CN1389604A - 芳香族聚砜酰胺纤维的制造方法 - Google Patents

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化学纤维制造业中芳香族聚砜酰胺纤维的制造方法,包括纺丝浆液制备、湿法纺丝、后处理三个步骤。浆液制备过程为:将4,4’-二氨基二苯砜和3,3’-二氨基二苯砜溶解于二甲基乙酰胺中,冷却至-20~-5℃后加入与二氨基二苯砜等摩尔的对苯二甲酰氯,制成聚合体含量为10%~20%的纺丝浆液。制备中产生的氯化氢用无机碱中和。湿法纺丝的凝固浴组成和拉伸浴组成为二甲基乙酰胺、CaCl2和水;拉伸浴30~100℃条件下拉伸1~3倍,50~70℃水洗,200~250℃干燥,250~450℃热管拉伸1~2倍,阳离子型油剂上油并卷绕成形。优点为工艺合理,符合环保要求,纤维质量指标高。

Description

芳香族聚砜酰胺纤维的制造方法
①技术领域
本发明涉及化学纤维制造业中一种耐高温合纤-芳香族聚砜酰胺纤维的制造方法。
②背景技术
芳香族聚砜酰胺纤维商品名芳砜纶,是一种以产业用为主的耐热纤维。耐热纤维通常是指可以在180℃以上长期使用,或在更高温度下可瞬间使用的纤维。耐热纤维代表品种有芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚砜酰胺纤维、芳香族聚酰胺酰亚胺纤维、芳香族聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚醚醚酮纤维、嘧胺纤维等。目前以美国DuPont公司的芳香族聚酰胺纤维Nomex最具代表性。Nomex的聚合体原料为间苯二甲酰氯和间苯二胺。
Nomex和芳砜纶相比,有以下不足。(1)耐热性和热稳定性较低。Nomex在250℃和300℃的强力保持率分别为60%~65%和40%~45%,在350℃遭破坏;而芳砜纶在250℃和300℃时的强力保持率达70%和50%,350℃仍保持38%的强力。Nomex在250℃和300℃热空气中处理100h后强力保持率为78%和60%;芳砜纶则为90%和80%。(2)高温下尺寸稳定性差,其沸水收缩率为3%,在300℃热空气中的收缩率达8%;而芳砜纶在上述两种条件下的收缩率则分别为0.5%1%和2%。(3)阻燃性低于芳砜纶。Nomex的LOI值为28,而芳砜纶则为33。
芳砜纶生产方法的公开报导不多,目前我们发现报导较多的只有前苏联的相关文献。
前苏联公开报导的芳砜纶的制造方法主要有以下两篇。(1)前苏联《化学纤维》杂志(1966,1,22~25题为《聚砜酰胺纤维的溶液纺丝成形过程》)的文章中提到芳香族聚砜酰胺纤维的制备。
原料:芳族聚砜酰胺
       用实验室微型装置制备。
工艺:聚合溶剂为二甲基甲酰胺(DMF);
      溶液浓度22%;
      凝固浴温度20±1℃;
   纺丝速度1.0m/mm;
   喷丝板孔数×孔径100×0.08mm;
   喷丝头拉伸20%;
   纺出新丝在凝固浴逗留时间30s;
   凝固浴采用水、一元醇、二元醇和三元醇,以及它们与二甲基甲酰
   胺的混合物。(2)前苏联《化学纤维》杂志(1971,6,38~40题为《以芳香族聚砜酰胺为基的纤维的制取》)文章中提到芳香族聚砜酰胺纤维的制备:采用低温缩聚方法制备聚合物,聚合溶剂采用二甲基乙酰胺(DMAc),纺丝液聚合物的含量为15%,通过湿法纺丝制备纤维,纺丝凝固浴采用二甲基甲酰胺和5%LiCl。
未发现有关工业化生产芳砜纶的报导。
③发明内容
本发明的目的是建立一种工艺合理、生产过程符合环保要求、能制取高质量产品的芳香族聚砜酰胺纤维的制造方法。
本发明提出的芳香族聚砜酰胺纤维的制造方法包括纺丝浆液制备、湿法纺丝、后处理三个步骤,即以对苯二甲酰氯和二氨基二苯砜(4,4’-二氨基二苯砜及3,3’-二氨基二苯砜)为原料,使它们在极性酰胺溶剂-二甲基乙酰胺中进行缩聚反应,并加入无机碱中和副产物氯化氢,制成聚合体含量为10%~20%的纺丝浆液,将制得的浆液进行湿法纺丝,随之水洗、干燥、热拉伸制成芳香族聚砜酰胺纤维。
纺丝浆液制备过程的特征如下:将4,4’-二氨基二苯砜(4,4’-DDS)50%~95%和3,3’-二氨基二苯砜(3,3’-DDS)5%~50%(均为质量百分比),溶解于二甲基乙酰胺(DMAc)中,冷却至-20~5℃,再加入与二氨基二苯砜等摩尔的对苯二甲酰氯(TPC),制成聚合体含量为10%~20%的纺丝浆液。加入TPC时,应控制加入速度,使反应温度不超过50℃。聚合反应中会产生副产物氯化氢,可加入与二氨基二苯砜等摩尔的无机碱将氯化氢中和,生成中性的无机盐和水。上述无机碱为氢氧化钙或氧化钙,加入的时间是:在TPC全部加完继续反应0.5~1h后。
