CN103467737A - F-12纤维聚合液制备的工艺方法及生产设备 - Google Patents

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焦李周
白明
王宝生
张楚璇
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Abstract

本发明涉及一种制备F-12纤维聚合液的工艺方法，即将对苯二胺(PPDA)和第三单体苯并咪唑类二胺(DAPBI)溶解在氯化锂的N，N-二甲基乙酰胺(DMAc-LiCl)溶液中，经过滤除去不溶性杂质后，转移至聚合釜，将体系降温至-10～5℃，加入对苯二甲酰氯(TPC)进行聚合反应。F-12纤维聚合液制备的生产设备，包括单体溶解釜1、单体溶解釜搅拌器2、过滤器4、聚合釜搅拌器5、聚合釜6。通过上述工艺及设备，可大规模制备相对粘度适中，分子量合适的聚合液，使用该聚合液可纺出抗张强度大于4.2GPa，抗张模量大于110GPa的多种规格的F-12纤维。

Description

F-12纤维聚合液制备的工艺方法及生产设备
技术领域
本发明涉及一种制备F-12纤维聚合液的工艺方法及生产设备，使用该工艺方法及设备制备的聚合液经纺丝及后处理工序可制成高强度、高模量的F-12纤维。
背景技术
F-12纤维属于芳纶类纤维(国内又称芳纶III纤维)，具有高比强度、高比模量、低密度、耐高温等优异性能，在航天、航空领域拥有广泛应用领域。
F-12纤维是由对苯二胺(PPDA)、苯并咪唑类二胺(DAPBI)和对苯二甲酰氯(TPC)三种单体，在含有无机盐(如氯化钙、氯化锂)的极性溶剂(如NMP、DMAc)中参与缩聚反应制备三元共聚物，再经纺丝及后处理制得。
制备高强度、高模量的F-12纤维，需要聚合物具有高分子量。由于这三种单体参与聚合反应速度较快、放热量大，若体系传质、传热效果差，体系副反应增多，小分子聚合物增加，若体系温度过高、搅拌不均匀，对高分子聚合物的制备形成一定的负面影响。扩大生产规模后，就需要通过调整生产工艺来控制反应速度，另外通过生产设备的改进提高搅拌效率，促进聚合体系的均匀，提高高分子量聚合物的形成几率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供F-12纤维聚合液制备的工艺方法，以控制反应速度，解决单体聚合反应速度快、放热量大的问题，制备相对粘度在50～100Pa·S的聚合液，并使其满足纺丝要求。
本发明要解决的另一个技术问题是F-12纤维聚合液制备的生产设备，以解决在聚合体系生产大时，设计合适的生产设备，提高搅拌效率，促进物料的均匀反应的问题。
为解决存在的技术问题，本发明采用的技术方案为，F-12纤维聚合液制备的工艺方法，将对苯二胺(PPDA)和第三单体苯并咪唑类二胺(DAPBI)溶解在氯化锂的N，N-二甲基乙酰胺(DMAc-LiCl)溶液中，经过滤除去不溶性杂质后，转移至聚合釜，将体系降温至-10～-5℃，加入对苯二甲酰氯(TPC)进行聚合反应。
所述聚合反应温度最好为-10～-5℃，通过控制反应温度，减少副反应，控制反应速度，以提高高分子链的成形机率。
F-12纤维聚合液制备的生产设备，包括单体溶解釜、单体溶解釜搅拌器、过滤器、聚合釜搅拌器、聚合釜，所述单体溶解釜搅拌器安装在单体溶解釜中，单体溶解釜和聚合釜分别通过物料管路与过滤器联接，单体溶解完后通过物料管路经过滤器把溶液转入聚合釜，聚合釜搅拌器安装在聚合釜中。
所述聚合釜搅拌器最好使用外框和折叶混合型搅拌器来提高搅拌速率。以保持体系上下层的均匀反应，直至反应结束。
有益效果：通过上述工艺及设备，可大规模制备相对粘度适中，分子量合适的聚合液，使用该聚合液可纺出抗张强度大于4.2GPa，抗张模量大于110GPa的多种规格的F-12纤维。
采用低温溶液缩聚的方法，可有效降低聚合反应速度，减少副反应发生的几率。另外，采用复合型搅拌设备，可有效提高传质、传热，控制体系反应的均匀程度，为F-12纤维生产提供合适的聚合液。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图
图2为本发明的生产设备示意图
图中标记：1为单体溶解釜；2为单体溶解釜搅拌器；3为物料管路：4为过滤器；5为聚合釜搅拌器；6为聚合釜
具体实施方式
F-12纤维聚合液制备的工艺方法，在溶解氯化锂的N，N-二甲基乙酰胺溶液中，由对苯二胺和第三单体与对苯二甲酰氯参与缩聚反应，将聚合温度控制在-10～5℃，生成相对粘度在50～100Pa·S的聚合液。
F-12纤维聚合液的生产设备，4000L聚合釜，主要由单体溶解釜1及聚合釜6组成，两者经过物料管路3及过滤器4连接。二胺单体溶解完后使用压力经物料管路3和过滤器4把溶液转入聚合釜6，体系降温后加入对苯二甲酰氯参与缩聚反应，使用组合式聚合釜搅拌器5进行传质与传热。
实施例1
将对苯二胺(PPDA)和第三单体(DAPBI)溶解在DMAc-LiCl溶液中，经过滤器4除去不溶性杂质并转移至聚合釜6，将体系降温至-5℃，加入TPC进行聚合反应，使用外框和折叶混合型搅拌来提高搅拌速率，保持体系上下层的均匀反应，直至反应结束。当聚合液相对粘度达到50～100Pa·S后进行纺丝及后处理。体系为4000L的聚合液相对粘度及纺丝纤维数据见表1。
表1F-12纤维聚合液及纤维数据
实施例2
将对苯二胺(PPDA)和第三单体(DAPBI)溶解在DMAc-LiCl溶液中，经过滤器4除去不溶性杂质并转移至聚合釜6，将体系降温至-6℃，加入TPC进行聚合反应，使用外框和折叶混合型搅拌来提高搅拌速率，保持体系上下层的均匀反应，直至反应结束。当聚合液相对粘度达到50～100Pa·S后进行纺丝及后处理。体系为4000L的聚合液相对粘度及纺丝纤维数据见表2。
表2F-12纤维聚合液及纤维数据
Figure BSA0000095593320000041
实施例3
将对苯二胺(PPDA)和第三单体(DAPBI)溶解在DMAc-LiCl溶液中，经过滤器4除去不溶性杂质并转移至聚合釜6，将体系降温至-8℃，加入TPC进行聚合反应，使用外框和折叶混合型搅拌来提高搅拌速率，保持体系上下层的均匀反应，直至反应结束。当聚合液相对粘度达到50～100Pa·S后进行纺丝及后处理。体系为4000L的聚合液相对粘度及纺丝纤维数据见表3。
表3F-12纤维聚合液及纤维数据
Figure BSA0000095593320000042
实施例4
将对苯二胺(PPDA)和第三单体(DAPBI)溶解在DMAc-LiCl溶液中，经过虑器4除去不溶性杂质并转移至聚合釜6，将体系降温至-10℃，加入TPC进行聚合反应，使用外框和折叶混合型搅拌来提高搅拌速率，保持体系上下层的均匀反应，直至反应结束。当聚合液相对粘度达到50～100Pa·S后进行纺丝及后处理。体系为4000L的聚合液相对粘度及纺丝纤维数据见表4。
表4F-12纤维聚合液及纤维数据
Figure BSA0000095593320000051

