專利名稱：含嘧啶結構的芳綸纖維及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于聚合物纖維領域，尤其涉及一種改性的芳綸纖維及其制備方法。
背景技術：
1965年美國杜邦公司發(fā)表了令人注目的高性能聚對苯二甲酰氯對苯二胺纖維， 其正式商品名為Kevlar，我國簡稱對位芳綸、芳綸1414或芳綸II。其拉伸強度為2. 8 3. 5GPa，斷裂伸長率2. 3、. 0%。因其較高的強度、模量和耐高溫等特性，其主要應用于飛 機、火箭、導彈等航空、航天等器具中使用的復合材料，此外還用于汽車、船舶、防彈衣、滑雪 板等應用領域的復合材料，以及繩纜，耐高溫過濾材料等。其用途十分廣闊。芳綸II的制備工藝流程是采用對苯二甲酰氯和對苯二胺，以N-甲基吡咯烷酮/ 氯化鈣為溶劑體系進行低溫溶液縮聚得到芳綸II樹脂；芳綸II樹脂再經(jīng)過水洗滌、過濾、硫 酸溶解、過濾、脫泡、紡絲、洗滌、干燥、收卷得到芳綸II纖維。從芳綸II的制備工藝流程來 看，由于溶解性不佳的原因，高分子量的芳綸II樹脂會從溶劑體系中析出，得到的芳綸II樹 脂是固體粉狀的，因而不能采用原液直接進行紡絲，需要進一步溶解在濃硫酸中才能用于 紡絲。同時，用這種樹脂紡絲得到的芳綸II纖維的拉伸強度、初始模量、以及芳綸II作為復 合材料與基體樹脂的復合性能等方面都需要進一步提高，以滿足快速發(fā)展的先進復合材料 領域對纖維力學性能的更高要求。因此，對芳綸II纖維的化學結構改性進行了大量的研究。日本帝人公司通過在芳綸II纖維大分子鏈化學結構中弓丨入第三單體3，4 ‘ -二氨 基二苯醚進行共聚，得到了可溶性聚合物均相原液，可直接用該原液進行紡絲制備Tehnora 芳綸纖維，其拉伸強度為3. 8GPa，斷裂伸長率為5-6%。俄羅斯通過在芳綸II纖維大分子鏈 化學結構中引入第三單體2- (4-氨基苯基)-5 (6)-氨基苯并咪唑進行共聚，得到了可溶性 聚酰胺均相原液，采用該原液直接進行濕法紡絲得到了拉伸強度更高的Armos纖維，其拉 伸強度為4. 5-5. OGPa，斷裂伸長率1.5-2. 5%。另外，在俄羅斯專利(RU2143504)中引入 2-氯對苯二胺和2- (4-氨基苯基)-5 (6)-氨基苯并咪唑共聚改性芳綸纖維，得到了拉伸強 度高，阻燃性好的纖維。中國專利CNlOl 165078A也公開了以2- (4-氨基苯基)_5 (6)-氨基 苯并咪唑，氯代對苯二胺或氯代對苯二甲酰氯等改性的芳綸纖維的合成和制備方法。因此，采用新型聚合物單體對芳綸II纖維化學結構進行共聚改性，改善芳綸聚合 物樹脂的溶解性，可直接采用原液進行紡絲同時，進一步提高芳綸纖維的力學性能就成為 芳綸纖維發(fā)展的重要方向。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一個目的在于針對芳綸II纖維存在的以上所述問題，提供一種力學強 度得到明顯提高的含嘧啶結構的芳綸纖維。本發(fā)明的第二個目的在于提供一種聚合物原液可直接進行紡絲，并且纖維力學強 度又明顯提高的含嘧啶結構的芳綸纖維的制備方法。本發(fā)明提供了一種含嘧啶結構的芳綸纖維，該纖維的聚合物紡絲原液是由對苯二甲酰氯、對苯二胺和2，5-二(4-氨基苯)嘧啶在溶劑體系中聚合而成；該纖維大分子鏈 含有嘧啶結構，其紅外光譜在波數(shù)1344 1359CHT1范圍內有C-N鍵的伸縮振動吸收峰， 在1700 1650CHT1和3500 2800CHT1有酰胺鍵的吸收峰；該纖維的拉伸強度為4. 9 5. 5GPa，初始模量為140 170GPa，斷裂伸長率為3 5%。本發(fā)明中合成聚合物紡絲原液所用的單體的化學結構如下 所述對苯二甲酰氯的摩爾數(shù)等于對苯二胺和2，5_ 二(4-氨基苯)嘧啶摩爾數(shù)的 總和，其中對苯二胺與2，5_ 二(4-氨基苯)嘧啶的摩爾配比為(80 20) (20 80)，聚 合物紡絲原液的聚合物固含量為3wt% 8wt%。