CN101608347A

CN101608347A - 一种制备聚亚苯基苯并二噁唑纤维的梯度凝固浴装置

Info

Publication number: CN101608347A
Application number: CNA2009100550142A
Authority: CN
Inventors: 钱军; 樊黎虹; 刘荣彪; 刘小云; 李欣欣; 庄启昕; 韩哲文
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2009-12-23

Abstract

本发明涉及一种制备聚亚苯基苯并二噁唑纤维的梯度凝固浴装置，其含有凝固浴槽和导丝辊；导丝辊设在凝固浴槽内，凝固浴槽的连接方式为两种：平面串联组合式方式和阶梯组合式；平面串联组合式方式是指将凝固浴槽安放在同一水平面及直线上首尾相连；阶梯组合式是指凝固浴槽连接方式是将凝固浴槽上下梯形叠放。本发明的优点为：生产工艺简单、操作简单、凝固工艺条件根据纺丝速度灵活可调的优点，能够实现连续化操作。

Description

一种制备聚亚苯基苯并二噁唑纤维的梯度凝固浴装置

【技术领域】

本发明涉及PBO纤维技术领域，具体地说，是一种制备聚亚苯基苯并二噁唑(PBO)纤维的梯度凝固浴装置。

【背景技术】

聚苯撑苯并二噁唑(简称PBO)是由有机芳环组成的刚性棒状液晶高分子，PBO纤维具有低密度，高强高模以及极高的耐热和化学稳定性等综合性能，被称为二十一世纪超级有机纤维，在航空航天、高技术装备等很多领域有广阔的应用前景。

PBO纺丝液主要由溶剂多聚磷酸和聚合物PBO组成。纺丝液中聚合物的浓度主要受到聚合物溶解度和纺丝液粘度等实际因素的限制。只有当聚合物浓度高于形成液晶态所需的临界浓度，使其处于液晶态下进行纺丝，并且在较高的拉伸比下，才能获得大分子链伸展度高、有序结构尺寸较大的PBO纤维。

PBO通常是采用PPA为溶剂的干喷湿纺工艺进行液晶纺丝的。目前PBO聚合物的主要制备方法为预聚合和后聚合相结合的方法。在预聚合釜中按配比加入多聚磷酸，五氧化二磷，4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐和对苯二甲酸，在一定温度下，脱除氯化氢气体后，逐步升温至160～180℃，反应12～24小时后，将预聚物料转移至双螺杆反应器进行后聚合，得到符合要求的PBO纺丝原液。由计量泵定量输送到纺丝组件。PBO聚合物的质量分数为10～20％的PPA纺丝液于150～200℃经喷丝板挤出(喷丝孔直径为0.15～0.30mm)，通过50～300cm气隙层拉伸后进入凝固浴，拉伸比控制在10～50，经100～300米左右的洗程，40～50℃水洗温度下漂洗，干燥后得到PBO原丝(AS)，在550～650℃进行热处理则得到高模PBO纤维(HM)。文献中有大量的关于改进纺丝设备，快速干燥，优化后处理的构想。Katsuya Tani等人认为PBO的特性粘数在22～45dl/g(溶剂为MSA，25℃，浓度为0.05g/dl)对纺丝有利，Alexander等人认为纺丝液中聚合物浓度最好在14～20wt％范围内，体系中P₂O₅的含量最好为80～86wt％。

纺丝工艺直接影响纤维的结构和性能，在纤维成型过程中，纤维的凝固浴条件是非常重要的，凝固浴的浓度、温度、时间等，都直接影响纤维的取向度及纤维内的溶剂含量，凝固浴条件如浓度过高或过低，均会导致PBO纤维的质量下降。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备聚亚苯基苯并二噁唑(PBO)纤维的梯度凝固浴装置。

本发明的原理是凝固浴中磷酸浓度过低导致纤维凝结速度过快，纤维一进入凝固浴表层马上固化，并达到一定厚度，而此时单丝内部还有一定温度，处于较软的半固化流体，由外力所施加的张力得到松弛，内部大分子就发生了解取向，容易产生较多纤维缺陷，而且由于皮层较厚导致内部的溶剂较难扩散洗脱出来；凝固浴中磷酸浓度过高，纤维凝固趋于缓和，凝固不够充分，达不到一定强度，在速度较快的情况下，容易断丝；同时由于溶剂扩散的浓度推动力较小，纤维中的磷酸溶剂残留量较大，使纤维品质下降；因此，凝固浴的浓度是关系到凝固速度与纤维成型结构以及纤维残余溶剂含量的重要工艺参数。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种制备聚亚苯基苯并二噁唑纤维的梯度凝固浴装置，其含有凝固浴槽和导丝辊；导丝辊设在凝固浴槽内，凝固浴槽的连接方式为两种：平面串联组合式方式或阶梯组合式；平面串联组合式方式是指将凝固浴槽安放在同一水平面及直线上首尾相连；阶梯组合式是指凝固浴槽连接方式是将凝固浴槽上下梯形叠放；

所述的凝固浴槽的材质要耐酸、耐腐蚀；凝固浴的工作温度为0～30℃，凝固浴槽长度为2～5米；尽管继续增加凝固浴槽的台数也是可行的，但是更多的凝固浴槽其占用空间较大，而且对纤维凝固效果的改进随着凝固浴槽的增加而变得越来越不明显；因此，选择三台至八台凝固浴槽的组合最为合理；

