专利名称：含嘧啶结构的芳纶纤维及其制备方法
技术领域：
本发明属于聚合物纤维领域，尤其涉及一种改性的芳纶纤维及其制备方法。
背景技术：
1965年美国杜邦公司发表了令人注目的高性能聚对苯二甲酰氯对苯二胺纤维， 其正式商品名为Kevlar，我国简称对位芳纶、芳纶1414或芳纶II。其拉伸强度为2. 8 3. 5GPa，断裂伸长率2. 3、. 0%。因其较高的强度、模量和耐高温等特性，其主要应用于飞 机、火箭、导弹等航空、航天等器具中使用的复合材料，此外还用于汽车、船舶、防弹衣、滑雪 板等应用领域的复合材料，以及绳缆，耐高温过滤材料等。其用途十分广阔。芳纶II的制备工艺流程是采用对苯二甲酰氯和对苯二胺，以N-甲基吡咯烷酮/ 氯化钙为溶剂体系进行低温溶液缩聚得到芳纶II树脂；芳纶II树脂再经过水洗涤、过滤、硫 酸溶解、过滤、脱泡、纺丝、洗涤、干燥、收卷得到芳纶II纤维。从芳纶II的制备工艺流程来 看，由于溶解性不佳的原因，高分子量的芳纶II树脂会从溶剂体系中析出，得到的芳纶II树 脂是固体粉状的，因而不能采用原液直接进行纺丝，需要进一步溶解在浓硫酸中才能用于 纺丝。同时，用这种树脂纺丝得到的芳纶II纤维的拉伸强度、初始模量、以及芳纶II作为复 合材料与基体树脂的复合性能等方面都需要进一步提高，以满足快速发展的先进复合材料 领域对纤维力学性能的更高要求。因此，对芳纶II纤维的化学结构改性进行了大量的研究。日本帝人公司通过在芳纶II纤维大分子链化学结构中弓丨入第三单体3，4 ‘ -二氨 基二苯醚进行共聚，得到了可溶性聚合物均相原液，可直接用该原液进行纺丝制备Tehnora 芳纶纤维，其拉伸强度为3. 8GPa，断裂伸长率为5-6%。俄罗斯通过在芳纶II纤维大分子链 化学结构中引入第三单体2- (4-氨基苯基)-5 (6)-氨基苯并咪唑进行共聚，得到了可溶性 聚酰胺均相原液，采用该原液直接进行湿法纺丝得到了拉伸强度更高的Armos纤维，其拉 伸强度为4. 5-5. OGPa，断裂伸长率1.5-2. 5%。另外，在俄罗斯专利(RU2143504)中引入 2-氯对苯二胺和2- (4-氨基苯基)-5 (6)-氨基苯并咪唑共聚改性芳纶纤维，得到了拉伸强 度高，阻燃性好的纤维。中国专利CNlOl 165078A也公开了以2- (4-氨基苯基)_5 (6)-氨基 苯并咪唑，氯代对苯二胺或氯代对苯二甲酰氯等改性的芳纶纤维的合成和制备方法。因此，采用新型聚合物单体对芳纶II纤维化学结构进行共聚改性，改善芳纶聚合 物树脂的溶解性，可直接采用原液进行纺丝同时，进一步提高芳纶纤维的力学性能就成为 芳纶纤维发展的重要方向。
发明内容
本发明的第一个目的在于针对芳纶II纤维存在的以上所述问题，提供一种力学强 度得到明显提高的含嘧啶结构的芳纶纤维。本发明的第二个目的在于提供一种聚合物原液可直接进行纺丝，并且纤维力学强 度又明显提高的含嘧啶结构的芳纶纤维的制备方法。本发明提供了一种含嘧啶结构的芳纶纤维，该纤维的聚合物纺丝原液是由对苯二甲酰氯、对苯二胺和2，5-二(4-氨基苯)嘧啶在溶剂体系中聚合而成；该纤维大分子链 含有嘧啶结构，其红外光谱在波数1344 1359CHT1范围内有C-N键的伸缩振动吸收峰， 在1700 1650CHT1和3500 2800CHT1有酰胺键的吸收峰；该纤维的拉伸强度为4. 9 5. 5GPa，初始模量为140 170GPa，断裂伸长率为3 5%。本发明中合成聚合物纺丝原液所用的单体的化学结构如下 所述对苯二甲酰氯的摩尔数等于对苯二胺和2，5_ 二(4-氨基苯)嘧啶摩尔数的 总和，其中对苯二胺与2，5_ 二(4-氨基苯)嘧啶的摩尔配比为(80 20) (20 80)，聚 合物纺丝原液的聚合物固含量为3wt% 8wt%。所述溶剂体系采用N-甲基吡咯烷酮/氯化锂或二甲基乙酰胺/氯化锂，氯化锂用 量为所用溶剂(N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺)重量的3wt% 5wt%。所述纺丝原液的聚合温度为0-20°C。