所述溶劑體系采用N-甲基吡咯烷酮/氯化鋰或二甲基乙酰胺/氯化鋰，氯化鋰用 量為所用溶劑(N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺)重量的3wt% 5wt%。所述紡絲原液的聚合溫度為0-20°C。本發(fā)明提供了一種含嘧啶結構的芳綸纖維的制備方法，包括如下步驟(1)合成聚合物紡絲原液先將對苯二胺、2，5_ 二(4-氨基苯)嘧啶，加入到溶劑 體系中，然后在溫度0-10°C條件下加入對苯二甲酰氯，在10-20°c條件下繼續(xù)攪拌聚合反 應2 3小時后獲得均相的聚合物紡絲原液，聚合物紡絲原液的聚合物固含量為3-8wt% ；(2)紡絲將上一步所得聚合物紡絲原液經(jīng)過濾、脫泡、紡絲、干燥得到含嘧啶結 構的芳綸原絲；(3)將所得芳綸原絲經(jīng)熱拉伸處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維。在合成聚合物紡絲原液的原料中，對苯二甲酰氯的摩爾數(shù)等于對苯二胺和2， 5_ 二(4-氨基苯)嘧啶摩爾數(shù)的總和，其中對苯二胺與2，5-二(4-氨基苯)嘧啶的摩爾配 比為(80 20) (20 80)。合成聚合物紡絲原液時采用的溶劑體系為N-甲基吡咯烷酮/氯化鋰或二甲基乙 酰胺/氯化鋰，氯化鋰用量為所用溶劑(N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺)重量的3wt% 5wt%。
在所述第⑵步采用濕法或干/濕法紡絲，凝固浴為N-甲基吡咯烷酮/水或二 甲基乙酰胺/水體系，其中N-甲基吡咯烷酮與水或二甲基乙酰胺與水的重量比為(60 30) (40 70)。如果采用干/濕法紡絲，噴絲板出口與凝固浴液面間的距離即空氣浴間 距為6 10毫米較佳。在所述第(3)步，所述芳綸原絲在350-450°C溫度范圍內進行熱拉伸處理。本發(fā)明的技術效果在于1、由于本發(fā)明通過聚合物單體分子設計，在聚合物組成體系中引入了含嘧啶結構的芳香族二元胺單體共聚改性芳綸II纖維，明顯提高了該聚合物在溶劑系統(tǒng)如N-甲基吡 咯烷酮/氯化鋰或二甲基乙酰胺/氯化鋰中的溶解性，聚合得到的均相的聚合物原液，可直 接進行紡絲，省去了芳綸II樹脂需要水洗、干燥和采用濃硫酸再溶解樹脂制備紡絲原液等 工藝環(huán)節(jié)。2、由于本發(fā)明在聚合物單體中提供的2，5-二(4-氨基苯)嘧啶，類似于三聯(lián)苯結 構，因而可提高該纖維的可拉伸性能，從而使獲得的芳綸纖維的力學強度大為提高，相比芳 綸II纖維的拉伸強度可提高50 70%。3、采用未進行任何表面活化處理的本發(fā)明纖維制備的復合材料層間剪切強度高， 達到為38 43MPa，相比采用同樣工藝制備的芳綸II纖維復合材料層間剪切強度可提高 20 30%。4、本發(fā)明提供的制備方法，與現(xiàn)有的改性芳綸纖維制備方法的步驟基本相同，因 而技術成熟，控制容易，成本可保持在相對較低的水平。
具體實施例方式下面舉出實施例對本發(fā)明進行具體描述，有必要在此指出的是以下實施例只用于 對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領域的技術人員根據(jù) 本發(fā)明的內容對本發(fā)明作出的一些非本質的改進和調整仍屬于本發(fā)明的保護范圍。實施例一1、合成聚合物紡絲原液按TPC PDA PRM = 10 4 6 摩爾配比，先將 43. 2g 的 PDA 和 157. 2g 的 PRM 兩種二胺單體加入13. OKg的N-甲基吡咯烷酮和0. 