阅读说明：本技术 具有优异阻燃性和机械性能的半芳香族聚酰胺纤维及制备 (Semi-aromatic polyamide fiber with excellent flame retardance and mechanical properties and preparation method thereof ) 是由 卫志美 郎绪志 于世长 彭伟明 杨杰 王孝军 张美林 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及高分材料技术领域,具体涉及一种兼具优异的阻燃性和机械性能的半芳香族聚酰胺纤维及其制备方法。本发明提供一种具有优异阻燃性和力学性能的半芳香族聚酰胺纤维的制备方法,所述制备方法包括如下步骤：1)预处理；2)物理共混；3)熔融纺丝。本发明将半芳香族聚酰亚胺共聚物通过浸泡预处理、物理共混和熔融纺丝制得了具有优异阻燃性和力学性能的半芳香族聚酰胺纤维；所得纤维的纤度为0.9～10dtex,断裂伸长率10～140％；力学强度2.3～14.8cN/dtex,耐热性能为使用温度170～240℃,极限氧指数≥30％；并且所得纤维具有能耐除浓硫酸、三氟乙酸外的其他有机溶剂的耐化学性能。(The invention relates to the technical field of high-molecular materials, in particular to a semi-aromatic polyamide fiber with excellent flame retardance and mechanical properties and a preparation method thereof. The present invention provides a method for preparing a semi-aromatic polyamide fiber having excellent flame retardancy and mechanical properties, the method comprising the steps of: 1) pre-treating; 2) physical blending; 3) and (4) melt spinning. The semi-aromatic polyamide fiber with excellent flame retardance and mechanical property is prepared by soaking, pretreating, physically blending and melt spinning the semi-aromatic polyimide copolymer; the fineness of the obtained fiber is 0.9-10 dtex, and the elongation at break is 10-140%; the mechanical strength is 2.3-14.8 cN/dtex, the heat resistance is 170-240 ℃ of the service temperature, and the limiting oxygen index is more than or equal to 30%; and the obtained fiber has chemical resistance to other organic solvents except concentrated sulfuric acid and trifluoroacetic acid.)

具有优异阻燃性和机械性能的半芳香族聚酰胺纤维及制备

技术领域

本发明涉及高分材料

技术领域

，具体涉及一种兼具优异的阻燃性和机械性能的半芳香族聚酰胺纤维及其制备方法。

背景技术

目前，作为聚酰胺纤维，已知有尼龙6、尼龙66等，由于强度高且韧性强、耐久性优异，因此被使用于各种的工业材料用途。聚酰胺纤维极限氧指数仅为21％～24％，由纤维制品引燃或助燃引起的火灾扩散严重危害人民生命和财产安全。因此，对于这些现有的聚酰胺纤维而言，仍存在耐热性、耐化学药品性不足、阻燃性能差的问题。因此，开发阻燃性能优异、耐热性较高、耐化学腐蚀性的聚酰胺纤维势在必行。

半芳香族聚酰胺由于在脂肪链聚酰胺分子链的结构中引入芳香环，提高了其耐热性，耐腐蚀性能和力学性能。根据以往的阻燃性脂肪族聚酰胺纤维研究经验，脂肪族聚酰胺纤维阻燃改性技术有后整理法、共混法、复合纺丝法和聚合法等，其中，共混法直接将添加阻燃剂获得理想的阻燃效果，是制备阻燃性纤维工业化生产最常用的方法。但是，对于半芳香族聚酰胺而言，树脂的熔点温度高达290℃以上，进行熔融纺丝成半芳香族聚酰胺纤维时，纺丝温度接近其聚酰胺主链的分解温度，影响纺丝稳定性；另一方面，阻燃剂的添加和其较差的分散性也会影响整个熔体的稳定性，从而影响纺丝稳定性。另外，较高含量阻燃剂的添加会使阻燃性能达标，但是纤维的力学强度会有所降低，而阻燃剂添加量较少则往往会导致产品的核心阻燃性能不达标。

因此，开发一种具有可纺性良好和阻燃性能良好、力学性能优异且耐高温半芳香族聚酰胺纤维成为目前亟待要解决的技术问题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种半芳香族聚酰胺纤维的制备方法，所得半芳香族聚酰胺纤维阻燃性良好，同时具有耐高温、耐腐蚀性和良好的力学性能，可应用于车部件、电气/电子部件等的用途。

本发明的技术方案：

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有优异阻燃性和力学性能的半芳香族聚酰胺纤维的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

1)预处理：将半芳香族聚酰胺及其共聚物在70～100℃的去离子水中浸泡12～72h，然后进行干燥；

2)物理共混：将预处理后的半芳香族聚酰胺及其共聚物、阻燃剂和增塑剂通过高温高速物理共混得到共混物，其中，共混温度为80～150℃，旋转速率为1000～2000r/min，共混时间为10～50min；

3)熔融纺丝：将共混物经过熔融纺丝制得具有优异阻燃性和力学性能的半芳香族聚酰胺纤维。

进一步，所述半芳香族聚酰胺共聚物的结构式如下：

其中n＝10～500，0＜x+y≤1，x≠0

中的至少一种；

R₁＝-(CH₂)₂-、-(CH₂)₄-、-(CH₂)₆-、-(CH₂)₈-和-(CH₂)₁₀-中的至少一种；

R₂＝-(CH₂)₄-和/或-(CH₂)₈-；

R₃＝-(CH₂)₃-、-(CH₂)₆-、-(CH₂)₇-、-(CH₂)₈-、-(CH₂)₉-、-(CH₂)₁₀-和-(CH₂)₁₁-中的至少一种。

进一步，步骤1)中，半芳香族聚酰胺及其共聚物在70～100℃的去离子水中浸泡12～72h的过程重复进行，重复次数2～5次。

进一步，步骤1)中，所述干燥处理指：将浸泡后的半芳香族聚酰胺及其共聚物置于95～115℃的真空干燥箱中干燥24～72h。

进一步，步骤2)中，所述阻燃剂选自：二乙基次膦酸铝，9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)及其衍生物，无机盐类锡酸锌，有机蒙脱土，纳米二氧化硅，矿物杂化物或苯基亚磷酸杂化勃姆石等。

