一种共聚改性的间位芳纶纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及间位芳纶纤维共聚改性领域，具体为一种共聚改性的间位芳纶纤维的制备方法。

背景技术

聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)，即间位芳纶，是一种具有刚性骨架结构和大量氢键的芳香族聚酰胺，PMIA纤维经干喷湿纺丝取向处理后具有高强、高模量的特点，具有优异的化学稳定性、机械强度和耐热性。因此，间位芳纶纤维被广泛应用于阻燃屏障、防护服、电绝缘、高温过滤材料等领域。

为了满足不同的性能要求，在间位芳纶纤维生产过程中，调整单体配比或添加共聚单体改性是一种可行的方案。对间位芳纶纤维进行改性，使其在保有原有特性的基础上，拉伸强度和绝缘性能进一步提升，可以拓宽间位芳纶纤维的应用领域，提升其经济价值。

目前，间位芳纶纤维在调整单体配比改性上报道较少，且相应的间位芳纶纤维力学性能和耐温性能满足不了日益发展的间位芳纶制品应用需要。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种共聚改性的间位芳纶纤维的制备方法，大幅度提高了间位芳纶纤维的力学性能和耐温性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种共聚改性的间位芳纶纤维的制备方法，包括如下步骤：

S1，在无氧的环境下，将间苯二胺和4,4'-二氨基二苯醚溶解在CaCl

S2，在无氧的环境下，将混合溶液降至0-5℃，之后加入间苯二甲酰氯，间苯二甲酰氯和S1中4,4'-二氨基二苯醚的摩尔比为1：(0.3-0.5)，最后在3-5℃下进行低温缩聚，得到反应液；

S3，将反应液中的氯化氢去除后进行喷丝成型、凝固牵伸、水洗、烘干定型和缠绕收卷，得到共聚改性的间位芳纶纤维。

优选的，S1中，CaCl

优选的，S2将混合溶液降至室温后，再加冰浴使混合溶液温度降至0-5℃。

优选的，S2加入间苯二甲酰氯后，在3-5℃下低温缩聚50-90min，得到反应液。

优选的，S3用氢氧化钙将反应液中的氯化氢去除，氢氧化钙为N-甲基吡咯烷酮质量的10％，得到纺丝原液，然后对纺丝原液进行喷丝成型。

进一步，S3先将纺丝原液在80-85℃下进行真空脱泡后，然后再进行喷丝成型。

进一步，S3喷丝成型后，经过空气层后进行一级凝固浴和牵伸，得到初生纤维，一级凝固浴的溶剂为水和N-甲基吡咯烷酮，CaCl

进一步，S3的一级凝固浴完成后，进行二级凝固浴和牵伸，二级凝固浴为水和N-甲基吡咯烷酮，水和N-甲基吡咯烷酮的质量比为4:1，浴温为79-81℃，牵伸倍数为2。

再进一步，S3所述的空气层高度为19-21mm。

优选的，S3所述的水洗为采用去离子水清洗，清洗次数为5-6次，烘干在104-106℃下进行30-45min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种共聚改性间位芳纶纤维的制备方法，在PMIA共聚过程中，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，引入间苯二胺和间苯二甲酰氯，以不同剂量加入4,4-二氨基二苯醚(ODA)作为第三单体，在低温缩聚反应过程中，生成了共聚改性间位芳纶树脂，之后进行优化后的纺丝工艺，得到了共聚改性间位芳纶纤维。共聚改性间位芳纶纤维的力学强度增强了72.7％，断裂伸长率增加了37.5％，电击穿强度增强了24.6％，最高分解温度可以达到485℃，从而大幅度提高芳纶纤维的力学和耐温性能，有利于制备高性能的间位芳纶制品，为间位芳纶纤维的应用奠定了基础。

附图说明

图1为本发明所述间位芳纶纤维的制备流程图。

图2为本发明实施例得到1的间位芳纶纤维和纯间位芳纶纤维的力学性能图。

图3a为本发明实施例得到1的间位芳纶纤维的绝缘性能图。

图3b为纯间位芳纶纤维的绝缘性能图。

图4为本发明实施例得到1的间位芳纶纤维和纯间位芳纶纤维的耐温性能图。

图5本发明得到的共聚改性间位芳纶分子结构图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种共聚改性间位芳纶纤维的制备方法，如图1所示，具体步骤如下：

(1)共聚改性间位芳纶纤维纺丝原液的制备：

将95-105mL N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂在N

将(二胺)间苯二胺和4,4'-二氨基二苯醚溶解在含有氯化钙的N-甲基吡咯烷酮中，间苯二胺、4,4'-二氨基二苯醚的摩尔比为1:1.02，得到混合溶液，将混合溶液降温至室温后，加冰浴使温度降至0-5℃，提高机械搅拌转速，得以使间苯二甲酰氯加入混合溶液中后能均匀分数，4,4'-二氨基二苯醚的摩尔量为间苯二甲酰氯摩尔量的30％-50％，在3-5℃下低温缩聚反应50-90分钟，此时会出现韦森堡效应，反应结束，形成共聚改性间位芳纶树脂，得到含有氯化氢的ODA-PMIA溶液；采用氢氧化钙对所得ODA-PMIA溶液中的氯化氢进行中和，质量为NMP的10％，去除酸性杂质，得到共聚改性间位芳纶纤维纺丝原液。

(2)纺丝原液在80-85℃下进行真空脱泡后，溶液通过孔径为0.15mm的喷丝板喷丝成型，经过一段空气层后进入一级凝固浴，得到初生纤维，然后通过二级凝固浴、牵伸、水洗、烘干定型及缠绕收卷得到了如图5所示的共聚改性间位芳纶纤维；其中，空气层的高度为20±1mm；一级凝固浴的溶剂为水和N-甲基吡咯烷酮，水的质量占50％、N-甲基吡咯烷酮占50％，CaCl