52Kg的氯化鋰溶劑體系中，然后在氮氣 保護下攪拌使PDA和PRM全部溶解，將體系降溫至0 5°C范圍內，再將203. Og的TPC分三 批加入體系中并攪拌，使之在氮氣氣氛條件下于10°C繼續(xù)反應2-3小時，得到粘稠的聚合 物均相溶液，即聚合物紡絲原液。原液中聚合物的固含量為3%，其特性粘數(shù)為5. 8dL/g。2、原液紡絲將所獲聚合物均相溶液即聚合物紡絲原液通過過濾、脫泡，按常規(guī)的濕法紡絲工 藝進行紡絲，然后干燥制得含嘧啶結構的芳綸原絲。濕法紡絲工藝中所用噴絲孔數(shù)為30 100孔，，孔徑0.1mm;其所用凝固浴為N-甲基吡咯烷酮與水的混合物，其重量比為50 50， 紡絲階段纖維的拉伸倍率為1. 5。3、芳綸原絲的熱拉伸后處理將經(jīng)100°C真空干燥2小時后的原絲束，在5 lOcN/dtex的張力條件下，通過一 道熱管的熱處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維，熱拉伸溫度為350°C。
所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下拉伸強度為5. 4GPa ；
初始模量為167GPa ；斷裂伸長率為4. 2%;采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為42MPa。實施例二 1、合成聚合物紡絲原液按TPC PDA PRM = 10 4 6 摩爾配比，先將 43. 2g 的 PDA 和 157. 2g 的 PRM 兩種二胺單體加入6. 3Kg的N-甲基吡咯烷酮和0. 25Kg的氯化鋰溶劑體系中，然后在氮氣 保護下攪拌使PDA和PRM全部溶解，將體系降溫至0 5°C范圍內，再將203. Og的TPC分三 批加入體系中并攪拌，使之在氮氣氣氛條件下于15°C繼續(xù)反應2-3小時，得到粘稠的聚合 物均相溶液即聚合物紡絲原液。原液中聚合物的固含量為6%，其特性粘數(shù)為6. OdL/g。2、原液紡絲與實施例一相同。3、芳綸原絲的熱拉伸后處理將經(jīng)100°C真空干燥2小時后的原絲束，在5 lOcN/dtex的張力條件下，通過一 道熱管的熱處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維，熱拉伸溫度為400°C。所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下拉伸強度為5. 5GPa ；初始模量為168GPa ；斷裂伸長率為4.0%;采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為41MPa。實施例三1、合成聚合物紡絲原液按TPC PDA PRM = 10 4 6 摩爾配比，先將 43. 2g 的 PDA 和 157. 2g 的 PRM 兩種二胺單體加入4. 6Kg的N-甲基吡咯烷酮和0. 23Kg的氯化鋰溶劑體系中，然后在氮氣 保護下攪拌使PDA和PRM全部溶解，將體系降溫至0 5°C范圍內，再將203. Og的TPC分三 批加入體系中并攪拌，使之在氮氣氣氛條件下于20°C繼續(xù)反應2-3小時，得到粘稠的聚合 物均相溶液即聚合物紡絲原液。原液中聚合物的固含量為8%，其特性粘數(shù)為6. IdL/g。2、原液紡絲與實施例一相同。3、芳綸原絲的熱拉伸后處理將經(jīng)100°C真空干燥2小時后的原絲束，在5 lOcN/dtex的張力條件下，通過一 道熱管的熱處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維，熱拉伸溫度為450°C。所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下拉伸強度為5. 3GPa ；初始模量為164GPa ；斷裂伸長率為3. 8%;采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為42MPa。實施例四1、合成聚合物紡絲原液
