CN109183177A - 一种高强高模的对位芳纶纤维及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强高模的对位芳纶纤维及制备方法和应用。所述高强高模的对位芳纶纤维包括以下重量份数的原料:对位芳纶纤维65‑80份、丙酮酸钠18‑25份、乙酰丙酮铁8‑15份、三聚磷酸钠10‑20份、水200‑300份。本发明的对位芳纶纤维通过丙酮酸钠、乙酰丙酮铁和三聚磷酸钠复合后,对对位芳纶纤维进行改性处理得到,原料相容性好;产品具有优异的机械性能,其拉伸强度、初始模量和断裂伸长率均得到了有效提升,且制备得到的对位芳纶纤维可纺性能好,可广泛的用于航天材料制备技术领域,具有较好的经济价值和社会价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种对位芳纶纤维,具体是一种高强高模的对位芳纶纤维及制备方法和应用。
背景技术
芳纶,是一种新型高科技合成纤维,具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能,广泛应用于复合材料、防弹制品、建材、特种防护服装、电子设备等领域。芳纶中最具实用价值的品种有两个:一是分子链排列呈锯齿状的间位芳纶纤维,我国称之为芳纶1313;一是分子链排列呈直线状的对位芳纶纤维,我国称之为芳纶1414。
对位芳纶纤维是重要的国防军工材料,芳纶纤维被广泛应用于航天工业、国防、汽车工业、防弹衣、通信电缆及运动汽车等方面。但是芳纶纤维机械强度不能满足使用需求,因此需要对其进行改性,目前对位芳纶纤维的改性常采用掺杂无机增强材料的方式,其存在相容性差的缺点,影响对位芳纶纤维的可纺性能。因此,本发明提供一种高强高模的对位芳纶纤维及制备方法和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强高模的对位芳纶纤维及制备方法和应用,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种高强高模的对位芳纶纤维,包括以下重量份数的原料:对位芳纶纤维65-80份、丙酮酸钠18-25份、乙酰丙酮铁8-15份、三聚磷酸钠10-20份、水200-300份。
作为本发明进一步的方案:包括以下重量份数的原料:对位芳纶纤维72-77份、丙酮酸钠20-23份、乙酰丙酮铁11-14份、三聚磷酸钠12-17份、水220-270份。
作为本发明进一步的方案:包括以下重量份数的原料:对位芳纶纤维75份、丙酮酸钠21份、乙酰丙酮铁12份、三聚磷酸钠16份、水255份。
一种高强高模的对位芳纶纤维的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丙酮酸钠与100-125份水混合,搅拌均匀,制得丙酮酸钠溶液;将三聚磷酸钠与余量的水混合,搅拌均匀,制得三聚磷酸钠溶液;将乙酰丙酮铁与20-40份质量浓度为65-70%的乙醇混合,搅拌均匀,制得乙酰丙酮铁溶液;
(2)将对位芳纶纤维置于丙酮酸钠溶液中浸渍10-20小时,然后置于-50℃至-30℃下冷冻24-36h,取出后粉碎过筛200-300目;最后置于0℃至5℃下干燥;
(3)将乙酰丙酮铁溶液与三聚磷酸钠溶液混合,搅拌均匀后得到混合液;将对位芳纶纤维置于混合液中浸渍5-10小时,然后置于-80℃至-50℃下冷冻12-20h,取出后粉碎过筛200-300目;最后置于0℃至5℃下干燥;
(4)将上步所得物溶于120-155份质量浓度为98%的浓硫酸溶液中,搅拌均匀;将上步所得物在90-95℃下置于纺丝机纺丝,经过凝固浴、水洗、热处理和卷绕,即得。
作为本发明进一步的方案:步骤(1)将丙酮酸钠与105份水混合,搅拌均匀,制得丙酮酸钠溶液;将三聚磷酸钠与余量的水混合,搅拌均匀,制得三聚磷酸钠溶液;将乙酰丙酮铁与30份质量浓度为68%的乙醇混合,搅拌均匀,制得乙酰丙酮铁溶液。
作为本发明进一步的方案:步骤(2)将对位芳纶纤维置于丙酮酸钠溶液中浸渍16小时,然后置于-40℃下冷冻30h,取出后粉碎过筛250目;最后置于2℃下干燥。
作为本发明进一步的方案:步骤(3)将乙酰丙酮铁溶液与三聚磷酸钠溶液混合,搅拌均匀后得到混合液;将对位芳纶纤维置于混合液中浸渍8小时,然后置于-65℃下冷冻15h,取出后粉碎过筛250目;最后置于3℃下干燥。
作为本发明进一步的方案:步骤(4)将上步所得物溶于135份质量浓度为98%的浓硫酸溶液中,搅拌均匀;将上步所得物在92℃下置于纺丝机纺丝,经过凝固浴、水洗、热处理和卷绕,即得。
