CN102465353A - 一种均聚半芳香族聚酰胺纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种均聚半芳香族聚酰胺纤维及其制备方法，属于聚酰胺纤维技术领域。本发明所示的均聚半芳香族聚酰胺纤维的断裂强度为≥50cN/tex，断裂伸长率为1-30％，耐高温范围为150-270℃。本发明所示的均聚半芳香族聚酰胺纤维可采用熔融纺丝法制备，包括以下步骤：将均聚半芳香族聚酰胺切片进行干燥处理，通过纺丝机进行熔融纺丝，经侧吹风冷却，进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得均聚半芳香族聚酰胺纤维，其断裂强度为≥50cN/tex，断裂伸长率为1-30％，耐高温范围为150-270℃，并且具有优良的热稳定性和形态稳定性、良好的耐化学腐蚀性及耐磨性等优点。该产品可广泛用于国防军工、工业、民用等领域，尤其适用于各种高温环境及特殊化学环境。
Description
技术领域
本发明属于聚酰胺纤维技术领域，具体涉及一种均聚半芳香族聚酰胺纤维及其制备方法。
背景技术
由于聚酰胺纤维具有强度高，回弹性好、耐磨耐腐蚀等优异的性能，被广泛应用于各种领域。美中不足的是传统的脂肪族聚酰胺纤维(例如PA6、PA66等)耐热性不佳，在150℃时历经5小时即变黄，170℃开始软化，到215℃开始熔化，且耐酸性较差。这就限制了尼龙纤维在高温条件及特殊化学条件下的应用。全芳香族聚酰胺纤维虽然具有高强度高模量且优良的耐高温、抗化学腐蚀特性，但不能熔融纺成，而必须以昂贵的工艺由溶液纺成，不仅加工困难且成本很高。
半芳香族聚酰胺由于在聚酰胺分子链中引入了芳香环，从而提高了耐热性和力学性能，降低了吸水率，具有良好的耐化学腐蚀性。用半芳香族聚酰胺纺制的纤维将具有高耐热性，在高温下蠕变小、收缩率低及很好的机械性能，高柔软性、优异的耐磨性、优异的尺寸稳定性、良好的耐化学性、良好的与橡胶的粘合性。与全芳香族聚酰胺相比，半芳香族聚酰胺加工更容易，且成本大大降低。半芳香族聚酰胺纤维的开发将填补传统聚酰胺纤维及全芳香族聚酰胺纤维的空白应用领域，可广泛应用于汽车安全气囊、轮胎帘子线、工业橡胶制品、缝纫线、耐磨织物和过滤织物等，尤其适用于150℃以上的高温环境及特殊化学环境。
关于半芳香族聚酰胺纤维的开发很有限。聚对苯二甲酰己二胺树脂(PA6T)的熔点高达370℃，高于其分解温度，采用硫酸为溶剂纺丝成型(文献“Recent Patents on AromaticPolyamides”出自Recent Patents on Materials Science 2009，2，190-208)，而无法采用熔融纺丝法制备纤维。专利US3941755及US4022756则公开了一种共聚物6TA/6IA，可采用熔融纺丝法制备纤维。该共聚物是由对苯二甲酰己二胺盐(6TA)和间苯二甲酰己二胺盐(6IA)聚合得到，通过添加6IA组分制备其共聚物来破坏分子链规整度从而降低熔点。文章“MeltSpinning and Laser-Heated Drawing of a New SemiAromatic Polyamide，PA9-T Fiber”(J PolymSci Part B：Polym Phys 42：433-444)公开了一种PA9-T纤维，PA9-T是由对苯二甲酰1，9-壬二胺与对苯二甲酰2-甲基-1，8-辛二胺组成的共聚物。相对于酰胺均聚物来说，共聚物的性质很大程度上依赖于其组成及序列结构。另一组分的加入虽然降低了聚合物的熔点，但是两组分在分子链中的分布无法有效控制，同时也降低了分子链的规整度，从而降低共聚物的结晶度，也会导致共聚物的耐热性、耐化学药品性及尺寸稳定性等性能的下降，进而影响纤维的品质。在现有技术中均未涉及如本发明所示的均聚半芳香族聚酰胺纤维及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种均聚半芳香族聚酰胺纤维，该纤维具有优良的热稳定性和形态稳定性，良好的耐化学腐蚀性及耐磨性。
本发明的另一个目的是提供上述均聚半芳香族聚酰胺纤维的制备方法，本发明采用半芳香族酰胺均聚物通过熔融纺丝法制备耐高温聚酰胺纤维，是一条低成本、高产能、无污染、高附加值的制备方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种均聚半芳香族聚酰胺纤维，断裂强度为≥50cN/tex，断裂伸长率为1-30％，耐高温范围为150-270℃。
其中所涉及的均聚半芳香族聚酰胺由上海杰事杰(集团)股份有限公司提供，其具有如下重复结构单元：
其中：
7≤n≤16；
30≤聚合度(X)≤200。