按TPC PDA PRM = 10 4 6 摩爾配比，先將 43. 2g 的 PDA 和 157. 2g 的 PRM 兩種二胺單體加入7. 66Kg的二甲基乙酰胺和0. 31Kg的氯化鋰溶劑體系中，然后在氮氣保 護下攪拌使PDA和PRM全部溶解，將體系降溫至0 5°C范圍內，再將203. Og的TPC分三批 加入體系中并攪拌，使之在氮氣氣氛條件下于20°C繼續(xù)反應2-3小時，得到粘稠的聚合物 均相溶液即聚合物紡絲原液。原液中聚合物的固含量為5%，其特性粘數(shù)為5. 6dL/g。2、原液紡絲將所獲聚合物均相溶液通過過濾、脫泡、按常規(guī)的濕法紡絲工藝進行紡絲，然后干 燥得芳綸原絲，其中所用噴絲孔數(shù)為30 100孔，，孔徑0. Imm ；其所用凝固浴為二甲基乙 酰胺與水的混合物，其重量比為55 45，紡絲階段纖維的拉伸倍率為1.5。
3、芳綸原絲的熱拉伸后處理將經(jīng)100°C真空干燥2小時后的原絲束，在5 lOcN/dtex的張力條件下，通過一 道熱管的熱處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維，熱拉伸溫度為400°C。所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下拉伸強度為5. OGPa ；初始模量為16 IGPa;斷裂伸長率為4. 4%;采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為40MPa。實施例五1、合成聚合物紡絲原液與實施例四相同。2、原液紡絲將所獲聚合物均相溶液通過過濾、脫泡、按常規(guī)的干/濕法紡絲工藝進行紡絲，然 后干燥得芳綸原絲，其中所用噴絲孔數(shù)為30 100孔，，孔徑0. Imm,噴絲板出口與凝固浴間 的距離即空氣浴間距為10毫米；其所用凝固浴為二甲基乙酰胺與水的混合物，其重量比為 60 40，紡絲階段纖維的拉伸倍率為1.5。3、芳綸原絲的熱拉伸后處理與實施例四相同。所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下拉伸強度為5. 6GPa ；初始模量為168GPa;斷裂伸長率為4.0%;采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為42MPa。實施例六1、合成聚合物紡絲原液與實施例二相同。2、原液紡絲將所獲聚合物均相溶液通過過濾、脫泡、按常規(guī)的干/濕法紡絲工藝進行紡絲，然 后干燥得芳綸原絲，其中所用噴絲孔數(shù)為30 100孔，，孔徑0. Imm,噴絲板出口與凝固浴間 的距離即空氣浴間距為10毫米；其所用凝固浴為N-甲基吡咯烷酮與水的混合物，其重量比 為70 30，紡絲階段纖維的拉伸倍率為1.5。3、芳綸原絲的熱拉伸后處理與實施例二相同。所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下
拉伸強度為5. 4GPa ；初始模量為170GPa;斷裂伸長率為3. 9%; 采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為43MPa。實施例七1、合成聚合物紡絲原液按TPC PDA PRM = 10 8 2 摩爾配比，先將 86. 4g 的 PDA 和 52. 4g 的 PRM 兩種二胺單體加入8. 2Kg的N-甲基吡咯烷酮和0. 33Kg的氯化鋰溶劑體系中，然后在氮氣 保護下攪拌使PDA和PRM全部溶解，將體系降溫至0 5°C范圍內，再將203. Og的TPC分三 批加入體系中并攪拌，使之在氮氣氣氛條件下于10°C繼續(xù)反應2-3小時，得到粘稠的聚合 物均相溶液即聚合物紡絲原液。