CN103305962B - 一种耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚酰胺纤维技术领域，公开了一种耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维及其制备方法。该纤维由包含以下质量分数的组分制成：半芳香族聚酰胺35‑75wt％，聚烯烃24‑55wt％，相容剂1‑10wt％。制备方法如下：将干燥的35‑75wt％半芳香族聚酰胺、24‑55wt％聚烯烃和1‑10wt％相容剂共混1‑10min后，经螺杆挤出机熔融、纺丝、冷却至室温，上油，得到初生纤维，牵伸，卷绕成型，得到共混纤维；然后采用烃类溶剂对共混纤维进行剥离，除去纤维中的聚烯烃，制得耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维。本发明的纤维具有优异的耐高温性能、优良的热稳定性和形态稳定性、良好的耐化学腐蚀性，适用于各种高温环境及特殊化学环境，尤其是过滤材料的上佳选择。
Description
技术领域
本发明属于聚酰胺纤维技术领域，涉及一种耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维及其制备方法。
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。
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，尤其适用于150℃以上的高温环境及特殊化学环境，可开发其产品用于腐蚀性较强，工作温度较高的废液、废气及烟尘等的过滤。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。《Melt Spinningand Laser-Heated Drawing of a New SemiAromatic Polyamide，PA9-T Fiber》，J Polym Sci PartB：Polym Phys，42：433-444，公开了一种由对苯二甲酰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PA9-T纤维。在现有技术中均未涉及如本发明所示的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维，该超细纤维的细度小于0.01dtex，具有优异的耐高温性能、优良的热稳定性和形态稳定性、良好的耐化学腐蚀性，适用于各种高温环境及特殊化学环境，尤其是过滤材料的上佳选择。
本发明的另一个目的是提供一种上述耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维的制备方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维，该纤维由包含以下质量分数的组分制成：
半芳香族聚酰胺 35-75wt％，
聚烯烃 24-55wt％，
相容剂 1-10wt％。
所述的半芳香族聚酰胺为50-70wt％，为分子链中引入芳香环的聚酰胺，由如下结构式的均聚物或共聚物构成：
其中：
50≤聚合度X≤200，优选70≤X≤170；25≤聚合度Y≤100，优选35≤Y≤85；7≤n≤16，优选9≤n≤14；7≤m≤16，优选9≤m≤14。
更优选地，用T代表对苯二甲酸，用I代表间苯二甲酸，n、m为胺所含碳数目。当n、m分别为7、12、16时，半芳香族聚酰胺均聚物则分别表示为PA7T、PA7I、PA12T、PA12I、PA16T或PA16I；半芳香族聚酰胺共聚物为PA7T/16I、PA12T/12I或PA16T/PA7I。例如，当n为7，m为12时，半芳香族聚酰胺均聚物则分别表示PA7T和PA12I，半芳香族聚酰胺共聚物表示为PA7T/12I。
所述的半芳香族聚酰胺共聚物为PA7T/16I或PA10T/12I。
所述的半芳香族聚酰胺均聚物为PA7T、PA16T、PA9I或PA14I。
所述的聚烯烃为28-43wt％，选自聚丙烯或聚乙烯中的一种或一种以上。
所述的相容剂为2-7wt％，选自烯烃接枝马来酸酐，优选聚丙烯接枝马来酸酐或聚乙烯接枝马来酸酐中的一种或一种以上。
本发明还提供了一种上述耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：
将干燥的35-75wt％半芳香族聚酰胺、24-55wt％聚烯烃和1-10wt％相容剂共混1-10min后，经螺杆挤出机熔融、纺丝、冷却至室温，上油，得到初生纤维，牵伸，卷绕成型，得到共混纤维；然后采用烃类溶剂对共混纤维进行剥离，除去纤维中的聚烯烃，制得耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维。