本发明提供了一种含嘧啶结构的芳纶纤维的制备方法，包括如下步骤(1)合成聚合物纺丝原液先将对苯二胺、2，5_ 二(4-氨基苯)嘧啶，加入到溶剂 体系中，然后在温度0-10°C条件下加入对苯二甲酰氯，在10-20°c条件下继续搅拌聚合反 应2 3小时后获得均相的聚合物纺丝原液，聚合物纺丝原液的聚合物固含量为3-8wt% ；(2)纺丝将上一步所得聚合物纺丝原液经过滤、脱泡、纺丝、干燥得到含嘧啶结 构的芳纶原丝；(3)将所得芳纶原丝经热拉伸处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维。在合成聚合物纺丝原液的原料中，对苯二甲酰氯的摩尔数等于对苯二胺和2， 5_ 二(4-氨基苯)嘧啶摩尔数的总和，其中对苯二胺与2，5-二(4-氨基苯)嘧啶的摩尔配 比为(80 20) (20 80)。合成聚合物纺丝原液时采用的溶剂体系为N-甲基吡咯烷酮/氯化锂或二甲基乙 酰胺/氯化锂，氯化锂用量为所用溶剂(N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺)重量的3wt% 5wt%。
在所述第⑵步采用湿法或干/湿法纺丝，凝固浴为N-甲基吡咯烷酮/水或二 甲基乙酰胺/水体系，其中N-甲基吡咯烷酮与水或二甲基乙酰胺与水的重量比为(60 30) (40 70)。如果采用干/湿法纺丝，喷丝板出口与凝固浴液面间的距离即空气浴间 距为6 10毫米较佳。在所述第(3)步，所述芳纶原丝在350-450°C温度范围内进行热拉伸处理。本发明的技术效果在于1、由于本发明通过聚合物单体分子设计，在聚合物组成体系中引入了含嘧啶结构的芳香族二元胺单体共聚改性芳纶II纤维，明显提高了该聚合物在溶剂系统如N-甲基吡 咯烷酮/氯化锂或二甲基乙酰胺/氯化锂中的溶解性，聚合得到的均相的聚合物原液，可直 接进行纺丝，省去了芳纶II树脂需要水洗、干燥和采用浓硫酸再溶解树脂制备纺丝原液等 工艺环节。2、由于本发明在聚合物单体中提供的2，5-二(4-氨基苯)嘧啶，类似于三联苯结 构，因而可提高该纤维的可拉伸性能，从而使获得的芳纶纤维的力学强度大为提高，相比芳 纶II纤维的拉伸强度可提高50 70%。3、采用未进行任何表面活化处理的本发明纤维制备的复合材料层间剪切强度高， 达到为38 43MPa，相比采用同样工艺制备的芳纶II纤维复合材料层间剪切强度可提高 20 30%。4、本发明提供的制备方法，与现有的改性芳纶纤维制备方法的步骤基本相同，因 而技术成熟，控制容易，成本可保持在相对较低的水平。
具体实施例方式下面举出实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于 对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据 本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。实施例一1、合成聚合物纺丝原液按TPC PDA PRM = 10 4 6 摩尔配比，先将 43. 2g 的 PDA 和 157. 2g 的 PRM 两种二胺单体加入13. OKg的N-甲基吡咯烷酮和0. 52Kg的氯化锂溶剂体系中，然后在氮气 保护下搅拌使PDA和PRM全部溶解，将体系降温至0 5°C范围内，再将203. Og的TPC分三 批加入体系中并搅拌，使之在氮气气氛条件下于10°C继续反应2-3小时，得到粘稠的聚合 物均相溶液，即聚合物纺丝原液。原液中聚合物的固含量为3%，其特性粘数为5. 8dL/g。2、原液纺丝将所获聚合物均相溶液即聚合物纺丝原液通过过滤、脱泡，按常规的湿法纺丝工 艺进行纺丝，然后干燥制得含嘧啶结构的芳纶原丝。湿法纺丝工艺中所用喷丝孔数为30 100孔，，孔径0.1mm;其所用凝固浴为N-甲基吡咯烷酮与水的混合物，其重量比为50 50， 纺丝阶段纤维的拉伸倍率为1. 5。3、芳纶原丝的热拉伸后处理将经100°C真空干燥2小时后的原丝束，在5 lOcN/dtex的张力条件下，通过一 道热管的热处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维，热拉伸温度为350°C。