原液中聚合物的固含量為4%，其特性粘數(shù)為5. 5dL/g。2、原液紡絲將所獲聚合物均相溶液通過過濾、脫泡、按常規(guī)的濕法紡絲工藝進行紡絲，然后干 燥得芳綸原絲，其中所用噴絲孔數(shù)為30 100孔，，孔徑0. Imm ；其所用凝固浴為N-甲基吡 咯烷酮與水的混合物，其重量比為50 50，紡絲階段纖維的拉伸倍率為1.5。3、芳綸原絲的熱拉伸后處理將經(jīng)100°C真空干燥2小時后的原絲束，在5 lOcN/dtex的張力條件下，通過一 道熱管的熱處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維，熱拉伸溫度為400°C。所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下拉伸強度為4.9GPa;初始模量為162GPa ；斷裂伸長率為3. 2%;采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為38MPa。實施例八1、合成聚合物紡絲原液按TPC PDA PRM = 10 8 2 摩爾配比，先將 86. 4g 的 PDA 和 52. 4g 的 PRM 兩種二胺單體加入6. 5Kg二甲基乙酰胺和0. 26Kg的氯化鋰溶劑體系中，然后在氮氣保護下 攪拌使PDA和PRM全部溶解，將體系降溫至0 5°C范圍內，再將203. Og的TPC分三批加入 體系中并攪拌，使之在氮氣氣氛條件下于15°C繼續(xù)反應2-3小時，得到粘稠的聚合物均相 溶液即聚合物紡絲原液。原液中聚合物的固含量為5%，其特性粘數(shù)為6. OdL/g。2、原液紡絲將所獲聚合物均相溶液通過過濾、脫泡、按常規(guī)的干/濕法紡絲工藝進行紡絲，然 后干燥得芳綸原絲，其中所用噴絲孔數(shù)為30 100孔，，孔徑0. Imm,噴絲板出口與凝固浴間 的距離即空氣浴間距為8毫米；其所用凝固浴為二甲基乙酰胺與水的混合物，其重量比為 40 60，紡絲階段纖維的拉伸倍率為1.5。3、芳綸原絲的熱拉伸后處理將經(jīng)100°C真空干燥2小時后的原絲束，在5 lOcN/dtex的張力條件下，通過一 道熱管的熱處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維，熱拉伸溫度為400°C。所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下
拉伸強度為5. 2GPa;初始模量為165GPa;斷裂伸長率為3.1%;采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為39MPa。實施例九1、合成聚合物紡絲原液按TPC PDA PRM = 10 6 4 摩爾配比，先將 64. 8g 的 PDA 和 104. 8g的 PRM 兩種二胺單體加入7. IKg的N-甲基吡咯烷酮和0. 28Kg的氯化鋰溶劑體系中，然后在氮氣 保護下攪拌使PDA和PRM全部溶解，將體系降溫至0 5°C范圍內，再將203. Og的TPC分三 批加入體系中并攪拌，使之在氮氣氣氛條件下于15°C繼續(xù)反應2-3小時，得到粘稠的聚合 物均相溶液。原液中聚合物的固含量為5%，其特性粘數(shù)為5. 8dL/g。2、原液紡絲與實施例一相同。3、芳綸原絲的熱拉伸后處理將經(jīng)100°C真空干燥2小時后的原絲束，在5 lOcN/dtex的張力條件下，通過一 道熱管的熱處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維，熱拉伸溫度為400°C。所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下拉伸強度為5.4GPa;初始模量為166GPa;斷裂伸長率為3. 