所述的干燥的半芳香族聚酰胺在真空转鼓中干燥，干燥温度为80-130℃，干燥时间为5-24h。
所述的纺丝控制纺丝温度为280-330℃，纺丝速度为800-4000m/min。
所述的上油采用喷嘴上油。
所述的牵伸过程中，初生纤维的牵伸倍数为2-5倍。
所述的烃类溶剂为二甲苯或甲苯中的一种。
所述的烃类溶剂对共混纤维进行剥离的温度为65-95℃，时间为0.5-5h。
所述的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维，其单纤维的细度为0.001-0.01dtex，纤维直径均匀，长度为10-20mm。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明的技术方案采用熔融纺丝法的技术路线，制备方法简单，制得的半芳香族聚酰胺超细纤维化学稳定性好，能耐大部分的酸碱、且耐高温，可作为用于腐蚀性较强，工作温度较高的废液、废气及烟尘等的过滤材料。
2、本发明的纤维的细度小于0.01dtex，具有优异的耐高温性能、优良的热稳定性和形态稳定性、良好的耐化学腐蚀性，适用于各种高温环境及特殊化学环境，尤其是过滤材料的上佳选择。
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
(1)将75wt％PA7T切片于130℃在真空转鼓中干燥5h后，备用；
(2)将75wt％的PA7T、24wt％的聚丙烯和1wt％的聚丙烯接枝马来酸酐共混1min后，经螺杆挤出机进行熔融；纺丝，纺丝温度为330℃，纺丝速度为800m/min，再经环吹风冷却至室温，采用喷嘴上油，得到初生纤维；将初生纤维牵伸2倍，卷绕成型，得到共混纤维；
(3)将步骤(2)中的共混纤维，溶于二甲苯溶剂中95℃下剥离0.5h，溶剂除去纤维中的聚烯烃，制得超细纤维，其单纤维的细度为0.001dtex，纤维直径均匀，长度为10mm。
实施例2
(1)将65wt％PA16T切片于100℃在真空转鼓中干燥16h后，备用；
(2)将65wt％的PA16T、32wt％的聚丙烯和3wt％的聚丙烯接枝马来酸酐共混3min后，经螺杆挤出机进行熔融，熔融的温度；纺丝，纺丝温度为280℃，纺丝速度为4000m/min，再经环吹风冷却至室温，采用喷嘴上油，得到初生纤维；将初生纤维牵伸5倍，卷绕成型，得到共混纤维；
(3)将步骤(2)中的共混纤维，溶于二甲苯溶剂中65℃下剥离5h，溶剂除去纤维中的聚烯烃，制得超细纤维，其单纤维的细度为0.01dtex，纤维直径均匀，长度为15mm。
实施例3
(1)将50wt％的PA9I切片于120℃在真空转鼓中干燥10h后，备用；
(2)将50wt％的PA9I、45wt％的聚乙烯和5wt％的聚乙烯接枝马来酸酐共混5min后，经螺杆挤出机进行熔融；纺丝，纺丝温度为310℃，纺丝速度为2000m/min，再经环吹风冷却至室温，采用喷嘴上油，得到初生纤维；将初生纤维牵伸3倍，卷绕成型，得到共混纤维；
(3)将步骤(2)中的共混纤维，溶于二甲苯溶剂中80℃下剥离2.5h，溶剂除去纤维中的聚烯烃，制得超细纤维，其单纤维的细度为0.005dtex，纤维直径均匀，长度为15mm。
实施例4
(1)将35wt％的PA14I切片于90℃在真空转鼓中干燥18h后，备用；
(2)将35wt％的PA14I、55wt％的聚乙烯和10wt％的聚乙烯接枝马来酸酐共混7min后，经螺杆挤出机进行熔融，；纺丝，纺丝温度为290℃，纺丝速度为1000m/min，再经环吹风冷却至室温，采用喷嘴上油，得到初生纤维；将初生纤维牵伸4倍，卷绕成型，得到共混纤维；
(3)将步骤(2)中的共混纤维，溶于二甲苯溶剂中75℃下剥离3h，溶剂除去纤维中的聚烯烃，制得超细纤维，其单纤维的细度为0.01dtex，纤维直径均匀，长度为20mm。
实施例5
(1)将40wt％的PA7T/16I切片于125℃在真空转鼓中干燥10h后，备用；
(2)将40wt％的PA7T/16I、54wt％的聚丙烯和6wt％的聚丙烯接枝马来酸酐共混10min后，经螺杆挤出机进行熔融；纺丝，纺丝温度为300℃，纺丝速度为900m/min，再经环吹风冷却至室温，采用喷嘴上油，得到初生纤维；将初生纤维牵伸3.5倍，卷绕成型，得到共混纤维；
(3)将步骤(2)中的共混纤维，溶于二甲苯溶剂中80℃下剥离3.5h，溶剂除去纤维中的聚烯烃，制得超细纤维，其单纤维的细度为0.008dtex，纤维直径均匀，长度为12mm。
实施例6
(1)将55wt％的PA10T/12I切片于125℃在真空转鼓中干燥10h后，备用；