凝固浴槽组的组合方式有两种，一种是平面串联组合式，是将凝固浴槽安放在同一水平面及直线上首尾相连，其中相邻两个凝固浴水槽轴线之间的夹角为0°～180°，优选为0°和180°，当角度不为0°和180°时，其中间只要加上转向的装置就可以了；另一种是阶梯组合式，是将凝固浴槽上下梯形叠放，上下凝固浴水槽处于同一垂直平面，节省场地。采取何种组合方式取决于实施方摆放该凝固浴装置的场地大小和平面或空间位置是否允许；

凝固浴槽的工作温度是0～30℃，凝固浴浓度范围可以为0％～40％，各凝固浴槽中凝固浴浓度沿工艺方向呈现梯度下降趋势，使纤维成型过程缓和，纤维皮层固化速度趋缓，纤维可在凝固浴中进一步拉伸，提高取向度，增加扩散的浓度推动力，最大程度地除去纤维内部的溶剂；

在PBO纤维成型过程中，凝固浴的浓度和温度以及拉伸速度是影响PBO纤维质量的重要因素；采用本发明的梯度凝固浴装置，可控制PBO纤维的凝固成型速度和溶剂的扩散速度，获得高品质的PBO纤维。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明具有生产工艺简单、操作简单、凝固工艺条件根据纺丝速度灵活可调的优点，能够实现连续化操作。

【附图说明】

图1本发明的实施例1的凝固浴槽组合装置示意图；

图2本发明的实施例2的凝固浴槽组合装置示意图。

附图中的标号分别为：1、凝固浴槽，2、导丝辊。

【具体实施方式】

以下提供本发明一种制备聚亚苯基苯并二噁唑纤维的梯度凝固装置的具体实施方式。

实施例1

请参见附图1，本发明的一种制备PBO纤维的梯度凝固浴装置是由五台凝固浴槽1和导丝辊2组成，凝固浴槽长度为2米，各凝固浴槽首尾相接，直线排列；其中凝固浴的工作温度为30℃，凝固浴槽中凝固浴酸浓度依次为30％，20％，10％，5％和0％(质量分数)，纺丝速度为30米/分钟。

本实施例得到的PBO纤维的通过梯度凝固浴后的磷含量为1.66％。

实施例2

请参见附图2，本实施例与实施例1不同的是：凝固浴槽组合方式是上下阶梯组合式；其它与实施例1相同。

本实施例得到的PBO纤维的通过梯度凝固浴后的磷含量为1.63％。

实施例3

本实施例与实施例2不同的是：采用3个凝固浴槽，每个槽长度为3米，凝固浴槽中凝固浴酸浓度依次为30％，15％和0％(质量分数)，其它与实施例2相同。

本实施例得到的PBO纤维的通过梯度凝固浴后的磷含量为1.78％。

实施例4

本实施例与实施例3不同的是：凝固浴槽中凝固浴酸浓度依次为20％，10％和0％(质量分数)，其它与实施例3相同。

本实施例得到的PBO纤维的通过梯度凝固浴后的磷含量为1.59％。

实施例5

本实施例与实施例3不同的是：纺丝速度为50米/分钟，其它与实施例3相同。

本实施例得到的PBO纤维的通过梯度凝固浴后的磷含量为1.61％。

实施例6

本实施例与实施例3不同的是：纺丝速度为70米/分钟，其它与实施例3相同。

本实施例得到的PBO纤维的通过梯度凝固浴后的磷含量为1.34％。

实施例7

本实施例与实施例3不同的是：凝固浴槽中凝固浴的温度为15℃，其它与实施例3相同。

本实施例得到的PBO纤维的通过梯度凝固浴后的磷含量为1.48％。

实施例8

本实施例与实施例3不同的是：凝固浴槽中凝固浴的温度为5℃，其它与实施例3相同。

本实施例得到的PBO纤维的通过梯度凝固浴后的磷含量为1.58％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims

1.一种制备聚亚苯基苯并二噁唑纤维的梯度凝固浴装置，其含有凝固浴槽和导丝辊；其特征在于，导丝辊设在凝固浴槽内，凝固浴槽的连接方式为两种：平面串联组合式方式或阶梯组合式；所述的平面串联组合式方式是指将凝固浴槽安放在同一水平面及直线上首尾相连；所述的阶梯组合式是指凝固浴槽连接方式是将凝固浴槽上下梯形叠放。

2.如权利要求1所述的一种制备聚亚苯基苯并二噁唑纤维的梯度凝固浴装置，其特征在于，所述的凝固浴槽的材质为耐酸和耐腐蚀。

3.如权利要求1所述的一种制备聚亚苯基苯并二噁唑纤维的梯度凝固浴装置，其特征在于，所述的凝固浴槽长度为2～5米。

4.如权利要求1所述的一种制备聚亚苯基苯并二噁唑纤维的梯度凝固浴装置，其特征在于，所述的凝固浴槽的数目为3～8台。

5.如权利要求1所述的一种制备聚亚苯基苯并二噁唑纤维的梯度凝固浴装置，其特征在于，凝固浴槽的工作温度是0～30℃，各凝固浴槽中凝固浴浓度沿工艺方向呈现梯度下降趋势；凝固浴浓度范围为0％～40％。

6.如权利要求1所述的一种制备聚亚苯基苯并二噁唑纤维的梯度凝固浴装置，其特征在于，在凝固浴槽平面串联组合式中，相邻两个凝固浴水槽轴线之间的夹角为0°～180°。

7.如权利要求6所述的一种制备聚亚苯基苯并二噁唑纤维的梯度凝固浴装置，其特征在于，在凝固浴槽平面串联组合式中，相邻两个凝固浴水槽轴线之间的夹角为0°或者180°。