專利名稱：一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴裝置的制作方法
一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴裝置技術領域：
本發(fā)明涉及PBO纖維技術領域，具體地說，是一種制備聚亞苯基苯并二 噁唑(PBO)纖維的梯度凝固浴裝置。
背景技術：
聚苯撐苯并二噁唑(簡稱PBO)是由有機芳環(huán)組成的剛性棒狀液晶高分 子，PBO纖維具有低密度，高強高模以及極高的耐熱和化學穩(wěn)定性等綜合性 能，被稱為二十一世紀超級有機纖維，在航空航天、高技術裝備等很多領域 有廣闊的應用前景。
PBO紡絲液主要由溶劑多聚磷酸和聚合物PBO組成。紡絲液中聚合物的 濃度主要受到聚合物溶解度和紡絲液粘度等實際因素的限制。只有當聚合物 濃度高于形成液晶態(tài)所需的臨界濃度，使其處于液晶態(tài)下進行紡絲，并且在 較高的拉伸比下，才能獲得大分子鏈伸展度高、有序結構尺寸較大的PBO纖 維。
PBO通常是采用PPA為溶劑的干噴濕紡工藝進行液晶紡絲的。目前PBO 聚合物的主要制備方法為預聚合和后聚合相結合的方法。在預聚合釜中按配 比加入多聚磷酸，五氧化二磷，4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽和對苯二甲酸，在 一定溫度下，脫除氯化氫氣體后，逐步升溫至160 180'C，反應12 24小時 后，將預聚物料轉移至雙螺桿反應器進行后聚合，得到符合要求的PBO紡絲 原液。由計量泵定量輸送到紡絲組件。PBO聚合物的質量分數(shù)為10 20%的PPA紡絲液于150 200。C經(jīng)噴絲板擠出(噴絲孔直徑為0.15 0.30mm)，通 過50 300cm氣隙層拉伸后進入凝固浴，拉伸比控制在10 50，經(jīng)100 300 米左右的洗程，40 5(TC水洗溫度下漂洗，干燥后得到PBO原絲(AS)，在 550 65(TC進行熱處理則得到高模PBO纖維(HM)。文獻中有大量的關于改 進紡絲設備，快速干燥，優(yōu)化后處理的構想。Katsuya Tani等人認為PBO的 特性粘數(shù)在22 45dl/g (溶劑為MSA， 25°C，濃度為0.05g/dl)對紡絲有利， Alexander等人認為紡絲液中聚合物濃度最好在14 20wt^范圍內，體系中 P205的含量最好為80 86wt%。
紡絲工藝直接影響纖維的結構和性能，在纖維成型過程中，纖維的凝固 浴條件是非常重要的，凝固浴的濃度、溫度、時間等，都直接影響纖維的取 向度及纖維內的溶劑含量，凝固浴條件如濃度過高或過低，均會導致PBO纖 維的質量下降。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種制備聚亞苯基苯并二 噁唑(PBO)纖維的梯度凝固浴裝置。
本發(fā)明的原理是凝固浴中磷酸濃度過低導致纖維凝結速度過快，纖維一 進入凝固浴表層馬上固化，并達到一定厚度，而此時單絲內部還有一定溫度， 處于較軟的半固化流體，由外力所施加的張力得到松弛，內部大分子就發(fā)生 了解取向，容易產(chǎn)生較多纖維缺陷，而且由于皮層較厚導致內部的溶劑較難 擴散洗脫出來；凝固浴中磷酸濃度過高，纖維凝固趨于緩和，凝固不夠充分， 達不到一定強度，在速度較快的情況下，容易斷絲；同時由于溶劑擴散的濃 度推動力較小，纖維中的磷酸溶劑殘留量較大，使纖維品質下降；因此，凝固浴的濃度是關系到凝固速度與纖維成型結構以及纖維殘余溶劑含量的重要 工藝參數(shù)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的-
一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴裝置，其含有凝固浴槽 和導絲輥；導絲輥設在凝固浴槽內，凝固浴槽的連接方式為兩種平面串聯(lián) 組合式方式或階梯組合式；平面串聯(lián)組合式方式是指將凝固浴槽安放在同一 水平面及直線上首尾相連；階梯組合式是指凝固浴槽連接方式是將凝固浴槽 上下梯形疊放；
所述的凝固浴槽的材質要耐酸、耐腐蝕；凝固浴的工作溫度為0 3(TC， 凝固浴槽長度為2 5米；盡管繼續(xù)增加凝固浴槽的臺數(shù)也是可行的，但是更 多的凝固浴槽其占用空間較大，而且對纖維凝固效果的改進隨著凝固浴槽的 增加而變得越來越不明顯；因此，選擇三臺至八臺凝固浴槽的組合最為合理；
凝固浴槽組的組合方式有兩種， 一種是平面串聯(lián)組合式，是將凝固浴槽 安放在同一水平面及直線上首尾相連，其中相鄰兩個凝固浴水槽軸線之間的 夾角為O。 180° ，優(yōu)選為0。和180° ，當角度不為O。和180°時，其中 間只要加上轉向的裝置就可以了；另一種是階梯組合式，是將凝固浴槽上下 梯形疊放，上下凝固浴水槽處于同一垂直平面，節(jié)省場地。采取何種組合方 式取決于實施方擺放該凝固浴裝置的場地大小和平面或空間位置是否允許；
凝固浴槽的工作溫度是0 30°C，凝固浴濃度范圍可以為0% 40%，各
凝固浴槽中凝固浴濃度沿工藝方向呈現(xiàn)梯度下降趨勢，使纖維成型過程緩和， 纖維皮層固化速度趨緩，纖維可在凝固浴中進一步拉伸，提高取向度，增加 擴散的濃度推動力，最大程度地除去纖維內部的溶劑；
在PBO纖維成型過程中，凝固浴的濃度和溫度以及拉伸速度是影響PBO纖維質量的重要因素；采用本發(fā)明的梯度凝固浴裝置，可控制PBO纖維的凝 固成型速度和溶劑的擴散速度，獲得高品質的PBO纖維。 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的積極效果是
本發(fā)明具有生產(chǎn)工藝簡單、操作簡單、凝固工藝條件根據(jù)紡絲速度靈活 可調的優(yōu)點，能夠實現(xiàn)連續(xù)化操作。