(2)将55wt％的PA10T/12I、43wt％的聚丙烯和2wt％的聚丙烯接枝马来酸酐共混10min后，经螺杆挤出机进行熔融；纺丝，纺丝温度为295℃，纺丝速度为1500m/min，再经环吹风冷却至室温，采用喷嘴上油，得到初生纤维；将初生纤维牵伸2.5倍，卷绕成型，得到共混纤维；
(3)将步骤(2)中的共混纤维，溶于甲苯溶剂中75℃下剥离4h，溶剂除去纤维中的聚烯烃，制得超细纤维，其单纤维的细度为0.006dtex，纤维直径均匀，长度为18mm。
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 (11)
1.一种耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维，其特征在于：该纤维的生产原料由以下质量分数的组分构成：
半芳香族聚酰胺 50-70wt％，
聚烯烃 24-55wt％，
相容剂 1-10wt％；
所述的半芳香族聚酰胺为分子链中引入芳香环的聚酰胺，由如下结构式的均聚物或共聚物构成：
均聚物：
共聚物：
其中：50≤聚合度X≤200，25≤聚合度Y≤100，7≤n≤16，7≤m≤16。
2.根据权利要求1所述的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维，其特征在于：70≤聚合度X≤170；35≤聚合度Y≤85；9≤n≤14；9≤m≤14。
3.根据权利要求2所述的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维，其特征在于：所述的半芳香族聚酰胺共聚物为聚对苯二甲酸庚二胺/间苯二甲酸十六碳二胺PA7T/16I或聚对苯二甲酸癸二胺/间苯二甲酸十二碳二胺PA10T/12I；所述的半芳香族聚酰胺均聚物为聚对苯二甲酸庚二胺PA7T、聚对苯二甲酸十六碳二胺PA16T、聚间苯二甲酸壬二胺PA9I或聚间苯二甲酸十四碳二胺PA14I。
4.根据权利要求1所述的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维，其特征在于：所述的聚烯烃为28-43wt％，选自聚丙烯或聚乙烯中的一种以上。
5.根据权利要求1所述的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维，其特征在于：所述的相容剂为2-7wt％，选自烯烃接枝马来酸酐。
6.根据权利要求5所述的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维，其特征在于：所述的相容剂选自聚丙烯接枝马来酸酐或聚乙烯接枝马来酸酐中的一种以上。
7.权利要求1至6任一所述的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
将干燥的50-70wt％半芳香族聚酰胺、24-55wt％聚烯烃和1-10wt％相容剂共混1-10min后，经螺杆挤出机熔融、纺丝、冷却至室温，上油，得到初生纤维，牵伸，卷绕成型，得到共混纤维；然后采用烃类溶剂对共混纤维进行剥离，除去纤维中的聚烯烃，制得耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维。
8.根据权利要求7所述的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维的制备方法，其特征在于：所述的干燥的半芳香族聚酰胺在真空转鼓中干燥，干燥温度为80-130℃，干燥时间为5-24h。
9.根据权利要求7所述的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维的制备方法，其特征在于：所述的纺丝控制纺丝温度为280-330℃，纺丝速度为800-4000m/min；所述的上油采用喷嘴上油；所述的牵伸过程中，初生纤维的牵伸倍数为2-5倍；所述的烃类溶剂为二甲苯或甲苯中的一种。
10.根据权利要求7所述的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维的制备方法，其特征在于：所述的烃类溶剂对共混纤维进行剥离的温度为65-95℃，时间为0.5-5h。
11.根据权利要求7所述的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维的制备方法，其特征在于：所述的耐高温半芳香族聚酰胺超细纤维，其单纤维的细度为0.001-0.01dtex，长度为10-20mm。
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