实施例1：

(1)将100mL NMP在N

将间苯二胺和4,4'-二氨基二苯醚溶解在含有氯化钙的N-甲基吡咯烷酮中，间苯二胺、4,4'-二氨基二苯醚的摩尔比为1:1.02，得到混合溶液，将混合溶液降温至室温后，加冰浴使温度降至5℃，提高机械搅拌转速，将间苯二甲酰氯加入混合溶液中，4,4'-二氨基二苯醚的摩尔量为间苯二甲酰氯摩尔量的50％，在5℃下反应50分钟，此时出现韦森堡效应，反应结束，得到含有氯化氢的ODA-PMIA溶液；采用氢氧化钙对所得ODA-PMIA溶液中的氯化氢进行中和，去除酸性杂质，得到共聚改性间位芳纶原液。

(2)纺丝原液在80℃下进行真空脱泡后，通过5um过滤器进行过滤，通过孔径为0.15mm的220孔喷丝板，经过一段空气层后进入一级凝固浴，得到初生纤维，然后通过二级凝固浴、牵伸、水洗、烘干及收卷得到如图5所示的共聚改性间位芳纶纤维；其中，空气层的高度为20mm；一级凝固浴的溶剂为水和N-甲基吡咯烷酮，水的质量占50％、N-甲基吡咯烷酮占50％，CaCl

实施例2：

(1)将100mL NMP在N

将间苯二胺和4,4'-二氨基二苯醚溶解在含有氯化钙的N-甲基吡咯烷酮中，间苯二胺、4,4'-二氨基二苯醚的摩尔比为1:1.02，得到混合溶液，将混合溶液降温至室温后，加冰浴使温度降至5℃，提高机械搅拌转速，将间苯二甲酰氯加入混合溶液中，4,4'-二氨基二苯醚的摩尔量为间苯二甲酰氯摩尔量的40％，在5℃下反应50分钟，此时出现韦森堡效应，反应结束，得到含有氯化氢的ODA-PMIA溶液；采用氢氧化钙对所得ODA-PMIA溶液中的氯化氢进行中和，去除酸性杂质，得到共聚改性间位芳纶原液。

(2)纺丝原液在80℃下进行真空脱泡后，通过5um过滤器进行过滤，通过孔径为0.15mm的220孔喷丝板，经过一段空气层后进入一级凝固浴，得到初生纤维，然后通过二级凝固浴、牵伸、水洗、烘干及收卷得到共聚改性间位芳纶纤维；其中，空气层的高度为20mm；一级凝固浴的溶剂为水和N-甲基吡咯烷酮，水的质量占50％、N-甲基吡咯烷酮占50％，CaCl

实施例3：

(1)将100mL NMP在N

将间苯二胺和4,4'-二氨基二苯醚溶解在含有氯化钙的N-甲基吡咯烷酮中，间苯二胺、4,4'-二氨基二苯醚的摩尔比为1:1.02，得到混合溶液，将混合溶液降温至室温后，加冰浴使温度降至5℃，提高机械搅拌转速，将间苯二甲酰氯加入混合溶液中，4,4'-二氨基二苯醚的摩尔量为间苯二甲酰氯摩尔量的30％，在5℃下反应50分钟，此时出现韦森堡效应，反应结束，得到含有氯化氢的ODA-PMIA溶液；采用氢氧化钙对所得ODA-PMIA溶液中的氯化氢进行中和，去除酸性杂质，得到共聚改性间位芳纶原液。

(2)纺丝原液在80℃下进行真空脱泡后，通过5um过滤器进行过滤，通过孔径为0.15mm的220孔喷丝板，经过一段空气层后进入一级凝固浴，得到初生纤维，然后通过二级凝固浴、牵伸、水洗、烘干及收卷得到共聚改性间位芳纶纤维；其中，空气层的高度为20mm；一级凝固浴的溶剂为水和N-甲基吡咯烷酮，水的质量占50％、N-甲基吡咯烷酮占50％，CaCl

图2是实施例得到1的共聚改性间位芳纶纤维的力学性能，可以看出：纯间位芳纶纤维(不添加ODA，其余工艺同实施例1)的力学强度可以达到396MPa，共聚改性间位芳纶纤维的力学强度可以达到684MPa，共聚改性间位芳纶纤维的力学强度增强了72.7％。另外，前者断裂伸长率可以达到24％，后者断裂伸长率可以达到33％。断裂伸长率增加了37.5％，因此共聚改性为间位芳纶纤维的力学性能做出了重要贡献。

图3a和图3b分别是实施例得到1的共聚改性间位芳纶纤维和纯间位芳纶纤维的绝缘性能，每根纤维平行测试10次取最大概率值，可以看出，共聚改性间位芳纶纤维的电击穿强度可以达到27.11kV/mm，纯间位芳纶纤维纸的电击穿强度可以达到21.76kV/mm，共聚改性后的间位芳纶纤维的电击穿强度增强了24.6％，证明共聚改性为间位芳纶纤维的绝缘性能做出了重要贡献。

图4是实施例得到1的共聚改性间位芳纶纤维和纯间位芳纶纤维的耐温性能，可以看出，纯间位芳纶纤维的最高分解温度可以达到434℃，共聚改性间位芳纶纤维的最高分解温度可以达到485℃，因此共聚改性为间位芳纶纤维的耐温性能做出了重要贡献。