[发明专利]芳香族聚酰胺/芳香族聚酰亚胺共混纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能纤维及其制备技术领域，具体涉及一种芳香族聚酰胺/芳香族聚酰亚胺共混纤维及其制备方法。

背景技术

高性能纤维因其具有较高的强度、模量和耐高温等特性，被广泛应用于飞机、火箭、导弹等航空、航天器具以及汽车、船舶、防弹衣、滑雪板等领域。其典型的代表是杜邦公司于上世纪70年代开发成功的芳香族聚酰胺Kevlar纤维，且自该纤维出现后极大地带动了高强高模纤维研制和应用的发展。目前高强高模高性能纤维的研制仍是纤维领域研究的重点方向之一。

Kevlar纤维（国内称为芳纶Ⅱ纤维）是先采用对苯二甲酰氯和对苯二胺，以N－甲基吡咯烷酮/氯化钙为溶剂体系进行低温溶液缩聚得到聚酰胺树脂，然后再将该树脂经过水洗涤、过滤、硫酸溶解、过滤、脱泡、纺丝、洗涤、干燥、收卷得到的纤维。在Kevlar纤维的制备过程中，由于溶剂的溶解性不佳的原因，高分子量的聚酰胺树脂会从溶剂体系中析出，使得到的聚酰胺树脂只能为固体粉状的，因而不能采用原液直接进行纺丝，而需要进一步溶解在浓硫酸中才能用于纺丝，且所得纤维拉伸强度只有2.8～3.3GPa。正因为其所得的聚酰胺树脂只能为固体粉状，故使得其制备工艺复杂，加之力学强度还不够理想，需要进一步提高。因此，科技工作者们对Kevlar纤维的化学结构进行了大量的后续改性研究工作。

日本帝人公司通过在芳纶Ⅱ纤维大分子链化学结构中引入第三单体3，4′－二氨基二苯醚进行共聚，得到了可溶性聚合物均相原液，该原液可直接进行纺丝制备Tehnora芳纶纤维，但其纤维拉伸强度只有3.8 GPa，断裂伸长率为5－6％。俄罗斯通过在芳纶Ⅱ纤维大分子链化学结构中引入第三单体2-(4-氨基苯基)-5（6）-氨基苯并咪唑进行共聚，得到了可溶性聚酰胺均相原液，并采用该原液直接进行湿法纺丝得到了拉伸强度更高的Armos纤维，其拉伸强度为4.5 GPa左右，断裂伸长率1.5－2.5％。中蓝晨光化工研究院（CN1480479, CN1473969）通过在芳纶Ⅱ分子结构中引入第三单体5（6）－胺基－2－（4－胺基苯基）苯并咪唑对其进行共聚改性，制备得到了拉伸强度大于4.5GPa，模量大于140GPa的芳纶Ⅲ纤维。另外， RU2143504公开了引入2－氯对苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5（6）-氨基苯并咪唑共聚改性也得到了一种芳纶纤维，该纤维不仅拉伸强度高，且因含有氯元素，其阻燃性也好。CN101165078A也公开了以2-(4-氨基苯基)-5（6）-氨基苯并咪唑，氯代对苯二胺或氯代对苯二甲酰氯等改性的芳纶纤维Ⅲ和制备方法。

尽管日本帝人的Technora纤维、俄罗斯的Armos纤维以及我国的芳纶纤维Ⅲ等在直接用原液纺丝和提高纤维拉伸强度等方面取得了明显的研究进展，但芳香族聚酰胺纤维耐紫外性能差的问题并没有得到有效改善。因这些芳纶纤维在户外自然光的照射时间一年的条件下，其纤维拉伸强度会下降20－40％，使其在航天航空、原子能工业等特殊领域，尤其是在臭氧浓度高、紫外辐射严重的近空间领域等复杂环境的相关应用，以及户外用的缆绳，比如大型舰船、高空飞艇固定用的绳缆等方面的应用受到明显限制。因此，如何在保持或进一步提高芳香族聚酰胺纤维力学性能且不使纤维制备工艺复杂化的前提下，提高芳香族聚酰胺纤维耐紫外性能就成为高强高模芳纶纤维所面临的研究课题。

现有的芳香族聚酰亚胺纤维虽以其高的耐热性和优异的耐紫外性能成为近年来高性能纤维研究的热点之一。但其拉伸强度一般情况下还不够高，如目前唯一已商业化的聚酰亚胺纤维P84的拉伸强度仅为0.6GPa左右，其主要应用于高温过滤领域。另外，虽有研究结果表明聚酰亚胺纤维的拉伸强度也可以达到较高水平（CN101200822, CN102345177A），但由于聚酰亚胺成本较高，且制备工艺相对于聚酰胺纤维复杂，因而高强度聚酰亚胺纤维一直未得到实际生产和应用。