湿法纺丝和后处理过程如下。在传统湿法纺丝设备上将上述纺丝浆液经计量泵计量、过滤器过滤、从喷丝头喷入凝固浴槽。凝固浴组成为:DMAc40%~70%,CaCl20~10%,加水至100%(均为质量百分比)。凝固成丝后进入拉伸浴槽,拉伸浴组成为:DMAc40%~60%,CaCl20%~10%,加水至100%(均为质量百分比);在拉伸浴中30~100℃条件下拉伸1~3倍;随后在50~70℃条件下水洗,并在200~250℃条件下干燥处理,再经250~450℃的热管拉伸1~2倍,最后用阳离子型油剂上油并卷绕成形,上油率为0.2%~0.8%。
本发明的优点是工艺相对合理,可利用现有纺丝设备,生产中产生的氯化氢及时被中和,符合环保要求,制得的芳砜纶纤维许多质量优于Nomex。
④具体实施方式
取3,3’-DDS 7.542kg,4,4’-DDS 22.624kg,放入装有375L DMAc的聚合釜中,搅拌至完全溶解。溶解后用冷冻水将釜内溶液冷却至-5℃,缓慢加入TPC24.664kg,加入时使釜内温度不超过50℃。TPC加完后撤去冷冻水,继续反应0.5h,再加入6.813kgCaO,以中和缩聚反应中生成的副产物HCl,搅拌使HCl和CaO完全中和生成CaCl2和水。CaCl2不必析出,它可溶解于DMAc中,并能改善聚合体的溶解性能,得到聚二氨基二苯砜对苯二甲酰胺含量为13%的纺丝浆液。
在传统湿法纺丝设备上纺丝。将上述浆液真空脱泡,并升温至70℃,经计量泵计量,过滤器过滤后,浆液由孔径为0.07mm、孔数为1000孔的喷丝头挤出,进入凝固浴。凝固浴组成为:DMAc60%,CaCl23%,H2037%(均为质量百分比);凝固浴温度为10~15℃,丝条以3m/min的速度引出。然后丝条在90℃塑化拉伸浴中拉伸2.5倍。塑化拉伸浴的组成为:DMAc40%,CaCl22%,H2O58%(均为质量百分比)。然后在60℃下水洗,250℃条件下干燥,再用400℃热管拉伸1.1倍。最后用阳离子型油剂上油,上油率0.5%,随后卷绕成形。
制得芳砜纶纤维主要性能与Nomex的性能对比见下表。
    指标名称   单位   芳砜纶   Nomex
密度 g/cm3 1.42 1.38
断裂强度 cN/dtex 2.8~3.0 5.0
伸长 20-25 15-17
抗拉模量 kg/mm2 760 1680-1850
回潮率(RH65%20℃) 6.28 4.5-5.0
软化温度 367 370
熔点 不熔 不熔
起始分解温度 422 415
高温强度保持率  200℃ 83 90
 250℃ 70 70
 300℃ 50 40
 350℃ 38 -
在热空气中的强度保持率  200℃ 100h 90 78
 250℃ 100h 80 50-60
 300℃ 50h 55 -
 350℃ 50h 15 -
热收缩率  沸水 0.5-1.0 3.0
 300℃空气 2.0 8.0
LOI值 33 28
燃烧性能 难燃,具自熄性 难燃,具自熄性
电绝缘性能 体积电阻系数 Ω·cm 2.6×1016
介电常数 1.79
电压击穿强度 kV/mm 15-22 20
耐辐射性能(丙种射线)1×107red 无明显变化 无明显变化
耐化学性能 良好 良好
芳砜纶用途广泛,凡用Nomex纤维的领域均可用芳砜纶取代,某些耐热性和阻燃性要求更高而Nomex无法满足的领域也可用芳砜纶。
主要用途:
1.防护制品:宇航服、飞行通风服、特种军服、军用篷布、消防服、消防战斗服、炉前工作服、电焊工作服、森林工作服、均压服、防辐射工作服、化学防护服、高压屏蔽服、宾馆用纺织品及救生通道、防火帘、儿童睡衣及床上用品等。
2.过滤材料:烟道除尘过滤袋、化工滤布、稀有金属回收袋、热气体过滤软管等。
3.电绝缘材料:电极绝缘材料、变压器绝缘材料、防电晕绝缘板、绝缘无纺布、絮片和毡、印刷电路板等。
4.蜂窝结构材料:飞机夹层材料、赛艇夹层材料、隔音隔热和自熄材料、护墙材料、复合材料等。
5.代石棉制品:摩擦材料、垫片盘根等密封材料。
其它工业织物:耐热输送带、造纸和印染用衬布和毛毯、缆绳、熨烫台布装饰材料、体育用品、扬声器、复印机清洁毡、涂层织物等。

