，水洗，干燥，进行干热拉伸，得到聚环氧乙烷改性芳纶纤维。

5、上述制备方法的优选方式如下：

6、所述步骤(1)中聚环氧乙烷的数均分子量为50000-5000000；聚环氧乙烷溶液的溶剂为n，n二甲基乙酰胺；聚环氧乙烷溶液的质量分数为1～3％；聚环氧乙烷溶液进行脱泡处理。

7、所述步骤(1)中聚间苯二甲酰间苯二胺溶液的质量分数为16～18％，比浓对数粘度为2.1～2.2dl/g。

8、所述步骤(1)中聚间苯二甲酰间苯二胺以含间苯二甲酰氯、间苯二胺、溶剂的原料，通过低温溶液缩聚法制备得到；其中溶剂为在n，n二甲基乙酰胺；其中低温溶液缩聚法的反应温度为-15～-5℃，反应时间为40～60min。

9、所述步骤(1)中混匀：采用纺前注射法将聚环氧乙烷溶液加入到聚间苯二甲酰间苯二胺溶液中后共混，其中共混温度为40～60℃。

10、所述步骤(1)中聚环氧乙烷/聚间苯二甲酰间苯二胺共混纺丝溶液中聚间苯二甲酰间苯二胺的质量分数为14～16％，其中聚环氧乙烷为聚间苯二甲酰间苯二胺质量的1～3％。

11、步骤(2)中制备的共混纺丝溶液进行湿法纺丝，经凝固浴凝固成形后进入一定温度的湿拉伸浴进行一定倍数的湿拉伸，然后进行水洗、干燥，最后在一定温度下进行一定倍数的干热拉伸，得到聚环氧乙烷改性芳纶成品纤维。

12、所述步骤(2)中湿法纺丝采用的凝固浴为n，n二甲基乙酰胺质量分数为45～60％的水溶液，湿法纺丝喷头拉伸率为-60～-45％。

13、所述步骤(2)中湿拉伸采用的湿拉伸浴为n，n二甲基乙酰胺质量分数为10～40％的水溶液，湿拉伸倍数为4～6倍，湿拉伸浴温度为60～80℃；

14、所述干热拉伸温度为300～320℃，拉伸倍数为1.1～1.5。

15、本发明提供一种所述方法制备的聚环氧乙烷改性芳纶纤维。

16、本发明提供一种所述聚环氧乙烷改性芳纶纤维在耐热防护领域的应用。

17、本发明的目的是要克服现有改性技术中的缺陷，通过在聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液中加入聚环氧乙烷为添加剂，利用环氧乙烷削弱聚间苯二甲酰间苯二胺分子链之间的氢键作用，使得改性纤维能够经受更高倍数的拉伸，使纤维分子链排列更加规整，最终实现间位芳纶纤维力学性能的提高。并且由于聚环氧乙烷的添加量极低，改性后可以基本保持间位芳纶纤维优异的耐热性能，从而能够满足市场对于间位芳纶纤维性能的要求。

18、综上，本发明提供了一种聚环氧乙烷增强改性间位芳纶纤维的制备方法，通过纺前注射方式在间位芳纶纺丝溶液中添加少量聚环氧乙烷，然后经过湿法纺丝过程，制备力学性能得到较大提高的间位芳纶纤维，该改性方式方便快捷，基本不影响现有间位芳纶纤维制备方式，利于生产过程中具有极大前景。

19、有益效果

20、(1)本发明采用纺前注射法将改性剂聚环氧乙烷加入到间位芳纶纺丝溶液中，共混过程简单，易于控制，改性剂聚环氧乙烷成本低廉，对设备要求较低，且基本不影响现有间位芳纶纤维制备工艺，有利于工业化放大。

21、(2)本发明所用的改性剂添加量极低，可以在对间位芳纶纤维进行增强的同时能极大程度保留其优良的耐热性能，不影响改性间位芳纶纤维制品的高温使用寿命。

22、(3)本发明方法制得的聚环氧乙烷改性芳纶制备流程简单，纺丝过程稳定，改性纤维力学性能较纯间位芳纶纤维有较大幅度提高，并且具有更高的热稳定性能。

技术特征：

1.一种聚环氧乙烷改性芳纶纤维的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚环氧乙烷的数均分子量为50000-5000000；聚环氧乙烷溶液的溶剂为n，n二甲基乙酰胺；聚环氧乙烷溶液的质量分数为1～3％；聚环氧乙烷溶液进行脱泡处理。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚间苯二甲酰间苯二胺溶液的质量分数为16～18％，比浓对数粘度为2.1～2.2dl/g。

4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚间苯二甲酰间苯二胺以含间苯二甲酰氯、间苯二胺、溶剂的原料，通过低温溶液缩聚法制备得到；其中溶剂为n，n二甲基乙酰胺；低温溶液缩聚法的反应温度为-15～-5℃，反应时间为40～60min。

5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混匀：采用纺前注射法将聚环氧乙烷溶液加入到聚间苯二甲酰间苯二胺溶液中后共混，其中共混温度为40～60℃。

6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚环氧乙烷/聚间苯二甲酰间苯二胺共混纺丝溶液中聚间苯二甲酰间苯二胺的质量分数为14～16％，其中聚环氧乙烷为聚间苯二甲酰间苯二胺质量的1～3％。

7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中湿法纺丝采用的凝固浴为n，n二甲基乙酰胺质量分数为45～60％的水溶液，湿法纺丝喷头拉伸率为-60～-45％。

8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中湿拉伸采用的湿拉伸浴为n，n二甲基乙酰胺质量分数为10～40％的水溶液，湿拉伸倍数为4～6倍，湿拉伸浴温度为60～80℃；

9.一种权利要求1所述方法制备的聚环氧乙烷改性芳纶纤维。

10.一种权利要求9所述聚环氧乙烷改性芳纶纤维在耐热防护领域的应用。

技术总结本发明涉及一种聚环氧乙烷改性芳纶纤维的制备方法，聚环氧乙烷溶液与聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液共混，然后进行湿法纺丝、凝固、湿拉伸、水洗、干燥、干热拉伸等过程。本发明方法制得的聚环氧乙烷改性芳纶制备流程简单，纺丝过程稳定，改性纤维力学性能较纯间位芳纶纤维有较大幅度提高，并且具有更高的热稳定性能。技术研发人员：于俊荣,宋清泉,李娜,胡祖明,王彦受保护的技术使用者：东华大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16