一种高强高模的对位芳纶纤维在制备航天材料中的应用。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明的对位芳纶纤维通过丙酮酸钠、乙酰丙酮铁和三聚磷酸钠复合后,对对位芳纶纤维进行改性处理得到,原料相容性好;产品具有优异的机械性能,其拉伸强度、初始模量和断裂伸长率均得到了有效提升,且制备得到的对位芳纶纤维可纺性能好,可广泛的用于航天材料制备技术领域,具有较好的经济价值和社会价值。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种高强高模的对位芳纶纤维,包括以下重量份数的原料:对位芳纶纤维65份、丙酮酸钠25份、乙酰丙酮铁8份、三聚磷酸钠20份、水200份。
一种高强高模的对位芳纶纤维的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丙酮酸钠与100份水混合,搅拌均匀,制得丙酮酸钠溶液;将三聚磷酸钠与余量的水混合,搅拌均匀,制得三聚磷酸钠溶液;将乙酰丙酮铁与40份质量浓度为65%的乙醇混合,搅拌均匀,制得乙酰丙酮铁溶液;
(2)将对位芳纶纤维置于丙酮酸钠溶液中浸渍10小时,然后置于-30℃下冷冻24h,取出后粉碎过筛300目;最后置于0℃下干燥;
(3)将乙酰丙酮铁溶液与三聚磷酸钠溶液混合,搅拌均匀后得到混合液;将对位芳纶纤维置于混合液中浸渍5小时,然后置于-50℃下冷冻12h,取出后粉碎过筛300目;最后置于0℃下干燥;
(4)将上步所得物溶于120份质量浓度为98%的浓硫酸溶液中,搅拌均匀;将上步所得物在95℃下置于纺丝机纺丝,经过凝固浴、水洗、热处理和卷绕,即得。
实施例2
一种高强高模的对位芳纶纤维,包括以下重量份数的原料:对位芳纶纤维80份、丙酮酸钠18份、乙酰丙酮铁15份、三聚磷酸钠10份、水300份。
一种高强高模的对位芳纶纤维的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丙酮酸钠与125份水混合,搅拌均匀,制得丙酮酸钠溶液;将三聚磷酸钠与余量的水混合,搅拌均匀,制得三聚磷酸钠溶液;将乙酰丙酮铁与20份质量浓度为70%的乙醇混合,搅拌均匀,制得乙酰丙酮铁溶液;
(2)将对位芳纶纤维置于丙酮酸钠溶液中浸渍20小时,然后置于-50℃下冷冻36h,取出后粉碎过筛200目;最后置于5℃下干燥;
(3)将乙酰丙酮铁溶液与三聚磷酸钠溶液混合,搅拌均匀后得到混合液;将对位芳纶纤维置于混合液中浸渍10小时,然后置于-80℃下冷冻20h,取出后粉碎过筛200目;最后置于5℃下干燥;
(4)将上步所得物溶于155份质量浓度为98%的浓硫酸溶液中,搅拌均匀;将上步所得物在90℃下置于纺丝机纺丝,经过凝固浴、水洗、热处理和卷绕,即得。
实施例3
一种高强高模的对位芳纶纤维,包括以下重量份数的原料:对位芳纶纤维75份、丙酮酸钠21份、乙酰丙酮铁12份、三聚磷酸钠16份、水255份。
一种高强高模的对位芳纶纤维的制备方法,包括以下步骤:
(1)将丙酮酸钠与105份水混合,搅拌均匀,制得丙酮酸钠溶液;将三聚磷酸钠与余量的水混合,搅拌均匀,制得三聚磷酸钠溶液;将乙酰丙酮铁与30份质量浓度为68%的乙醇混合,搅拌均匀,制得乙酰丙酮铁溶液。
(2)将对位芳纶纤维置于丙酮酸钠溶液中浸渍16小时,然后置于-40℃下冷冻30h,取出后粉碎过筛250目;最后置于2℃下干燥。
(3)将乙酰丙酮铁溶液与三聚磷酸钠溶液混合,搅拌均匀后得到混合液;将对位芳纶纤维置于混合液中浸渍8小时,然后置于-65℃下冷冻15h,取出后粉碎过筛250目;最后置于3℃下干燥。
(4)将上步所得物溶于135份质量浓度为98%的浓硫酸溶液中,搅拌均匀;将上步所得物在92℃下置于纺丝机纺丝,经过凝固浴、水洗、热处理和卷绕,即得。
实施例4
与实施例1不同的是。所述高强高模的对位芳纶纤维包括以下重量份数的原料:对位芳纶纤维72份、丙酮酸钠23份、乙酰丙酮铁11份、三聚磷酸钠17份、水220份。
实施例5
与实施例1不同的是。所述高强高模的对位芳纶纤维包括以下重量份数的原料:对位芳纶纤维77份、丙酮酸钠20份、乙酰丙酮铁14份、三聚磷酸钠12份、水270份。
对比例1
除原料中不含有乙酰丙酮铁外,其他制备工艺与实施例3一致。
对比例2
除原料中不含有丙酮酸钠外,其他制备工艺与实施例3一致。
对比例3
除原料中不含有乙酰丙酮铁和丙酮酸钠外,其他制备工艺与实施例3一致。
对比例4
原料与实施例3一致。制备工艺为:将所有原料一同混合均匀后,将所得物溶于135份质量浓度为98%的浓硫酸溶液中,搅拌均匀;将所得物在92℃下置于纺丝机纺丝,经过凝固浴、水洗、热处理和卷绕,即得。
实验例
对实施例1-3和对比例1-4制备的对位芳纶纤维进行性能测试。结果见表1。