Claims (10)

1.芳香族聚砜酰胺纤维的制造方法,包括纺丝浆液制备、湿法纺丝、后处理三个步骤,其特征在于将4,4’-二氨基二苯砜(4,4’-DDS)50%~95%和3,3’-二氨基二苯砜(3,3’-DDS)5%~50%(均为质量百分比),溶解于二甲基乙酰胺(DMAc)中,冷却至-20~-5℃,再加入与二氨基二苯砜等摩尔的对苯二甲酰氯(TPC),制成聚合体含量为10%~20%的纺丝浆液。
2.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于加入TPC的速度应控制在使反应温度不超过50℃。
3.如权利要求1或2所述的制造方法,其特征在于在TPC加完并继续反应0.5~1h后加入与二氨基二苯砜等摩尔的无机碱。
4.如权利要求3所述的制造方法,其特征在于所述无机碱为氢氧化钙和氧化钙。
5.如权利要求1所述的制造方法,将所述制成的纺丝浆液经计量、过滤、从喷丝头喷入凝固浴槽,其特征在于凝固浴组成为DMAc40%~70%,CaCl20%~10%,加水至100%(均为质量百分比)。
6.如权利要求5所述的制造方法,经凝固成丝后丝束进入拉伸浴槽,其特征在于所述拉伸浴的组成为DMAc40%~60%,CaCl20%~10%,加水至100%(均为质量百分比)。
7.如权利要求6所述的制造方法,其特征在于在所述拉伸浴的温度为30~100℃条件下拉伸1~3倍。
8.如权利要求7所述的制造方法,其特征在于拉伸1~3倍后的丝束在50~70℃条件下水洗,并在200~250℃条件下干燥,再经250~450℃热管拉伸1~2倍。
9.如权利要求8所述的制造方法,其特征在于热管拉伸1~2倍后丝束用阳离子型油剂上油并卷绕成形。
10.如权利要求9所述的制造方法,其特征在于阳离子型油剂的上油率为0.2%~0.8%。
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