一种均一性优异的细纤度半芳香族聚酰胺纤维及其制备
阅读说明：本技术 一种均一性优异的细纤度半芳香族聚酰胺纤维及其制备 (Fine-denier semi-aromatic polyamide fiber with excellent uniformity and preparation method thereof ) 是由 卫志美 郎绪志 于世长 张美林 杨杰 王孝军 毛其泽 于 2021-07-18 设计创作，主要内容包括：本发明属于高分材料领域,具体涉及一种均一性优异的细纤度半芳香族聚酰胺纤维及其制备方法。本发明提供一种细纤度半芳香族聚酰胺纤维的制备方法,所述制备方法包括以下步骤：1)预处理；2)切片和热处理；3)熔融纺丝。本发明将半芳香族聚酰亚胺及其共聚物通过预处理、切片和热处理、以及熔融纺丝制得了细纤度的半芳香族聚酰胺纤维；所得纤维的纤度为0.9-4.5dtex,断裂伸长率：10～97％；力学强度为1.1～4.8cN/dtex,拉伸丝的纤维径不均(CV值)为<1.0％,耐热性能为使用温度170～240℃；并且具有能耐除浓硫酸、三氟乙酸外的其他有机溶剂的耐化学性能。(The invention belongs to the field of high-molecular materials, and particularly relates to a fine-denier semi-aromatic polyamide fiber with excellent uniformity and a preparation method thereof. The invention provides a preparation method of a fine denier semi-aromatic polyamide fiber, which comprises the following steps: 1) pre-treating; 2) slicing and heat treatment; 3) and (4) melt spinning. The semi-aromatic polyamide fiber with fine titer is prepared by pretreating, slicing, thermally treating and melt spinning semi-aromatic polyimide and a copolymer thereof; the fineness of the obtained fiber is 0.9-4.5dtex, the elongation at break is as follows: 10-97%; the mechanical strength is 1.1-4.8 cN/dtex, the fiber diameter unevenness (CV value) of the drawn yarn is less than 1.0%, and the heat resistance is 170-240 ℃; and has chemical resistance to organic solvents except concentrated sulfuric acid and trifluoroacetic acid.)
技术领域
本发明属于高分材料领域，具体涉及一种均一性优异的细纤度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。但是，对于这些现有的聚酰胺纤维而言，仍存在耐热性、耐化学药品性不足而导致尺寸稳定性低的稳定。特别是在汽车部件、电气/电子部件等的用途中，要求高温下使用的耐热性、耐酸性等耐化学药品性。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。但是，对于半芳香族聚酰胺而言，为了提高高温下使用时的耐热性，一般需要将树脂的熔点温度设为290℃以上，那么在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，容易发生树脂恶化，纺丝稳定性方面存在问题。另外，由于树脂的熔点高，因此在高粘度状态下对树脂进行纺丝，特别是难以进行单丝细纤度的纺丝。
专利CN111902575A中，通过使用耐热性的增塑剂组合，进行熔融纺丝时，可以降低高耐热性半芳香族聚酰胺树脂的纺丝温度，不仅抑制了半芳香族聚酰胺树脂在熔融纺丝时的恶劣化，并且能够显著提高纺丝稳定性，制得了一种半芳香族聚酰胺纤维；但是该种方法中需引入助剂，那么在耐高温半芳香族聚酰胺纤维的使用过程中，助剂将会发生迁移从而影响使用过程中性能。因此，从控制半芳香族聚酰胺纤维的成型工艺过程的角度出发，开发性能稳定的单一组分的半芳香族聚酰胺细纤度纤维，将是一种普适、简单的方法。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提供一种制备细纤度的单一组分的半芳香族聚酰胺纤维的方法，解决了半芳香族聚酰胺纤维纺丝过程不稳定、纤维纤度大、直径分布不均一的问题，制备了耐高温、耐腐蚀、细纤度(纤度为0.9～4.5dtex)的聚酰胺纤维，可应用于车部件、电气/电子部件等。
本发明的技术方案：
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种细纤度半芳香族聚酰胺纤维的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
1)预处理：将半芳香族聚酰胺及其共聚物在70～100℃的去离子水中浸泡处理12～72h，然后进行干燥；
2)切片和热处理：将预处理后的半芳香族聚酰胺及其共聚物首先在85～90℃保温10～12h，然后以0.5～5℃/min的速度升温，升温至100～130℃保温1～3h，最后以10～50℃/min的速度迅速降温至60～80℃，保持8～10h得到半芳香族聚酰胺及其共聚物树脂切片；
3)熔融纺丝：将半芳香族聚酰胺及其共聚物切片经过熔融纺丝制得细纤度半芳香族聚酰胺纤维。
进一步，所述半芳香族聚酰亚胺共聚物的结构式如下：