所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下拉伸强度为5. 4GPa ；
初始模量为167GPa ；断裂伸长率为4. 2%;采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为42MPa。实施例二 1、合成聚合物纺丝原液按TPC PDA PRM = 10 4 6 摩尔配比，先将 43. 2g 的 PDA 和 157. 2g 的 PRM 两种二胺单体加入6. 3Kg的N-甲基吡咯烷酮和0. 25Kg的氯化锂溶剂体系中，然后在氮气 保护下搅拌使PDA和PRM全部溶解，将体系降温至0 5°C范围内，再将203. Og的TPC分三 批加入体系中并搅拌，使之在氮气气氛条件下于15°C继续反应2-3小时，得到粘稠的聚合 物均相溶液即聚合物纺丝原液。原液中聚合物的固含量为6%，其特性粘数为6. OdL/g。2、原液纺丝与实施例一相同。3、芳纶原丝的热拉伸后处理将经100°C真空干燥2小时后的原丝束，在5 lOcN/dtex的张力条件下，通过一 道热管的热处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维，热拉伸温度为400°C。所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下拉伸强度为5. 5GPa ；初始模量为168GPa ；断裂伸长率为4.0%;采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为41MPa。实施例三1、合成聚合物纺丝原液按TPC PDA PRM = 10 4 6 摩尔配比，先将 43. 2g 的 PDA 和 157. 2g 的 PRM 两种二胺单体加入4. 6Kg的N-甲基吡咯烷酮和0. 23Kg的氯化锂溶剂体系中，然后在氮气 保护下搅拌使PDA和PRM全部溶解，将体系降温至0 5°C范围内，再将203. Og的TPC分三 批加入体系中并搅拌，使之在氮气气氛条件下于20°C继续反应2-3小时，得到粘稠的聚合 物均相溶液即聚合物纺丝原液。原液中聚合物的固含量为8%，其特性粘数为6. IdL/g。2、原液纺丝与实施例一相同。3、芳纶原丝的热拉伸后处理将经100°C真空干燥2小时后的原丝束，在5 lOcN/dtex的张力条件下，通过一 道热管的热处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维，热拉伸温度为450°C。所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下拉伸强度为5. 3GPa ；初始模量为164GPa ；断裂伸长率为3. 8%;采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为42MPa。实施例四1、合成聚合物纺丝原液
按TPC PDA PRM = 10 4 6 摩尔配比，先将 43. 2g 的 PDA 和 157. 2g 的 PRM 两种二胺单体加入7. 66Kg的二甲基乙酰胺和0. 31Kg的氯化锂溶剂体系中，然后在氮气保 护下搅拌使PDA和PRM全部溶解，将体系降温至0 5°C范围内，再将203. Og的TPC分三批 加入体系中并搅拌，使之在氮气气氛条件下于20°C继续反应2-3小时，得到粘稠的聚合物 均相溶液即聚合物纺丝原液。原液中聚合物的固含量为5%，其特性粘数为5. 6dL/g。2、原液纺丝将所获聚合物均相溶液通过过滤、脱泡、按常规的湿法纺丝工艺进行纺丝，然后干 燥得芳纶原丝，其中所用喷丝孔数为30 100孔，，孔径0. Imm ；其所用凝固浴为二甲基乙 酰胺与水的混合物，其重量比为55 45，纺丝阶段纤维的拉伸倍率为1.5。
