[发明专利]一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法

说明书

本发明公开了一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法。本发明的制备方法包括：1.在室温下将聚醚酮酮无损溶解在氟基或氯基极性溶剂中，得到均匀的聚醚酮酮溶液纺丝原液；2.将纺丝原液进行湿法纺丝，使其通过窄直径、大长径比针头注射至凝固浴中成型，再经牵伸、干燥、卷绕，得到初纺聚醚酮酮纤维；3.将初纺聚醚酮酮纤维经过多级热牵伸进行后卷绕收集，再经过高温处理定型，获得高性能聚醚酮酮纤维。本发明采用氟基或氯基极性溶剂实现聚醚酮酮的无损溶解，形成均匀稳定的胶体溶液；在纺丝过程中，聚醚酮酮在剪切作用下形成牢固的网络结构，能够保持纤维形状和体积不变；所得到的聚醚酮酮纤维具有轻质、高强度、耐高温、阻燃等优异特性。

技术领域

本发明涉及一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法，属于功能热纤维的制备技术领域。

背景技术

高分子纤维是高分子材料的重要组成部分，在社会生活和工业生产中扮演着十分重要的角色。其中作为特种纤维的一种，能够在180℃以上长期使用或在更高温度下仍能在一定时间内保持良好物理性能的耐高温纤维得到了高度关注。

随着我国航天航空、消防防护、核工业等领域的高速发展，对耐高温特种纤维的需求日益增加，亟需进一步优化其综合性能；而现有热固性树脂存在韧性不足、耐高温热塑性树脂存在纤维化难度大等问题，限制了耐高温特种纤维的发展。

在目前已商品化的热塑性特种工程塑料中，聚芳醚酮类聚合物是耐热等级最高的。聚芳醚酮是一类半结晶热塑性塑料，具有低密度、高机械性能、高温热稳定性、电绝缘以及耐化学腐蚀等优点。在聚芳醚酮家族中，聚醚醚酮和聚醚酮酮使用最为广泛。相比较而言，聚醚酮酮含有更多的酮键，分子结构存在对苯与间苯占比差异，具有更高的玻璃化转变温度和熔融温度、更为宽泛的热调控窗口以及更好的机械性能，近年来得到了更广泛的关注。基于聚醚酮酮发展具有高机械性能的高温特种纤维，对我国高性能纤维产业的转型升级具有重要略意义，也将会在诸多领域有广阔的应用空间。

从聚合物的纺丝性角度来看，由于聚芳醚酮类聚合物普遍具有耐溶性能强以及熔融温度高、熔体流动性差等问题，不仅难以实现湿法纺丝，而且直接采用熔融纺丝技术也面临诸多困难。目前的主要解决方法是通过将聚芳醚酮与无机润滑剂、聚酯等共混降低熔体粘度以提高加工性能，但纤维的机械性能也因混纺而降低。另一种方法是针对难溶的特点，通过磺化、氯甲基化、开环聚合、多元共聚等手段，提高其溶解能力，采用溶液法进行纺丝。但是对聚合物进行的化学改性破坏了其原有的结构，导致聚合物的耐热性能、机械性能或者耐化学腐蚀性能显著下降。因此长期以来，聚芳醚酮纤维的制备方法依然以熔融挤出及其衍生工艺(如熔融静电纺丝)为主(文献1：M.H.G.Deeg.Process of making an aromaticpolyetherketone fiber product.US patent 1985,US4747988；文献2：王贵宾,张海博,任殿福,张云鹤,关绍巍,姜振华,张淑玲,吴忠文.纺丝级聚醚醚酮树脂专用料及其制备方法。中国发明专利ZL200810050213.X；文献3：王贵宾,叶光斗,张淑玲,姜振华,陈逊,关绍巍,张云鹤,张海博,杨延华,吴忠文.聚醚醚酮纤维的熔融纺丝热拉伸定型制备方法.中国发明专利ZL200810050363.0；文献4：R.I.Shekar,T.M.Kotresh,P.M.D.Rao,K.Kumar.Propertiesof high modulus PEEK yarns for aerospace applications.J.Appl.Polym.Sci.2009,112(4),2497；文献5：V.M.Skrifvars,S.P.The effect of meltspinning process parameters on the spinnability of polyetheretherketone.J.Appl.Polym.Sci.2012,126(5),1564；文献6：邓德鹏,李云龙,贾远超,王荣海,张清新,刘勇.静电纺丝制备聚醚酮酮超细纤维.工程塑料应用2016,44(4),44；文献7：栾加双,许治平,王贵宾,张梅,张淑玲,李永刚,盖须召,杨砚超,马亚莉.一种聚醚醚酮短纤纱及其制备方法.中国发明专利ZL201710052321.X)。