[发明专利]一种用于PBO纤维生产的工艺控制方法

说明书

本发明公开了一种用于PBO纤维生产的工艺控制方法，以多聚磷酸、五氧化二磷、4,6‑二氨基间苯二酚盐酸盐和对苯二甲酸为原料，经脱气、预聚合、后聚合、纺丝制得PBO纤维，对苯二甲酸分别于原料混合、预聚合、后聚合三个阶段投入生产，生产过程中，保证三次投入的对苯二甲酸摩尔量总和等于原料混合阶段中投入的4,6‑二氨基间苯二酚盐酸盐的摩尔量。本发明方法采用上述TPA多次投料的方式配合完成PBO纤维的聚合生产，降低了初期投料时TPA的溶解压力，缩短前期混合、脱气以及预聚合的工艺时间，有利于提高后续PBO纤维产品的性能。

技术领域

本发明是一种用于PBO纤维生产的工艺控制方法，具体涉及聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）纤维聚合工艺生产的控制方法，属于特种高分子材料聚合领域。

背景技术

聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）纤维是目前所有高性能有机纤维中拉伸强度最高，拉伸模量最高，热稳定性最高的特种有机纤维，被誉为“21世纪的超级纤维”。由于其具有优异的综合力学性能，因此被广泛用特种桥梁绳缆绳索，防弹抗冲击材料，是航天航空和国防高新技术领域中重要特种材料之一。

1981年Wolfe等人首先报道了PBO材料的合成，它是由4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐（DAR）和对苯二甲酸（TPA）单体在多聚磷酸（PPA）溶液体系中缩聚而制得。合成过程中，首先通过脱除HCl来增加4,6-二氨基间苯二酚的活性，然后补加P₂O₅来控制PPA中的浓度，于120-210℃温度区间程序升温反应，在反应过程中逐渐形成液晶相，最终得到高相对分子质量的聚合物。此方法大大缩短了反应周期，但由于TPA在PPA中的溶解性极低，需将TPA研磨细化处理，以增加其在PPA溶剂中溶解性，最后再将特定浓度的PBO/PPA溶液通过干喷-湿纺的得到PBO纤维。

同样采用上述方法进行PBO聚合的还有现有专利文献CN102943316A（一种生产聚对苯撑苯并二噁唑PBO纤维的工艺，2013.02.27），该专利在采用常规物料配比的情况下，由于PBO后聚合过程溶液呈现液晶特性，粘度极高，从而采用了双螺杆反应器，再通过喷丝板进行纺丝，虽然采用双螺杆反应器解决了后聚合过程中溶液粘度特别大的缺陷，然而在整个PBO制备工艺中依然存在以下问题：

（1）由于TPA在PPA中的溶解性较低，未采取有效措施如研磨细化等方式对TPA物料进行处理。

（2）在初期脱气投料时，就将整个全程两种单体DAR和TPA按摩尔比1：0.97-1.05直接全部加入，由于TPA在PPA中的溶解性较低，TPA粉体呈固态未溶解状态，物料混合及搅拌困难，大量粉体在DAR脱除HCl时容易被冲到顶层混合釜内壁上，造成单体等摩尔比配比失衡，且造成脱气预聚合时间大幅度延长。

（3）采用一次性投料的方式加入TPA，造成反应前期TPA溶解困难程度加大，脱HCl时易造成两单体等当量配比失衡，从而造成分子量不高，分子量分布较宽等问题。

发明内容

由于现有PBO纤维生产工艺采用4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐（DAR）和对苯二甲酸（TPA）一次投料的方式进行生产，虽然通过双螺杆反应器解决了后聚合时溶液粘度大的问题，但并未考虑到TPA溶解性低对预聚合以及后续产品质量造成的影响，为此，本发明提供一种用于PBO纤维生产的工艺控制方法，该方法采用TPA多次投料方式，分别于生产过程中的混合、预聚合、后聚合步骤按比例进行投料并配合完成PBO纤维的聚合生产，降低了初期投料时TPA的溶解压力，缩短前期混合、脱气以及预聚合的工艺时间，有利于提高后续PBO纤维产品的性能。

本发明通过下述技术方案实现：一种用于PBO纤维生产的工艺控制方法，所述PBO纤维生产过程中的对苯二甲酸是按照一定比例分步在混合、预聚合、后聚合步骤中加入，且各步骤中加入的对苯二甲酸的摩尔量总和与混合步骤中加入的4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐的摩尔量的比值为0.97～1.05：1，具体工艺步骤如下：