本发明中重复结构单元中较为优选的n为9-14；较为优选的聚合度X为50-150。
所述的均聚半芳香族聚酰胺的熔点为250-330℃，优选290-310℃；熔点远低于其分解温度，分解温度高于400℃。
本发明所示的均聚半芳香族聚酰胺纤维可采用熔融纺丝法制备，包括以下步骤：
将均聚半芳香族聚酰胺切片进行干燥处理，通过纺丝机进行熔融纺丝，经侧吹风冷却，进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得均聚半芳香族聚酰胺纤维。
所述的干燥处理，干燥温度为80-130℃，干燥时间为8-48h。
所述的纺丝机为双螺杆纺丝机。
所述的熔融纺丝，其纺丝温度为280-350℃，纺丝速度为2000-6000m/min。
所述的侧吹风冷却，其速度为0.2-0.6m/s，侧吹风温度为19-25℃。
所述的牵伸工艺，其第一热辊温度110-130℃，第二热辊温度150-170℃，牵伸倍数为2-5倍。
所述的热定型温度为150-170℃。
另外，为得到具有特殊功能的均聚半芳香族聚酰胺纤维，可根据需要添加阻燃剂、抗菌防臭剂、抗紫外剂、抗静电添加剂等各种添加剂。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明所公开的一种均聚半芳香族聚酰胺纤维，具有强度高、耐高温、优良的热稳定性和形态稳定性、良好的耐化学腐蚀性及耐磨性等优点，可广泛用于国防军工、工业、民用等领域，尤其适用于各种高温环境及特殊化学环境。它是制造工业滤布和造纸毛毡的理想材料，可制备帘子线，应用于轮胎、胶管、运输带、传动带等领域；制作渔网、绳索、安全网、覆盖布及帐篷等，还可用于航天、航空等工业领域。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
均聚半芳香族聚酰胺PA7T纤维
原料：聚对苯二甲酰癸二胺PA7T切片：聚合度为150，熔点320-330℃，由上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司提供。
将PA7T切片在130℃干燥8h后，熔融经熔体管道进入纺丝组件由喷丝板喷出，再经侧吹风冷却、进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得均聚半芳香族聚酰胺PA7T纤维。其中纺丝温度为350℃，双螺杆纺丝机各段温度具体为：一区300℃，二区350℃，三区350℃，四区350℃，计量泵温度350℃，管道温度350℃，箱体温度350℃，纺丝速度为6000m/min，侧吹风速度为0.6m/s，侧吹风温度为25℃，第一热辊温度120℃，第二热辊温度160℃，牵伸倍数为5倍，松弛热定型温度为160℃。纺制的均聚半芳香族聚酰胺PA7T纤维的断裂强度为95cN/tex，断裂伸长率为1％，耐高温范围为150-270℃。
实施例2
均聚半芳香族聚酰胺PA9T纤维
原料：聚对苯二甲酰癸二胺PA9T切片：聚合度为95，熔点310-320℃，由上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司提供。
将PA9T切片在110℃干燥14h后，熔融经熔体管道进入纺丝组件由喷丝板喷出，再经侧吹风冷却、进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得均聚半芳香族聚酰胺PA9T纤维。其中纺丝温度为340℃，双螺杆纺丝机各段温度具体为：一区290℃，二区340℃，三区340℃，四区340℃，计量泵温度340℃，管道温度340℃，箱体温度340℃，纺丝速度为4500m/min，侧吹风速度为0.5m/s，侧吹风温度为22℃，第一热辊温度110℃，第二热辊温度150℃，牵伸倍数为3倍，松弛热定型温度为150℃。纺制的均聚半芳香族聚酰胺PA9T纤维的断裂强度为90cN/tex，断裂伸长率为9％，耐高温范围为150-270℃。
实施例3
均聚半芳香族聚酰胺PA10T纤维
原料：聚对苯二甲酰癸二胺PA10T切片：聚合度为100，熔点300-310℃，由上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司提供。
将PA10T切片在100℃干燥20h后，熔融经熔体管道进入纺丝组件由喷丝板喷出，再经侧吹风冷却、进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得耐高温聚酰胺PA10T纤维。其中纺丝温度为330℃，双螺杆纺丝机各段温度具体为：一区280℃，二区330℃，三区330℃，四区330℃，计量泵温度330℃，管道温度330℃，箱体温度330℃，纺丝速度为4000m/min，侧吹风速度为0.4m/s，侧吹风温度为21℃，第一热辊温度130℃，第二热辊温度170℃，牵伸倍数为4倍，松弛热定型温度为170℃。纺制的耐高温聚酰胺PA10T纤维的断裂强度为90cN/tex，断裂伸长率为10％，耐高温范围为150-270℃。