Claims (5)

1.F-12纤维聚合液制备的工艺方法，将对苯二胺和第三单体苯并咪唑类二胺溶解在氯化锂的N，N-二甲基乙酰胺溶液中，经过滤除去不溶性杂质后，转移至聚合釜，将体系降温至-10～5℃，加入对苯二甲酰氯进行聚合反应。
2.根据权利要求1所述的F-12纤维聚合液制备的工艺方法，其特征在于：所述聚合反应温度为-10～-5℃。
3.根据权利要求1所述的F-12纤维聚合液制备的工艺方法，其特征在于：所述在聚合釜中反应时，使用外框和折叶混合型搅拌器来提高搅拌速率，保持体系上下层的均匀反应，直至反应结束。
4.根据权利要求1-3所述的F-12纤维聚合液制备的生产设备，包括单体溶解釜(1)、单体溶解釜搅拌器(2)、过滤器(4)、聚合釜搅拌器(5)、聚合釜(6)，所述单体溶解釜搅拌器(2)安装在单体溶解釜(1)中；所述单体溶解釜(1)和聚合釜(6)分别通过物料管路(3)与过滤器(4)联接，单体溶解完后通过物料管路(3)经过滤器(4)把溶液转入聚合釜(6)；所述聚合釜搅拌器(5)安装在聚合釜(6)中。
5.根据权利要求4所述的F-12纤维聚合液制备的生产设备，其特征在于：所述聚合釜搅拌器(5)使用外框和折叶混合型搅拌器来提高搅拌速率。
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