进一步，上述半芳香族聚酰胺共聚物采用下述方法制得：将单体，催化剂和去离子水依次加入反应器中，在惰性气体(如氮气)保护下，升温至80～100℃；并且在0.5～1h内升温到200～280℃反应3～5h；再按照排出气体→抽真空至0.07～0.09MPa→充入惰性气体至反应器内压力为0.5～1.5MPa的顺序重复3～5次；然后降温出料；最后于180～320℃下反应挤出，获得上述半芳香族聚酰胺共聚物。
进一步，所述催化剂选自：焦磷酸、多聚磷酸、亚磷酸、三磷酸钠、次磷酸钠、丙酸和丁酸中的至少一种中的一种。
进一步，所述单体、催化剂和去离子水的质量比为：单体200～800重量份，催化剂1～10重量份，去离子水50～200重量份。
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的过程需重复进行，重复次数2～5次。
进一步，步骤1)中，所述干燥处理指：将萃取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3)中，所述熔融纺丝工序为：将半芳香族聚酰胺及其共聚物切片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→定型制备细纤度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280～335℃，辊温30～150℃，卷绕速度1000～3000m/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48～256孔。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种细纤度半芳香族聚酰胺纤维，其采用上述方法制得。
进一步，所述细纤度半芳香族聚酰胺纤维的纤度为0.9～4.5dtex，纤维径不均率<1.0％。本发明中，纤维径不均率是纤维的平均直径及其离散指标，指变异系数CV，一般用该值表示纤维直径与平均直径之间的标准差。
进一步，所述细纤度半芳香族聚酰胺纤维的力学强度为1.1～4.8cN/dtex。
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预处理、切片和热处理、以及熔融纺丝制得了细纤度的半芳香族聚酰胺纤维；所得纤维的纤度为0.9-4.5dtex，断裂伸长率：10～97％；力学强度为1.1～4.8cN/dtex，拉伸丝的纤维径不均(CV值)为<1.0％，耐热性能为使用温度170～240℃；并且具有能耐除浓硫酸、三氟乙酸外的其他有机溶剂的耐化学性能。
附图说明
：图1为本发明实施例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351g单体(126g对苯二甲酸、73g己二酸、152g己二胺)、4g三磷酸钠和100g去离子水加入反应器中，在氮气保护下，升温至90℃反应；并在1h内升温到260℃反应；在1.5h内排出气体，并抽真空至0.09MPa，充入惰性体至1.5MPa，反复操作4次降温出料；最后在温度220℃下反应挤出，获得半芳香聚酰胺树脂PA6T-1；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PA6T-1进行切片和热处理：85℃保温10，然后以2℃/min的速度升温，升温至120℃保温2h，最后以30℃/min的速度迅速降温至70℃，保持9h得到半芳香族聚酰胺及其共聚物树脂切片。
将所得切片通过以20cm3/min的计量泵送入单螺杆挤出机中，在熔融温度为315℃、喷丝板孔径为0.025mm、喷丝头为96孔、圆孔的喷丝板进行熔融纺丝，辊温80℃，油剂量8mL/min，进行拉伸固化，牵伸比倍数为5倍，卷绕速度为2400m/min。
所得共聚半芳香族聚酰胺纤维的性能指标为：纤度1.8dtex(本发明实施例中的纤度根据GBT1797-2008测试)，断裂强度2.6cN/dtex；断裂伸长率60％；使用温度220℃。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248g单体(67g对苯二甲酸、73g己二酸、108g己二胺)、6g多聚磷酸和70g去离子水加入反应器中，在氮气保护下，升温至100℃反应；并在0.8h内升温到230℃反应；在2h内排出气体，并抽真空至0.07MPa，充入惰性气体至1.2MPa，反复操作3次降温出料；最后在温度260℃下反应挤出，获得所需要的半芳香聚酰胺树脂PA6T-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100℃的水中浸泡处理30h，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PA6T-2进行切片和热处理：90℃保温10h，然后以5℃/min的速度升温，升温至130℃保温3h，最后以25℃/min的速度迅速降温至80℃，保持10h得到PA6T-2树脂切片。
将所得切片通过以25cm3/min的计量泵送入单螺杆挤出机中，在熔融温度为310℃、喷丝板孔径为0.04mm、喷丝头为64孔、圆孔的喷丝板进行熔融纺丝，辊温60℃，油剂量10mL/min,进行拉伸固化，牵伸比倍数为4倍，卷绕速度为2100m/min。
所得共聚半芳香族聚酰胺纤维的性能指标为：纤度：2.3dtex，断裂强度2cN/dtex；断裂伸长率50％；使用温度230℃。其中，共聚半芳香族聚酰胺树脂PA6T-1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：10.9dtex，断裂强度1.9cN/dtex；断裂伸长率251％；拉伸丝的纤维径不均(CV值)为7.0％，使用温度220℃。
对比例2
制备过程同实施例1，区别仅在于：没有经过“热处理：于90℃保温10h；110℃内保温2h，80℃保温9h”的热处理过程，那么所得纤维的性能指标为：纤度：6.8dtex，断裂强度2.6cN/dtex；断裂伸长率92％；拉伸丝的纤维径不均(CV值)为2.0％，使用温度210℃。
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