6%;采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為41MPa。實施例十1、合成聚合物紡絲原液按TPC PDA PRM = 10 6 4 摩爾配比，先將 64. 8g 的 PDA 和 104. 8g 的 PRM 兩種二胺單體加入5. 8Kg 二甲基乙酰胺和0. 23Kg的氯化鋰溶劑體系中，然后在氮氣保護下 攪拌使PDA和PRM全部溶解，將體系降溫至0 5°C范圍內，再將203. Og的TPC分三批加入 體系中并攪拌，使之在氮氣氣氛條件下于20°C繼續(xù)反應2-3小時，得到粘稠的聚合物均相 溶液即聚合物紡絲原液。原液中聚合物的固含量為6%，其特性粘數(shù)為5. 8dL/g。2、原液紡絲將所獲聚合物均相溶液通過過濾、脫泡、按常規(guī)的濕法紡絲工藝進行紡絲，然后干 燥得芳綸原絲，其中所用噴絲孔數(shù)為30 100孔，，孔徑0. Imm ；其所用凝固浴為二甲基乙 酰胺與水的混合物，其重量比為55 45，紡絲階段纖維的拉伸倍率為1.5。3、芳綸原絲的熱拉伸后處理將經(jīng)100°C真空干燥2小時后的原絲束，在5 lOcN/dtex的張力條件下，通過一 道熱管的熱處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維，熱拉伸溫度為450°C。所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下拉伸強度為5. OGPa;初始模量為164GPa;斷裂伸長率為3. 4%;采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為40MPa。
實施例i^一 1、合成聚合物紡絲原液按TPC PDA PRM = 10 6 4 摩爾配比，先將 64. 8g 的 PDA 和 104. 8g 的 PRM 兩種二胺單體加入4. 3Kg的N-甲基吡咯烷酮和0. ISKg的氯化鋰溶劑體系中，然后在氮氣 保護下攪拌使PDA和PRM全部溶解，將體系降溫至0 5°C范圍內，再將203. Og的TPC分三 批加入體系中并攪拌，使之在氮氣氣氛條件下于20°C繼續(xù)反應2-3小時，得到粘稠的聚合 物均相溶液即聚合物紡絲原液。原液中聚合物的固含量為8%，其特性粘數(shù)為5. 9dL/g。2、原液紡絲 將所獲聚合物均相溶液通過過濾、脫泡、按常規(guī)的干/濕法紡絲工藝進行紡絲，然 后干燥得芳綸原絲，其中所用噴絲孔數(shù)為30 100孔，，孔徑0. Imm,噴絲板出口與凝固浴間 的距離即空氣浴間距為6毫米；其所用凝固浴為N-甲基吡咯烷酮與水的混合物，其重量比 為50 50，紡絲階段纖維的拉伸倍率為1.5。3、芳綸原絲的熱拉伸后處理將經(jīng)100°C真空干燥2小時后的原絲束，在5 lOcN/dtex的張力條件下，通過一 道熱管的熱處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維，熱拉伸溫度為400°C。所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下拉伸強度為5. 3GPa;初始模量為163GPa;斷裂伸長率為4.0%;采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為41MPa。實施例十二1、合成聚合物紡絲原液按TPC PDA PRM = 10 2 8 摩爾配比，先將 21. 6g 的 PDA 和 209. 6g 的 PRM 兩種二胺單體加入6. SKg的N-甲基吡咯烷酮和0. 27Kg的氯化鋰溶劑體系中，然后在氮氣 保護下攪拌使PDA和PRM全部溶解，將體系降溫至0 5°C范圍內，再將203. Og的TPC分三 批加入體系中并攪拌，使之在氮氣氣氛條件下于20°C繼續(xù)反應2-3小時，得到粘稠的聚合 物均相溶液即聚合物紡絲原液。