[发明专利]一种高强度高模量聚酰胺6纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料加工领域，具体涉及一种高强度高模量聚酰胺纤维的制备方法。

背景技术

聚酰胺纤维是世界上最早实现工业化的合成纤维。聚酰胺纤维以其强度、耐磨性、弹性回复率、吸湿性等优良性能，在产业用纺织品领域的应用日趋扩大，如轮胎帘子布、汽车用纺织品、过滤材料、BCF地毯膨体纱，特种和军用纺织品等。

聚酰胺6大分子同聚乙烯(PE)和聚乙烯醇(PVA)一样呈平面锯齿结构，易于结晶，分子间酰胺基团可形成氢键，其耐热性远比PE高，更耐磨、易染色，因而极有可能成为性能优异的高性能纤维材料和纺织材料。国内外许多研究人员通过增塑纺丝、凝胶纺丝、干法纺丝以及区域拉伸和退火等方法进行了探索，但纤维的拉伸比和力学性能均未得到显著提高。

如，韩国Konkuk大学的Cho J W等人在“Mechanical properties of Nylon-6 fibers gel-spun from benzyl alcohol solution”(Journal of Applied Polymer Science，1996，62：771)中报道了一种冻胶纺丝制备聚酰胺6纤维的方法，将相对分子质量为4.7万的聚酰胺6溶于苯甲醇后，进行冻胶纺丝和拉伸，得到最大拉伸比为6.2，最大模量为6.2GPa的纤维。但由于冻胶的球晶结构限制了纤维的高倍拉伸，导致拉伸前后纤维的强度并未明显提高。

又如，S.Gogolewski等人在“High-modulus fibres of nylon-6prepared by a dry-spinning method”(Polymer，1985，26：1394-1400)中报道了一种干法纺丝制备聚酰胺6纤维的方法，以相对分子质量为9.4×10⁴-3.5×10⁶的聚酰胺6为原料，以甲酸和氯仿的混合物为溶剂进行干法纺丝，得到最大拉伸比为10，拉伸强度为1GPa，初始模量为16-19GPa的聚酰胺6长丝。

Richard Kotek等人在“Lewis acid-base complexation of polyamide 66 to control hydrogen bonding，extensibility and crystallinity”(polymer，45，2004，4077-4085)中报道，通过将GaCl₃溶解在硝基甲烷中制备聚酰胺66络合溶液，屏蔽分子链中的氢键，采用干湿法纺丝后进行了近20倍的拉伸，所得到的聚酰胺66纤维的初始模量达到了30.1GPa。

而将GaCl₃溶解在硝基甲烷中制备充分络合的聚酰胺6(络合剂与聚酰胺6单位链节的摩尔比为1∶1)，并进行干湿法纺丝和近20倍的拉伸时发现在拉伸过程中没有伴随通常纤维加工时出现的应变硬化现象，即纤维的强度并未随拉伸倍数的提高而显著提高，塑性形变占了主导，表明分子间的打滑和分子重心的相对滑移更为显著，分子的取向没有显著提高，因而在聚合物高度络合的情况下，单纯采用络合-干湿法纺丝-高倍拉伸-解络合的方法，难以避免分子间的打滑，无法制得高强度聚酰胺6纤维。当采用局部络合，即减少GaCl₃用量，减轻并控制氢键的屏蔽程度，则聚酰胺6无法全部溶解在硝基甲烷中，表明该体系无法对氢键的屏蔽程度进行调控，并且，络合剂GaCl₃用量远远高于聚酰胺本身，价格昂贵、化学性质不稳定，不适用于工业化生产。

聚酰胺6的理论模量可达263GPa，但上述研究中得到的数值远远小于该理论值。使聚酰胺6高性能化的最大障碍是有效拉伸倍数低，聚酰胺6分子间酰胺基团可形成氢键，分子间5个氢键的键能相当于大分子碳-碳主链的键能，因而将初生纤维拉伸时，分子间众多氢键的作用能超过了主链键能，难以将未取向的初生丝像超高分子量聚乙烯那样进行高倍拉伸和分子高度取向。因此如何采取有效措施适当抑制聚酰胺6分子间的氢键，减少分子间的氢键数量，弱化分子间作用力，使分子链拉伸后易于伸直取向，同时保留合理数量的氢键和分子间作用能，避免纤维受到拉伸后分子间过度打滑，只发生塑性形变而分子取向不足，是制备高性能聚酰胺6纤维的关键。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，进而提供一种高强高模量聚酰胺6纤维的制备方法。

本发明所提供的一种高强高量模聚酰胺6纤维的制备方法，包括以下步骤：