[发明专利]高强芳香族共聚酰胺纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强芳香族共聚酰胺纤维，从分子设计和筛选结构研究出发，通过低温缩聚的方式高分子主链上引入含腈基团和杂环单元，其特征在于：2,5‑二氨基苯甲腈（CyPPD）、2‑(4‑氨基苯基)‑5‑氨基苯并咪唑（DAPBI）、对苯二胺（PPD）和对苯二甲酰氯（TPC），在溶剂体系中以摩尔比聚合制备纺丝浆液、过滤、脱泡、干喷湿法纺丝、多级拉伸、洗涤、干燥、热处理、上油、干燥、卷绕工艺制备而成，该纤维的具体指标包括：该纤维拉伸强度3.5－5.5Gpa，初始模量110－165Gpa，断裂伸长率2.5－4.5%，单丝纤度1.2－2dtex，束纱纤度18－300tex。本发明大幅提高了生产效率高及环保，其而降低了工业化成本，生产成本保持在相对较低的水平。

技术领域

本发明属于高分子聚合物技术领域，特别是一种高强杂环芳香族共聚酰胺纤维及其生产方法。

背景技术

全芳香族聚酰胺纤维，又称芳纶，是芳香族二胺和芳香族二羧酸二卤化物反应生成的分子主链上至少85%的酰胺基(CONH)和两个芳环连接的长链结构的聚酰胺。公知芳酰胺纤维种类较多，其结构性能性能差异也非常大，按结构可分为间位芳酰胺和对位芳酰胺纤维，代表性的间位芳酰胺纤维主要有聚间苯二酰胺间苯二胺（间位芳纶、MPIA），具有耐高温性能，但强度模量相对均较低；对位芳酰胺纤维具有高强度、高模量、耐高温的性能，其种类多，已产业化的美国杜邦公司的Kevlar纤维 (对位芳纶、PPTA)，俄罗斯卡门斯克化纤公司的杂环芳纶纤维（Armos）和日本帝人公司的Technora纤维等。Kevlar是对苯二胺（PPD）和对苯二甲酰氯（TPC）为主原料，经缩聚反应和纺丝过程制成，相关技术为专利US3,673,143和 US4,308,374等；Technora是对位芳纶所需的化合物成分的基础上引入第三单体3,4′-二氨基二苯醚（3,4′-ODA），经缩聚反应和纺丝过程制成，相关技术为专利US3,637,162，US4,342,715等；Armos（芳纶Ⅲ）也是对位芳纶所需的化合物成分的基础上引入第三单体2-（4-氨基苯基）-5（6）-氨基苯并咪唑（DAPBI），经缩聚反应和纺丝过程制成，相关技术为专利RU2017866和US5,233,004等。

杂环芳纶为芳香族聚酰胺纤维系列中具重要品种之一，代表性的引入第三单体2-(4-氨基苯基)-5（6）-氨基苯并咪唑三元共聚的杂环芳纶（芳纶Ⅲ），杂环芳纶比对位芳纶（芳纶Ⅱ）具有更加优异的强度、韧性、抗冲击的力学性能。苯并咪唑结构的引入，降低了聚合物分子结构链的规整性和分子间作用力，使其降低了三维结晶结构，纺丝拉伸工艺过程中聚合物分子沿轴向获得最大取向，高温和热处理过程中完善结晶结构，使而大幅提高拉伸强度和模量。对比测试结果显示，杂环芳纶Armos的断裂强度和弹性模量分别比kevlar49高出30%和20%以上。杂环芳纶纤维综合性能更加优越，在高性能纤维中占有不可代替的重要地位，广泛应用于航空航天、国防军工和民用尖端材料应用等领域。早先已有公开专利CN101781400A和CN101781813A公开了含氟聚芳酰胺纤维及其制备方法，专利CN104357939A公开了含氯高性能杂环芳纶及其制备方法，专利CN101857979公开了含嘧啶结构的芳纶纤维及其制备方法，专利CN102383218A和专利KR10-2017-0017831公开了含腈基结构的聚芳酰胺纤维及其制备方法。上述的公开专利阐述了在原有的对位芳纶纤维组成的化合物成分的基础上，引入新型第三单体化合物，通过共聚改变了芳酰胺聚合物分子结构，使其极大的保留了对位芳纶纤维的原有优异特性，并进一步提高芳酰胺纤维的力学性能和性价比方面具备竞争优势的杂环芳酰胺纤维成为芳纶发展的未来重要新趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是从分子设计和筛选结构研究出发，通过低温缩聚的方式在高分子主链上引入含腈基团和杂环单元，从而提供一种高强芳香族共聚酰胺纤维及其从聚合到纺丝完整的生产方法。本发明的目的通过下述技术方案来实现如下：

一种高强含腈基杂环芳香族共聚酰胺纤维，该纤维拉伸强度3.5－5.5Gpa，初始模量110－165Gpa，断裂伸长率2.5－4.5%，单丝纤度1.2－2dtex，束纱纤度18－300tex,其分子的结构式为：