CN109183175B - 新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚类纤维的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚类纤维的制备工艺，属于高分子材料技术领域。原料干燥后溶解于1,1’,2,2’‑四氯乙烷和/或对氯苯酚中，成质量百分数浓度为30～50％的纺丝原液，溶解温度为130～160℃。然后将纺丝原液脱泡后输入纺丝筒中，在加热料筒温度为130～160℃的条件下经喷丝板挤出后通过热甬道脱除溶剂得到含二氮杂萘酮结构聚芳醚类原丝，使原丝中溶剂质量分数降至5％以下；原丝经喷丝板挤出后直接进入热甬道，热甬道温度为220～260℃。本发明制备得到的新型的含有二氮杂萘酮结构聚芳醚类纤维，并且此类纤维具有耐热等级高、力学强度高、介电性能好、耐辐射以及加工方式多样等特点。

Description

新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚类纤维的制备工艺
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚类纤维的制备工艺。
背景技术
含二氮杂萘酮结构聚芳醚类树脂具有拉伸强度高、耐热等级高、耐磨性好、溶解性好等特点，是目前耐热等级最高的可溶解性高性能聚芳醚类聚合物，广泛应用于航天航空、车辆、舰船、电子电器、核能、精密接卸、石油化工、环境工程等领域。可通过注射、挤出等热成型方法制造各种结构件及制品，也可以通过溶解加工制备耐高温特种绝缘漆、涂料等。
在纤维领域，聚芳醚类树脂即可以通过已有专利利用静电纺丝制备成纤维膜使用，又可以通过类似本发明的干法纺丝制备成增强用纤维。
在专利CN102505174A中，其中使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)，二甲基乙酰胺(DMAc)、氯仿、环丁砜或含有上述一种或多种溶剂的混合溶剂作为溶剂制备了聚芳醚类纤维。该溶剂为一类极性非质子溶剂，这类溶剂具有明显的亲水性以及吸湿性。由于常规纺丝加工多数在大气环境中进行，大气中的水蒸气可以借助溶剂的作用进入纤维表面以及内部，这样会带来一系列的问题。首先，导致在实际的操作中，除了正常的纺丝设备外，需要添加专用的除湿设备，增加了成本以及设备操作的复杂性。其次，这类极性非质子溶剂具有比较强的分子间氢键作用，导致溶剂的挥发脱除比较困难，会延长相应脱除溶剂流程所需要的时间，这样会反过来进一步加剧纤维通过溶剂从空气中吸收水分。同时，溶剂脱除时间的延长会破坏成品纤维截面的圆整度，造成纤维截面严重偏离圆形截面变为椭圆截面甚至是片状截面影响后续使用。再次，当纤维吸水再干燥后，纤维表面会留下细微的孔洞，影响纤维表面的光洁度。最后，进入到纤维内部的水分会在纤维内部留下孔洞，会造成最终得到的成品纤维断裂伸长率的降低。
发明内容
本发明提供了一种使用非亲水性溶剂制备新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚类纤维干法纺丝制备工艺。
本发明的技术方案：
新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚类纤维的制备工艺，步骤如下：
选用新型二氮杂萘酮结构聚芳醚类树脂为原料，其结构式如下：
Figure GDA0002648537550000021
结构式中n/(n+m)的比值为0～0.99；
将原料进行干燥处理后溶解于1,1,2,2-四氯乙烷和/或对氯苯酚中，配置成质量百分数浓度为30～50％的纺丝原液，溶解温度为130～160℃。然后将配置好的纺丝原液采用真空加热脱泡处理后输入纺丝筒中，在加热料筒温度为130～160℃的条件下经喷丝板挤出后,原丝直接进入热甬道，较短的空气浴保证原丝温度不发生大的波动。通过热甬道脱除溶剂得到含二氮杂萘酮结构聚芳醚类原丝，使原丝中溶剂质量分数降至5％以下，热甬道温度为220～260℃。经热甬道脱除溶剂后的原丝卷绕到卷绕筒上。将原丝送入热定型装置中进行干燥以及热定型，得到含二氮杂萘酮结构聚芳醚类纤维最终产品。纤维热定型温度为240～300℃，牵伸比1～1.2倍，卷绕筒的卷绕速度为50～2000m/min。
本发明的意义是使用非亲水非极性溶剂制备了新型的含有二氮杂萘酮结构聚芳醚类纤维。通过使用非亲水非极性溶剂，简化了除湿工艺，降低了对设备的要求，大幅简化了纺丝流程降低了纺丝成本。同时提高了成品纤维的表面质量以及断裂伸长率。并且此类纤维具有耐热等级高、力学强度高、介电性能好、耐辐射以及加工方式多样等特点。该纤维可广泛应用于高性能绳索、耐热过滤器滤网、编织网以及复合材料领域。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明，但实施例仅用于说明，并不限制本发明的范围。
实施例1
将含有二氮杂萘酮结构聚芳醚树脂(n/(n+m)的比值为0)粉末在鼓风干燥箱中于140℃干燥48小时，准确称量42.86g经干燥处理的聚芳醚树脂粉末加入装有100g对氯苯酚的分体烧瓶中，将分体烧瓶置于油浴锅中，130℃下搅拌溶解聚芳醚树脂，搅拌速度10r/min,溶解时间6小时，配置质量浓度为30％的纺丝原液。将配置好的纺丝原液放入真空烘箱中于80℃、真空度0.1Mpa下脱泡8小时后转移至纺丝筒内，在加热料筒温度为130℃条件下挤出纺丝，挤出速度为1mm/s；原丝经喷丝板挤出后直接进入220℃的热甬道，使原丝中溶剂质量分数降至5％。收丝辊卷绕线速度为50m/min。后在热定型装置中热定型，牵伸比为1，热定型温度为240℃。所得成品纤维纤度为30tex，直径为60μm，20℃条件下断裂伸长率为40％，且纤维在电镜下的截面为圆形，经过一万倍放大后表面没有可见孔洞。
实施例2
按实施例1同样的操作程序，将含有二氮杂萘酮结构聚芳醚树脂(n/(n+m)的比值为0.5)粉末在鼓风干燥箱中于140℃干燥48小时，准确称量66.67g经干燥处理的聚芳醚树脂粉末加入装有100g对氯苯酚与1,1,2,2,-四氯乙烷等体积混合的混合溶剂的分体烧瓶中，将分体烧瓶置于油浴锅中，145℃下搅拌溶解聚芳醚树脂，搅拌速度10r/min,溶解时间6小时，配置质量浓度为40％的纺丝原液。将配置好的纺丝原液放入真空烘箱中于80℃、真空度0.1Mpa下脱泡8小时后转移至纺丝筒内，在加热料筒温度为145℃条件下挤出纺丝，挤出速度为2mm/s；原丝经喷丝板挤出后直接进入240℃的热甬道，使原丝中溶剂质量分数降至4％，收丝辊卷绕线速度为1000m/min。后在热定型装置中热定型，牵伸比为1.1，热定型温度为270℃。所得成品纤维纤度为20tex，直径为45μm，20℃条件下断裂伸长率为35％，且纤维在电镜下的截面为圆形，经过一万倍放大后表面没有可见孔洞。
实施例3
按实施例1同样的操作程序，将含有二氮杂萘酮结构聚芳醚树脂(n/(n+m)的比值为0.99)粉末在鼓风干燥箱中于140℃干燥48小时，准确称量100g经干燥处理的聚芳醚树脂粉末加入装有100g的1,1,2,2,-四氯乙烷的分体烧瓶中，将分体烧瓶置于油浴锅中，160℃下搅拌溶解聚芳醚树脂，搅拌速度10r/min,溶解时间6小时，配置质量浓度为50％的纺丝原液。将配置好的纺丝原液放入真空烘箱中于80℃、真空度0.1Mpa下脱泡8小时后转移至纺丝筒内，在加热料筒温度为160℃条件下挤出纺丝，挤出速度为3mm/s；原丝经喷丝板挤出后直接进入260℃的热甬道，使原丝中溶剂质量分数降至2％，收丝辊卷绕线速度为2000m/min。后在热定型装置中热定型，牵伸比为1.2，热定型温度为300℃。所得成品纤维纤度为15tex，直径为30μm，20℃条件下断裂伸长率为30％，且纤维在电镜下的截面为圆形，经过一万倍放大后表面没有可见孔洞。
对比例
将含有二氮杂萘酮结构聚芳醚树脂(n/(n+m)的比值为0.99)粉末在鼓风干燥箱中于140℃干燥48小时，准确称量100g经干燥处理的聚芳醚树脂粉末加入装有100g的N-甲基吡咯烷酮(NMP)的分体烧瓶中，将分体烧瓶置于油浴锅中，160℃下搅拌溶解聚芳醚树脂，搅拌速度10r/min,溶解时间6小时，配置质量浓度为50％的纺丝原液。将配置好的纺丝原液放入真空烘箱中于80℃、真空度0.1Mpa下脱泡8小时后转移至纺丝筒内，在加热料筒温度为160℃条件下挤出纺丝，挤出速度为3mm/s；原丝经喷丝板挤出后直接进入280℃的热甬道，使原丝中溶剂质量分数降至20％，收丝辊卷绕线速度为2000m/min。后在热定型装置中热定型，牵伸比为1.2，热定型温度为300℃。所得成品纤维纤度为15tex，20℃条件下断裂伸长率为5％，且纤维在电镜下的截面为长短轴长度比为2:1的椭圆，经过一万倍放大后纤维表面以及截面上有可见的微米级孔洞。
表1为结果对比
Figure GDA0002648537550000051
使用新结构的聚芳醚类聚合物以及新的干法纺丝工艺，我们得到了新结构的聚芳醚类成品纤维。成品纤维具有优良的断裂伸长率、断面圆整度、表面光洁度以及没有电镜下可见的微米级的表面以及内部孔洞。得到的增强用纤维更加符合实际使用要求。

Claims (1)

1.一种新型含二氮杂萘酮结构聚芳醚类纤维的制备工艺，其特征在于，步骤如下：
选用新型二氮杂萘酮结构聚芳醚类树脂为原料，其结构式如下：
Figure FDA0002816402960000011
结构式中n/(n+m)的比值为0～0.99；
将原料进行干燥处理后溶解于1,1,2,2-四氯乙烷和/或对氯苯酚中，配置成质量百分数浓度为30～50％的纺丝原液，溶解温度为130～160℃；
然后将配置好的纺丝原液采用真空加热脱泡处理后输入纺丝筒中，在加热料筒温度为130～160℃的条件下，经喷丝板挤出后通过热甬道脱除溶剂得到含二氮杂萘酮结构聚芳醚类原丝，使原丝中溶剂质量分数降至5％以下；原丝经喷丝板挤出后直接进入热甬道，以此保证原丝温度不发生大的波动,热甬道温度为220～260℃；
经热甬道脱除溶剂后的原丝卷绕到卷绕筒上，后将原丝送入热定型装置中进行干燥以及热定型，得到含二氮杂萘酮结构聚芳醚类纤维产品；
其中，纤维热定型温度为240～300℃，牵伸比为1～1.2倍，卷绕筒的卷绕速度为50～2000m/min。
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