进一步，步骤2)中，所述阻燃剂的粒径为10～200μm。

进一步，步骤2)中，所述增塑剂为含羧酸酰胺类化合物；优选为乙撑双-12-羟基硬脂酸酰胺、N,N-亚乙基双硬脂酰胺或油酸酰胺等。

进一步，步骤3)中，所述熔融纺丝工序为：将共混物经过熔融纺丝机经喂料→螺杆挤出→纺丝箱体→喷丝板纺丝的初丝制备环节，最后经过丝条冷却→卷绕→拉伸→定型制备具有优异阻燃性和力学性能的半芳香族聚酰胺纤维。

进一步，步骤3)中，熔融纺丝的工艺参数为：纺丝温度260～335℃，卷绕速度400～3000m/min，牵伸倍速为3～6。

进一步，步骤3)中，熔融纺丝所用的喷丝板上的喷丝孔为圆形、多角形或中空形状喷丝孔，喷丝孔的数目为32～256孔。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种具有优异阻燃性和力学性能的半芳香族聚酰胺纤维，其采用上述方法制得。

进一步，所述具有优异阻燃性和力学性能的半芳香族聚酰胺纤维的纤度为0.9～10dtex。

进一步，所述具有优异阻燃性和力学性能的半芳香族聚酰胺纤维的力学强度为2.3～14.8cN/dtex。

进一步，所述具有优异阻燃性和力学性能的半芳香族聚酰胺纤维的极限氧指数≥30％。

本发明的有益效果：

本发明将半芳香族聚酰亚胺共聚物通过浸泡预处理、物理共混和熔融纺丝制得了具有优异阻燃性和力学性能的半芳香族聚酰胺纤维；所得纤维的纤度为0.9～10dtex，断裂伸长率10～140％；力学强度2.3～14.8cN/dtex，耐热性能为使用温度170～240℃，极限氧指数≥30％；并且所得纤维具有能耐除浓硫酸、三氟乙酸外的其他有机溶剂的耐化学性能。

附图说明

：

图1为实施例1所得共聚半芳香族聚酰胺纤维的SEM图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。

实施例1

将共聚半芳香族聚酰胺树脂PA6T-1(其玻璃化温度85℃，熔融温度295℃)，在温度为90℃的水中浸泡处理24h，重复3次；然后对树脂进行干燥处理，干燥温度110℃，干燥时间36h；然后将100份PA6T-1，10份二乙基次膦酸铝，2份乙撑双硬脂酰胺在高速共混机中物理共混：共混温度为100℃，旋转速率为1500r/min，共混时间为30min，得到共混物；将共混好的混合物通过1cm³/r的计量泵送入单螺杆挤出机中进行熔融，熔融纺丝的工艺参数为：纺丝温度290℃，油剂量5mL/min，卷绕速度800m/min，牵伸倍速为3.8,喷丝板孔径为0.04mm、喷丝头为96孔、圆孔的喷丝板进行熔融纺丝，进行拉伸固化，牵伸比倍数为3倍。

所得共聚半芳香族聚酰胺纤维的性能指标为：纤度6.3dtex(本发明实施例中的纤度根据GBT1797-2008测试)，断裂强度2.9cN/dtex；断裂伸长率80％；使用温度210℃，极限氧指数为32。

其中，共聚半芳香族聚酰胺树脂PA6T-1的分子结构式如下：

实施例2

将共聚半芳香族聚酰胺树脂PA6T-2(其玻璃化温度90℃，熔融温度289℃)，在温度为80℃的水中浸泡处理10h，重复2次；然后对树脂进行干燥处理，干燥温度110℃，干燥时间36h；然后将100份PA6T-2，8份苯基亚磷酸杂化勃姆石，2份乙撑双硬脂酰胺物理共混，共混温度为120℃，旋转速率为1000r/min,共混时间为40min,得到共混物；将共混好的混合物通过2cm³/r的计量泵送入单螺杆挤出机中，熔融纺丝的工艺参数为：纺丝温度295℃，油剂量6.3mL/min,卷绕速度600m/min，牵伸倍速为2.5,喷丝板孔径为0.025mm、喷丝头为64孔、圆孔的喷丝板进行熔融纺丝，进行拉伸固化，牵伸比倍数为3倍，卷绕速度为600m/min。

所得共聚半芳香族聚酰胺纤维的性能指标为：纤度10.3dtex，断裂强度3.2cN/dtex；断裂伸长率92％；使用温度220℃，极限氧指数为34。

其中，共聚半芳香族聚酰胺树脂PA6T-2的分子结构式如下：。

对比例1

制备过程同实施例1，区别仅在于：没有经过“在温度为90℃的水中浸泡处理24h”的预处理过程，那么所得纤维的性能指标为：纤度：21dtex，断裂强度1.1cN/dtex；断裂伸长率181％；使用温度231℃。

对比例2

制备过程同实施例1，区别仅在于“将100份PA6T-1，10份二乙基次膦酸铝，2份乙撑双硬脂酰胺于280℃熔融挤出”；结果根本无法得到均一的连续纤维。