表1
项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
拉伸强度g/d | 31 | 27 | 32 | 26 | 24 | 11 | 20 |
初始模量g/d | 880 | 850 | 950 | 758 | 715 | 456 | 783 |
断裂伸长率% | 3.2 | 2.8 | 3.1 | 2.5 | 2.3 | 1.2 | 2.2 |
卷曲数/个/25mm | 7.5 | 8.1 | 8.7 | 6.0 | 5.8 | 2.1 | 7.0 |
卷曲率% | 10.5 | 12.4 | 12.8 | 8.2 | 8.5 | 3.2 | 8.2 |
卷曲弹性回复率% | 78.3 | 67.2 | 75.2 | 61.1 | 59.3 | 37.3 | 61.3 |
比电阻 | 1.6*10<sup>7</sup> | 1.3*10<sup>7</sup> | 1.7*10<sup>7</sup> | 2.8*10<sup>7</sup> | 3.0*10<sup>7</sup> | 3.2*10<sup>8</sup> | 2.0*10<sup>7</sup> |
可纺性 | 好 | 好 | 好 | 差 | 差 | 差 | 好 |
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明,但是本专利并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一种高强高模的对位芳纶纤维,其特征在于,包括以下重量份数的原料:对位芳纶纤维65-80份、丙酮酸钠18-25份、乙酰丙酮铁8-15份、三聚磷酸钠10-20份、水200-300份。
2.根据权利要求1所述的高强高模的对位芳纶纤维,其特征在于,包括以下重量份数的原料:对位芳纶纤维72-77份、丙酮酸钠20-23份、乙酰丙酮铁11-14份、三聚磷酸钠12-17份、水220-270份。
3.根据权利要求1所述的高强高模的对位芳纶纤维,其特征在于,包括以下重量份数的原料:对位芳纶纤维75份、丙酮酸钠21份、乙酰丙酮铁12份、三聚磷酸钠16份、水255份。
4.一种根据权利要求1-3任一所述的高强高模的对位芳纶纤维的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将丙酮酸钠与100-125份水混合,搅拌均匀,制得丙酮酸钠溶液;将三聚磷酸钠与余量的水混合,搅拌均匀,制得三聚磷酸钠溶液;将乙酰丙酮铁与20-40份质量浓度为65-70%的乙醇混合,搅拌均匀,制得乙酰丙酮铁溶液;
(2)将对位芳纶纤维置于丙酮酸钠溶液中浸渍10-20小时,然后置于-50℃至-30℃下冷冻24-36h,取出后粉碎过筛200-300目;最后置于0℃至5℃下干燥;
(3)将乙酰丙酮铁溶液与三聚磷酸钠溶液混合,搅拌均匀后得到混合液;将对位芳纶纤维置于混合液中浸渍5-10小时,然后置于-80℃至-50℃下冷冻12-20h,取出后粉碎过筛200-300目;最后置于0℃至5℃下干燥;
(4)将上步所得物溶于120-155份质量浓度为98%的浓硫酸溶液中,搅拌均匀;将上步所得物在90-95℃下置于纺丝机纺丝,经过凝固浴、水洗、热处理和卷绕,即得。
5.根据权利要求4所述的高强高模的对位芳纶纤维的制备方法,其特征在于,步骤(1)将丙酮酸钠与105份水混合,搅拌均匀,制得丙酮酸钠溶液;将三聚磷酸钠与余量的水混合,搅拌均匀,制得三聚磷酸钠溶液;将乙酰丙酮铁与30份质量浓度为68%的乙醇混合,搅拌均匀,制得乙酰丙酮铁溶液。
6.根据权利要求4所述的高强高模的对位芳纶纤维的制备方法,其特征在于,步骤(2)将对位芳纶纤维置于丙酮酸钠溶液中浸渍16小时,然后置于-40℃下冷冻30h,取出后粉碎过筛250目;最后置于2℃下干燥。
7.根据权利要求4所述的高强高模的对位芳纶纤维的制备方法,其特征在于,步骤(3)将乙酰丙酮铁溶液与三聚磷酸钠溶液混合,搅拌均匀后得到混合液;将对位芳纶纤维置于混合液中浸渍8小时,然后置于-65℃下冷冻15h,取出后粉碎过筛250目;最后置于3℃下干燥。
8.根据权利要求4所述的高强高模的对位芳纶纤维的制备方法,其特征在于,步骤(4)将上步所得物溶于135份质量浓度为98%的浓硫酸溶液中,搅拌均匀;将上步所得物在92℃下置于纺丝机纺丝,经过凝固浴、水洗、热处理和卷绕,即得。
9.一种根据权利要求1-3任一所述的高强高模的对位芳纶纤维在制备航天材料中的应用。
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