实施例4
均聚半芳香族聚酰胺PA14T纤维
原料：聚对苯二甲酰癸二胺PA14T切片：聚合度为70，熔点270-280℃，由上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司提供。
将PA14T切片在90℃干燥30h后，熔融经熔体管道进入纺丝组件由喷丝板喷出，再经侧吹风冷却、进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得耐高温聚酰胺PA10T纤维。其中纺丝温度为300℃，双螺杆纺丝机各段温度具体为：一区250℃，二区300℃，三区300℃，四区300℃，计量泵温度300℃，管道温度300℃，箱体温度300℃，纺丝速度为3000m/min，侧吹风速度为0.25m/s，侧吹风温度为20℃，第一热辊温度115℃，第二热辊温度155℃，牵伸倍数为3倍，松弛热定型温度为155℃。纺制的耐高温聚酰胺PA14T纤维的断裂强度为80cN/tex，断裂伸长率为20％，耐高温范围为150-250℃。
实施例5
均聚半芳香族聚酰胺PA16T纤维
原料：聚对苯二甲酰1，16-十二碳二胺PA16T切片：聚合度为50，熔点250-260℃，由上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司提供。
将PA16T切片在80℃干燥48h后，熔融经熔体管道进入纺丝组件由喷丝板喷出，再经侧吹风冷却、进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得均聚半芳香族聚酰胺PA16T纤维。其中纺丝温度为280℃，双螺杆纺丝机各段温度具体为：一区230℃，二区280℃，三区280℃，四区280℃，计量泵温度280℃，管道温度280℃，箱体温度280℃，纺丝速度为2000m/min，侧吹风速度为0.2m/s，侧吹风温度为19℃，第一热辊温度125℃，第二热辊温度165℃，牵伸倍数为2倍，松弛热定型温度为165℃。纺制的均聚半芳香族聚酰胺PA16T纤维的断裂强度为75cN/tex，断裂伸长率为30％，耐高温范围为150-230℃。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种均聚半芳香族聚酰胺纤维，其特征在于：该纤维的断裂强度为≥50cN/tex，断裂伸长率为1-30％，耐高温范围为150-270℃。
2.根据权利要求1所述的均聚半芳香族聚酰胺纤维，其特征在于：该纤维具有如下重复结构单元：
其中：7≤n≤16，30≤聚合度X≤200；
熔点为250-330℃；分解温度高于400℃。
3.根据权利要求2所述的均聚半芳香族聚酰胺纤维，其特征在于：所述的n为9-14；所述的聚合度X为50-150。
4.一种制备如权利要求1至3任一权利要求所述的均聚半芳香族聚酰胺纤维的方法，采用熔融纺丝法制备，其特征在于：所述方法包括以下步骤：将均聚半芳香族聚酰胺切片进行干燥处理，通过纺丝机进行熔融纺丝，经侧吹风冷却，进行油轮上油，牵伸，卷绕，热定型，最后制得均聚半芳香族聚酰胺纤维。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的干燥处理，干燥温度为80-130℃，干燥时间为8-48h。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的纺丝机为双螺杆纺丝机。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的熔融纺丝，其纺丝温度为280-350℃，纺丝速度为2000-6000m/min。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的侧吹风冷却，其速度为0.2-0.6m/s，侧吹风温度为19-25℃。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的牵伸工艺，其第一热辊温度110-130℃，第二热辊温度150-170℃，牵伸倍数为2-5倍。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的热定型温度为150-170℃。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |