CN102337600A - 一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，是一种不同于现有技术的聚芳砜酰胺纤维制备所采用的拉伸技术的方法。本发明的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，聚芳砜酰胺纺丝溶液经过挤出凝固成型后得到的初生纤维，在热空气中进行拉伸；所述的热空气温度80～180℃，拉伸倍数2～16倍；所述聚芳砜酰胺初生纤维的组成为10～50wt％聚芳砜酰胺、10～60wt％的溶剂和余量水。本发明的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，提高了分子的取向度，有利于后道高温热定型过程中的结晶，提高纤维强度。

Description

一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法
技术领域
本发明属于芳砜纶纤维制备领域，涉及一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法。
背景技术
聚芳砜酰胺纤维具有优越的耐热性，良好的电绝缘性，很好的尺寸稳定性与耐化学腐蚀性，暴露在高温下仍能保持良好的物理性能，它在高温过滤袋，耐温防火服及F.H级电绝缘纸以及一些其他工业应用领域。然而由于所纺制的聚芳砜酰胺纤维力学性能较差，影响了其广泛应用。
聚芳砜酰胺初生纤维的拉伸，是对纤维的结构与性能影响最大的工序之一。初生纤维的拉伸工艺，决定了成品纤维的力学性能。这是因为，初生纤维在拉伸过程使聚芳砜酰胺大分子发生取向，取向诱导结晶过程，取向和结晶结构的形成会提高成品纤维的力学性能。
目前聚芳砜酰胺纤维的制备方法中，以湿法纺丝为主要途径。纺丝过程中，纺丝溶液出喷丝孔后进入凝固浴，出凝固浴后需要经过拉伸浴的塑化拉伸、水洗浴的低倍数的拉伸(几乎没有明显的拉伸)和高温热拉伸。
上述方法的缺陷：塑化浴拉伸，摩擦力大、纤维中溶剂和水含量高，初生纤维承受拉伸张力的能力小，可拉伸倍数小；水浴拉伸，没有溶剂的增塑作用，可拉伸倍数小；干热拉伸，纤维玻璃化转变温度高，热拉伸温度高，能耗大，可拉伸倍数小，小分子分解引起纤维黄变。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，是一种不同于现有技术的聚芳砜酰胺纤维制备所采用的拉伸技术的方法，本发明的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，提高了分子的取向度，有利于后道高温热定型过程中的结晶，提高纤维强度。
本发明的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，聚芳砜酰胺纺丝溶液经过挤出凝固成型后得到的初生纤维，在热空气中进行拉伸；所述的热空气温度80～180℃，拉伸倍数2～16倍；
所述聚芳砜酰胺初生纤维的组成为10～50wt％聚芳砜酰胺、10～60wt％的溶剂和余量水。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，所述的聚芳砜酰胺为由结构式(1)～(4)中的一种结构单元组成的均聚物或者由结构式(1)～(4)中的任意两种结构单元组成的无规共聚物；
结构式(1)
结构式(2)
Figure BDA0000078984410000022
结构式(3)
结构式(4)
所述聚芳砜酰胺的重均分子量为10000～1000000。
如上所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，所述任意两种结构单元组成的无规共聚物的无规共聚聚芳砜酰胺的两种结构单元摩尔比例为1∶9～9∶1。
如上所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，所述的拉伸倍数为8～15倍。
如上所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，所述的溶剂为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3甲基咪唑醋酸盐、1-乙基-3甲基咪唑甲酸盐或1-乙基-3甲基咪唑亚磷酸甲酯盐；所述溶剂180℃下的蒸汽压小于0.5Pa。
如上所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，所述的聚芳砜酰胺纺丝溶液经过挤出凝固成型采用干喷湿纺的制备方法，即浓度为8～40wt％的纺丝溶液经喷丝孔挤出，经过一段20～80cm的空气段，然后进入凝固浴中凝固成型。
如上所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，所述的纺丝溶液经喷丝孔挤出温度为70～140℃。
如上所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，所述的喷丝孔长径比为1～2，优选1.5。
如上所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，所述的纺丝溶液经喷丝孔挤出速率为1～80m/min，优选10m/min。
如上所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，所述的凝固浴的组成为10～60wt％的溶剂与余量水，温度-10～40℃。
如上所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，所述的聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法所制备得到的聚芳砜酰胺纤维强度大于3.5cN/dtex。
有益效果：
(1)通过热塑拉伸，提高分子的取向度，有利于后道高温热定型过程中的结晶，提高纤维强度；
(2)选用的溶剂蒸汽压低，热拉伸过程中不需要采用溶剂的回收；
(3)通过热塑拉伸，分子的取向程度提高，可以有效降低后道高温拉伸的拉伸倍数，避免纤维损伤。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将重均分子量为1000000、由结构式(1)的单元组成的聚芳砜酰胺与溶剂1-丁基-3-甲基咪唑氯盐混合，得到浓度为8wt％的纺丝溶液。
纺丝溶液经喷丝口挤出，挤出温度105℃，挤出速率为20m/min，喷丝孔长径比为1.8，经过一段20mm的空气段，然后进入组成为60wt％的溶剂与余量水、温度40℃的凝固浴中凝固成型，得到组成为10wt％聚芳砜酰胺、60wt％的溶剂1-丁基-3-基咪唑氯盐和余量水的聚芳砜酰胺初生纤维。
将初生纤维在温度为80℃的热空气下拉伸15倍，最终得到的聚芳砜酰胺纤维强度为3.51cN/dtex。
实施例2
将重均分子量为10000、由结构式(3)的单元组成的聚芳砜酰胺与溶剂1-丁基-3-甲基咪唑溴盐混合，得到浓度为40wt％的纺丝溶液。
纺丝溶度经喷丝口挤出，挤出温度70℃，挤出速率为15m/min，喷丝孔长径比为1.5，经过一段80mm的空气段，然后进入组成为10wt％的溶剂与余量水，温度-10℃的凝固浴中凝固成型，得到组成为50wt％聚芳砜酰胺、10wt％的溶剂和余量水的聚芳砜酰胺初生纤维。
将初生纤维再温度为180℃的热空气下拉伸8倍，最终得到的聚芳砜酰胺纤维强度为3.55cN/dtex。
实施例3
将重均分子量为50000、由结构式(1)与结构式(2)的两种单元(摩尔比例为1∶9)组成的聚芳砜酰胺与溶剂1-烯丙基-3-甲基咪唑溴盐混合，得到浓度为10wt％的纺丝溶液。
纺丝溶液经喷丝口挤出，挤出温度90℃，挤出速率为10m/min，喷丝孔长径比为1.4，经过一段30mm的空气段，然后进入组成为20wt％的溶剂与余量水，温度0℃的凝固浴中凝固成型，得到组成为15wt％聚芳砜酰胺、20wt％的溶剂和余量水的聚芳砜酰胺初生纤维。
将初生纤维在温度为90℃的热空气下拉伸10倍，最终得到的聚芳砜酰胺纤维强度为3.63cN/dtex。
实施例4
将重均分子量为120000、由结构式(3)与结构式(4)的两种单元(摩尔比例为9∶1)组成的聚芳砜酰胺与溶剂1-乙基-3甲基咪唑醋酸盐混合，得到浓度为15wt％的纺丝溶液。
纺丝溶液经喷丝口挤出，挤出温度90℃，挤出速率为12m/min，喷丝孔长径比为1.5，经过一段40mm的空气段，然后进入组成为25wt％的溶剂与余量水，温度5℃的凝固浴中凝固成型，得到组成为20wt％聚芳砜酰胺、25wt％的溶剂和余量水的聚芳砜酰胺初生纤维。
将初生纤维在温度100℃热空气下拉伸11倍，最终得到的聚芳砜酰胺纤维强度为3.66cN/dtex。
实施例5
将重均分子量为140000、由结构式(1)与结构式(4)的两种单元(摩尔比例为1∶4)组成的聚芳砜酰胺与溶剂1-乙基-3甲基咪唑甲酸盐混合，得到浓度为20wt％的纺丝溶液。
纺丝溶液经喷丝口挤出，挤出温度100℃，挤出速率为15m/min，喷丝孔长径比为1.6，经过一段50mm的空气段，然后进入组成为30wt％的溶剂与余量水，温度10℃的凝固浴中凝固成型，得到组成为25wt％聚芳砜酰胺、30wt％的溶剂和余量水的聚芳砜酰胺初生纤维。
将初生纤维在温度110℃热空气下拉伸12倍，最终得到的聚芳砜酰胺纤维强度为3.71cN/dtex。
实施例6
将重均分子量为160000、由结构式(2)与结构式(3)的两种单元(摩尔比例为1∶5)组成的聚芳砜酰胺与溶剂1-乙基-3甲基咪唑亚磷酸甲酯盐混合，得到浓度为30wt％的纺丝溶液。