原液中聚合物的固含量為6%，其特性粘數(shù)為6. OdL/g。2、原液紡絲將所獲聚合物均相溶液通過過濾、脫泡、按常規(guī)的干/濕法紡絲工藝進行紡絲，然 后干燥得芳綸原絲，其中所用噴絲孔數(shù)為30 100孔，，孔徑0. Imm,噴絲板出口與凝固浴間 的距離即空氣浴間距為10毫米；其所用凝固浴為N-甲基吡咯烷酮與水的混合物，其重量比 為30 70，紡絲階段纖維的拉伸倍率為1.5。3、芳綸原絲的熱拉伸后處理將經(jīng)100°C真空干燥2小時后的原絲束，在5 lOcN/dtex的張力條件下，通過一 道熱管的熱處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維，熱拉伸溫度為400°C。所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下拉伸強度為5.5GPa;初始模量為160GPa;斷裂伸長率為4. 8%;
采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為42MPa。實施例十三1、合成聚合物紡絲原液 按TPC PDA PRM = 10 2 8 摩爾配比，先將 21. 6g 的 PDA 和 209. 6g 的 PRM 兩種二胺單體加入5. OKg 二甲基乙酰胺和0. 20Kg的氯化鋰溶劑體系中，然后在氮氣保護下 攪拌使PDA和PRM全部溶解，將體系降溫至0 5°C范圍內，再將203. Og的TPC分三批加入 體系中并攪拌，使之在氮氣氣氛條件下于15°C繼續(xù)反應2-3小時，得到粘稠的聚合物均相 溶液即聚合物紡絲原液。原液中聚合物的固含量為8%，其特性粘數(shù)為5. 9dL/g。2、原液紡絲將所獲聚合物均相溶液通過過濾、脫泡、按常規(guī)的濕法紡絲工藝進行紡絲，然后干 燥得芳綸原絲，其中所用噴絲孔數(shù)為30 100孔，，孔徑0. Imm ；其所用凝固浴為二甲基乙 酰胺與水的混合物，其重量比為60 40，紡絲階段纖維的拉伸倍率為1.5。3、芳綸原絲的熱拉伸后處理將經(jīng)100°C真空干燥2小時后的原絲束，在5 lOcN/dtex的張力條件下，通過一 道熱管的熱處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維，熱拉伸溫度為450°C。所獲得的含嘧啶結構的芳綸纖維束絲性能如下拉伸強度為5.4GPa;初始模量為1628GPa ；斷裂伸長率為5.0%;采用本實施例所得纖維制備的環(huán)氧基復合材料層間剪切強度為42MPa。需要說明的是，上述實施例中環(huán)氧基復合材料層間剪切強度采用的是NOL環(huán)的方 法，基體樹脂為環(huán)氧樹脂體系。上述實施例所得含嘧啶結構的芳綸纖維大分子鏈含有嘧啶結構，其紅外光譜在 波數(shù)1344 1359CHT1范圍內有C-N鍵的伸縮振動吸收峰，在1700 1650CHT1和3500 ZSOOcnT1有酰胺鍵的吸收峰。對比例公開文獻等資料顯示芳綸II纖維的拉伸強度為2. 8 3. 5GPa，斷裂伸長率2. 3
4. 0%。采用與上述實施例相同的制備環(huán)氧復合材料工藝，制備的芳綸II纖維環(huán)氧基復合 材料層間剪切強度為28 30MPa。
權利要求
一種含嘧啶結構的芳綸纖維，其特征在于該纖維的聚合物紡絲原液是由對苯二甲酰氯、對苯二胺和2，5-二(4-氨基苯)嘧啶在溶劑體系中聚合而成；該纖維大分子鏈含有嘧啶結構，其紅外光譜在波數(shù)1344～1359cm-1范圍內有C-N鍵的伸縮振動吸收峰，在1700～1650cm-1和3500～2800cm-1有酰胺鍵的吸收峰，該纖維的拉伸強度為4.9～5.5GPa，初始模量為140～170GPa，斷裂伸長率為3～5％。