圖1本發(fā)明的實施例1的凝固浴槽組合裝置示意圖； 圖2本發(fā)明的實施例2的凝固浴槽組合裝置示意圖。 附圖中的標號分別為1、凝固浴槽，2、導絲輥。
具體實施方式
以下提供本發(fā)明一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固裝置的具 體實施方式。
實施例l
請參見附圖1，本發(fā)明的一種制備PBO纖維的梯度凝固浴裝置是由五臺 凝固浴槽1和導絲輥2組成，凝固浴槽長度為2米，各凝固浴槽首尾相接， 直線排列；其中凝固浴的工作溫度為30°C，凝固浴槽中凝固浴酸濃度依次為 30%， 20%， 10%， 5%和0% (質量分數(shù))，紡絲速度為30米/分鐘。
本實施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.66%。
實施例2請參見附圖2，本實施例與實施例1不同的是凝固浴槽組合方式是上下 階梯組合式；其它與實施例l相同。
本實施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.63%。
實施例3
本實施例與實施例2不同的是采用3個凝固浴槽，每個槽長度為3米， 凝固浴槽中凝固浴酸濃度依次為30%, 15%和0% (質量分數(shù))，其它與實施 例2相同。
本實施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.78%。 實施例4
本實施例與實施例3不同的是凝固浴槽中凝固浴酸濃度依次為20%, 10°/。和0% (質量分數(shù))，其它與實施例3相同。
本實施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.59%。
實施例5
本實施例與實施例3不同的是紡絲速度為50米/分鐘，其它與實施例3 相同。
本實施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.61%。 實施例6
本實施例與實施例3不同的是紡絲速度為70米/分鐘，其它與實施例3 相同。本實施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.34%。 實施例7
本實施例與實施例3不同的是凝固浴槽中凝固浴的溫度為15°C，其它 與實施例3相同。
本實施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.48%。
實施例8
本實施例與實施例3不同的是凝固浴槽中凝固浴的溫度為5x:,其它與
實施例3相同。
本實施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.58%。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普 通技術人員，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾， 這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴裝置，其含有凝固浴槽和導絲輥；其特征在于，導絲輥設在凝固浴槽內，凝固浴槽的連接方式為兩種平面串聯(lián)組合式方式或階梯組合式；所述的平面串聯(lián)組合式方式是指將凝固浴槽安放在同一水平面及直線上首尾相連；所述的階梯組合式是指凝固浴槽連接方式是將凝固浴槽上下梯形疊放。
2. 如權利要求1所述的一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴 裝置，其特征在于，所述的凝固浴槽的材質為耐酸和耐腐蝕。
3. 如權利要求1所述的一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴 裝置，其特征在于，所述的凝固浴槽長度為2 5米。
4. 如權利要求1所述的一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固、浴 裝置，其特征在于，所述的凝固浴槽的數(shù)目為3 8臺。
5. 如權利要求1所述的一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴 裝置，其特征在于，凝固浴槽的工作溫度是0 3(TC，各凝固浴槽中凝固浴濃 度沿工藝方向呈現(xiàn)梯度下降趨勢；凝固浴濃度范圍為0% 40%。
6. 如權利要求1所述的一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴 裝置，其特征在于，在凝固浴槽平面串聯(lián)組合式中，相鄰兩個凝固浴水槽軸 線之間的夾角為0。 180° 。
7. 如權利要求6所述的一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴 裝置，其特征在于，在凝固浴槽平面串聯(lián)組合式中，相鄰兩個凝固浴水槽軸 線之間的夾角為0。或者180° 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴裝置，其含有凝固浴槽和導絲輥；導絲輥設在凝固浴槽內，凝固浴槽的連接方式為兩種平面串聯(lián)組合式方式和階梯組合式；平面串聯(lián)組合式方式是指將凝固浴槽安放在同一水平面及直線上首尾相連；階梯組合式是指凝固浴槽連接方式是將凝固浴槽上下梯形疊放。本發(fā)明的優(yōu)點為生產(chǎn)工藝簡單、操作簡單、凝固工藝條件根據(jù)紡絲速度靈活可調的優(yōu)點，能夠實現(xiàn)連續(xù)化操作。
文檔編號D01D13/02GK101608347SQ20091005501
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權日2009年7月17日
發(fā)明者劉小云, 劉榮彪, 莊啟昕, 李欣欣, 樊黎虹, 軍 錢, 韓哲文 申請人:華東理工大學