纺丝溶液经喷丝口挤出，挤出温度115℃，挤出速率为10m/min，喷丝孔长径比为1.7，经过一段60mm的空气段，然后进入组成为40wt％的溶剂与余量水，温度-10℃的凝固浴中凝固成型，得到组成为32wt％聚芳砜酰胺、40wt％的溶剂和余量水的聚芳砜酰胺初生纤维。
将初生纤维在温度120℃热空气下拉伸13倍，最终得到的聚芳砜酰胺纤维强度为3.75cN/dtex。
实施例7
将重均分子量为260000、由结构式(2)与结构式(4)的两种单元(摩尔比例为2∶1)组成的聚芳砜酰胺与溶剂1-丁基-3-甲基咪唑氯盐混合，得到浓度为35wt％的纺丝溶液。
纺丝溶液经喷丝口挤出，挤出温度120℃，挤出速率为12m/min，喷丝孔长径比为1.4，经过一段70mm的空气段，然后进入组成为50wt％的溶剂与余量水，温度-10℃的凝固浴中凝固成型，得到组成为38wt％聚芳砜酰胺、50wt％的溶剂和余量水的聚芳砜酰胺初生纤维。
将初生纤维在温度130℃热空气下拉伸14倍，最终得到的聚芳砜酰胺纤维强度为3.79cN/dtex。
实施例8
将重均分子量为180000、由结构式(1)与结构式(3)的两种单元(摩尔比例为3∶1)组成的聚芳砜酰胺与溶剂1-丁基-3-甲基咪唑溴盐混合，得到浓度为38wt％的纺丝溶液。
纺丝溶液经喷丝口挤出，挤出温度80℃，挤出速率为8m/min，喷丝孔长径比为1.5，经过一段75mm的空气段，然后进入组成为55wt％的溶剂与余量水，温度-10℃的凝固浴中凝固成型，得到组成为40wt％聚芳砜酰胺、55wt％的溶剂和余量水的聚芳砜酰胺初生纤维。
将初生纤维在温度140℃热空气下拉伸15倍，最终得到的聚芳砜酰胺纤维强度为3.82cN/dtex。

Claims (8)

1.一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，其特征是：聚芳砜酰胺纺丝溶液经过挤出凝固成型后得到的初生纤维，在热空气中进行拉伸；所述的热空气温度80～180℃，拉伸倍数2～16倍；
所述聚芳砜酰胺初生纤维的组成为10～50wt％聚芳砜酰胺、10～60wt％的溶剂和余量水。
2.根据权利要求1所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，其特征在于，所述的聚芳砜酰胺为由结构式(1)～(4)中的一种结构单元组成的均聚物或者由结构式(1)～(4)中的任意两种结构单元组成的无规共聚物；
结构式(1)
Figure FDA0000078984400000011
结构式(2)
Figure FDA0000078984400000012
结构式(3)
结构式(4)
Figure FDA0000078984400000014
所述聚芳砜酰胺的重均分子量为10000～1000000。
3.根据权利要求2所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，其特征在于，所述任意两种结构单元组成的无规共聚物的无规共聚聚芳砜酰胺的两种结构单元摩尔比例为1∶9～9∶1。
4.根据权利要求1所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，其特征在于，所述的拉伸倍数为8～15倍。
5.根据权利要求1所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，其特征在于，所述的溶剂为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑溴盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑溴盐、1-乙基-3甲基咪唑醋酸盐、1-乙基-3甲基咪唑甲酸盐或1-乙基-3甲基咪唑亚磷酸甲酯盐；所述溶剂180℃下的蒸汽压小于0.5Pa。
6.根据权利要求1所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，其特征在于，所述的聚芳砜酰胺纺丝溶液经过挤出凝固成型采用干喷湿纺的制备方法，即浓度为8～40wt％的纺丝溶液经喷丝孔挤出，经过一段20～80mm的空气段，然后进入凝固浴中凝固成型。
7.根据权利要求5所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，其特征在于，所述的凝固浴的组成为10～60wt％的溶剂与余量水，温度-10～40℃。
8.根据权利要求1所述的一种聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法，其特征在于，所述的聚芳砜酰胺初生纤维的热拉伸方法所制备得到的聚芳砜酰胺纤维强度大于3.5cN/dtex。
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