2.根據(jù)權利要求1所述的含嘧啶結構的芳綸纖維，其特征在于所述對苯二甲酰氯的 摩爾數(shù)等于對苯二胺和2，5-二(4-氨基苯)嘧啶摩爾數(shù)的總和，其中對苯二胺與2，5-二 (4-氨基苯)嘧啶的摩爾配比為(80 20) (20 80)，紡絲原液的聚合物固含量為 3-8wt%。
3.根據(jù)權利要求1所述的含嘧啶結構的芳綸纖維，其特征在于所述溶劑體系為N-甲 基吡咯烷酮/氯化鋰或二甲基乙酰胺/氯化鋰，氯化鋰用量為所用溶劑N-甲基吡咯烷酮或 二甲基乙酰胺重量的3wt% 5wt%。
4.根據(jù)權利要求1所述的含嘧啶結構的芳綸纖維，其特征在于所述聚合物紡絲原液 的聚合溫度為0-20°C。
5.一種權利要求1所述的含嘧啶結構的芳綸纖維的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)合成聚合物紡絲原液先將對苯二胺、2，5-二(4-氨基苯)嘧啶，加入到溶劑體系 中，然后在溫度0-10°C條件下加入對苯二甲酰氯，在10-20°C條件下繼續(xù)攪拌聚合反應2 3小時后獲得均相的聚合物紡絲原液，聚合物紡絲原液的聚合物固含量為3-8wt% ；(2)紡絲將上一步所得聚合物紡絲原液經(jīng)過濾、脫泡、紡絲、干燥得到含嘧啶結構的 芳綸原絲；(3)將所得芳綸原絲經(jīng)熱拉伸處理即得含嘧啶結構的芳綸纖維。
6.根據(jù)權利要求5所述的含嘧啶結構的芳綸纖維的制備方法，其特征在于在合成聚 合物紡絲原液的原料中，對苯二甲酰氯的摩爾數(shù)等于對苯二胺和2，5-二(4-氨基苯)嘧啶 摩爾數(shù)的總和，其中對苯二胺與2，5_二(4-氨基苯)嘧啶的摩爾配比為(80 20) (20 80)。
7.根據(jù)權利要求5所述的含嘧啶結構的芳綸纖維的制備方法，其特征在于合成聚合 物紡絲原液時采用的溶劑體系為N-甲基吡咯烷酮/氯化鋰或二甲基乙酰胺/氯化鋰，氯化 鋰用量為所用溶劑重量的3wt% 5wt%。
8.根據(jù)權利要求5所述的含嘧啶結構的芳綸纖維的制備方法，其特征在于在所述第 (2)步采用濕法或干/濕法紡絲，凝固浴為N-甲基吡咯烷酮/水或二甲基乙酰胺/水體系， 其中N-甲基吡咯烷酮與水或二甲基乙酰胺與水的重量比為(60 30) (40 70)。
9.根據(jù)權利要求5所述的含嘧啶結構的芳綸纖維的制備方法，其特征在于在所述第 ⑵步采用干/濕法紡絲，噴絲板出口與凝固浴液面間的距離即空氣浴間距為6 10毫米。
10.根據(jù)權利要求5所述的含嘧啶結構的芳綸纖維的制備方法，其特征在于所述芳綸 原絲在350-450°C溫度范圍內進行熱拉伸處理。
全文摘要
本發(fā)明為一種含嘧啶結構的芳綸纖維及其制備方法。本發(fā)明以對苯二甲酰氯、對苯二胺和2，5-二(4-氨基苯)嘧啶型二胺為單體，在溶劑體系中采用低溫共聚的方式得到均相的聚合物原液，原液直接經(jīng)過濾、脫泡、紡絲、干燥、熱拉伸處理等工藝得到高強高模改性芳綸纖維。本發(fā)明的芳綸纖維大分子鏈含嘧啶結構，其紅外光譜在波數(shù)1344～1359cm-1范圍內有C-N鍵的伸縮振動吸收峰，在1700～1650cm-1和3500～2800cm-1有酰胺鍵的吸收峰，其拉伸強度為4.9～5.5GPa，初始模量140～170GPa，斷裂伸長率3-5％。本發(fā)明所提供的纖維力學強度高、復合性能好，本發(fā)明提供的方法工藝簡單。本發(fā)明具有廣闊的應用前景。
文檔編號D01F6/80GK101857979SQ201010192650
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權日2010年6月4日
發(fā)明者侯慶華, 戴玲, 連宏光, 陳丹紅 申請人:深圳市中晟創(chuàng)新科技有限公司