[其他]聚对苯甲酰胺纤维的制造方法

说明书

本发明是一种强力大于17.2厘米/分特（即260公斤/毫米²）模量为15吨/毫米²的聚对苯甲酰胺纤维的制造方法。

众所周知，聚对苯甲酰胺纤维属于芳香族聚酰胺纤维的一种，故又称芳纶I、芳纶14或PBA纤维，它具有高强度、高模量和耐高温的特性，是国防军工和特种工业的新型材料。七十年代初美国杜邦公司首先采用湿法和干法研制成PBA纤维，但乞今为止由于存在着原料昂贵、纺丝液稳定性差和难以储存等缺点，因此工业实施困难。据美国专利U.S.P359595、3699085、4025494报导，国际PBA纤维强度14.08厘米/分特（即210公斤/毫米²），模量为14吨/毫米²左右。

本发明目的在于克服上述缺点，提供一种性能优异、工业化实施简便的新工艺。

本发明的要点包括原料规格、溶剂体系选择和纤维成形工艺，其特征在于采用二甲基乙酰胺（MDAC）和氯化锂（LiCl）为溶剂体系的PBA液晶态纺丝及纤维加工工艺。

本发明采用原料PBA的分子量是实施的重要参数之一，即比浓对数粘度应在1.8～3之间，最好为2～2.5。如超过2.5则溶解困难，反之如低于1.8则纤维成品质量下降。

溶剂体系的选择。鉴于PBA属于刚性棒状高分子物，大分子间的内聚能较大，难于溶解，仅能在一些极性较强的强酸或有机溶剂中溶解。考虑到强酸腐蚀性会给工业生产带来诸多不便，以及溶解时易发生降介等因素，故本发明采用DMAc为溶剂，同时为了提高PBA溶解性，在配制DMAc溶剂时加入适量的LiCl。PBA溶解情况与LiCl加入量的关系如表所列。

表    LiCl加入量与PBA溶解关系

注：η_inh＝1.866 PBA浓度9%

由表可见，当聚合体浓度确定后，溶解度随LiCl的加入量增加而变大。但过量的盐将影响溶液的稳定性，降低聚合体的溶解度，故LiCl浓度范围4～8%，最好为5～7%。

PBA在溶剂中的浓度，亦是本发明的关键之一。本发明详细研究了不同浓度PBA的粘性行为，其结果如附图1所示。

由图可见，在低浓度时PBA和一般高分子溶液一样。而随着浓度的增加，溶液粘度相应增加并呈各向同性。当达到C⁺⁺₁浓度时，溶液粘度出现极大值，体系处于极粘稠状态。接着随浓度继续增加，粘度反而急剧下降，区别于普通高分子溶液呈现光学各向异性，在偏光显微镜下观查是亮视野，即成为液晶溶液。通常把粘度和光学特性的突变点所对应的浓度C⁺⁺₁称为第一临界浓度点，C⁺⁺₂称为第二临界浓度点。在C⁺⁺₂之后粘度又开始随浓度增加而逐渐上升。实验表明，要纺制超高强纤维的液晶溶液必须是均相各向异性体系，即达到或超过第二临界浓度C⁺⁺₂点的溶液。不同分子量的PBA，其临界温度点各异。根据本专利的聚合体分子量，则液晶溶液浓度范围应为8～20%，最好为10～15%。

本发明工艺过程包括溶解→过滤→脱泡→过滤→湿法成形→水洗→预热→热处理→上油→卷绕成筒。其主要技术特征分述如下：

溶解采用冷溶解和热溶解相结合的方式，投料温度25～40℃，溶解温度60～80℃，时间5～8小时。纺丝时应防止纤维过早结晶，因为结晶化先于大分子的有序化，则达不到高取向和高强度的效果。故本发明选择凝固浴是DMAc水溶液，浓度为30～40%，温度35～45℃，纺丝速度20～25米/分。喷头拉伸为正拉伸，拉伸倍数1.5～6倍，最好为2～4倍。这是因为液晶态刚性链大分子易于沿纤维轴取向，在不大的拉伸倍数下即能获得足够的稳定取向度，若拉伸倍数太大，反而使纤维表面破碎，强力下降。

高温处理在500～600℃下进行，最好为530～580℃。纤维在此温度范图内发生均裂反应，大分子交链改使强度和模量急剧增加。另外，为了便于加工，热处理后纤维应有0.2～1%油剂。