3、芳纶原丝的热拉伸后处理将经100°C真空干燥2小时后的原丝束，在5 lOcN/dtex的张力条件下，通过一 道热管的热处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维，热拉伸温度为400°C。所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下拉伸强度为5. OGPa ；初始模量为16 IGPa;断裂伸长率为4. 4%;采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为40MPa。实施例五1、合成聚合物纺丝原液与实施例四相同。2、原液纺丝将所获聚合物均相溶液通过过滤、脱泡、按常规的干/湿法纺丝工艺进行纺丝，然 后干燥得芳纶原丝，其中所用喷丝孔数为30 100孔，，孔径0. Imm,喷丝板出口与凝固浴间 的距离即空气浴间距为10毫米；其所用凝固浴为二甲基乙酰胺与水的混合物，其重量比为 60 40，纺丝阶段纤维的拉伸倍率为1.5。3、芳纶原丝的热拉伸后处理与实施例四相同。所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下拉伸强度为5. 6GPa ；初始模量为168GPa;断裂伸长率为4.0%;采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为42MPa。实施例六1、合成聚合物纺丝原液与实施例二相同。2、原液纺丝将所获聚合物均相溶液通过过滤、脱泡、按常规的干/湿法纺丝工艺进行纺丝，然 后干燥得芳纶原丝，其中所用喷丝孔数为30 100孔，，孔径0. Imm,喷丝板出口与凝固浴间 的距离即空气浴间距为10毫米；其所用凝固浴为N-甲基吡咯烷酮与水的混合物，其重量比 为70 30，纺丝阶段纤维的拉伸倍率为1.5。3、芳纶原丝的热拉伸后处理与实施例二相同。所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下
拉伸强度为5. 4GPa ；初始模量为170GPa;断裂伸长率为3. 9%; 采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为43MPa。实施例七1、合成聚合物纺丝原液按TPC PDA PRM = 10 8 2 摩尔配比，先将 86. 4g 的 PDA 和 52. 4g 的 PRM 两种二胺单体加入8. 2Kg的N-甲基吡咯烷酮和0. 33Kg的氯化锂溶剂体系中，然后在氮气 保护下搅拌使PDA和PRM全部溶解，将体系降温至0 5°C范围内，再将203. Og的TPC分三 批加入体系中并搅拌，使之在氮气气氛条件下于10°C继续反应2-3小时，得到粘稠的聚合 物均相溶液即聚合物纺丝原液。原液中聚合物的固含量为4%，其特性粘数为5. 5dL/g。2、原液纺丝将所获聚合物均相溶液通过过滤、脱泡、按常规的湿法纺丝工艺进行纺丝，然后干 燥得芳纶原丝，其中所用喷丝孔数为30 100孔，，孔径0. Imm ；其所用凝固浴为N-甲基吡 咯烷酮与水的混合物，其重量比为50 50，纺丝阶段纤维的拉伸倍率为1.5。3、芳纶原丝的热拉伸后处理将经100°C真空干燥2小时后的原丝束，在5 lOcN/dtex的张力条件下，通过一 道热管的热处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维，热拉伸温度为400°C。所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下拉伸强度为4.9GPa;初始模量为162GPa ；断裂伸长率为3. 2%;采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为38MPa。实施例八1、合成聚合物纺丝原液按TPC PDA PRM = 10 8 2 摩尔配比，先将 86. 4g 的 PDA 和 52. 4g 的 PRM 两种二胺单体加入6. 5Kg二甲基乙酰胺和0. 26Kg的氯化锂溶剂体系中，然后在氮气保护下 搅拌使PDA和PRM全部溶解，将体系降温至0 5°C范围内，再将203. Og的TPC分三批加入 体系中并搅拌，使之在氮气气氛条件下于15°C继续反应2-3小时，得到粘稠的聚合物均相 溶液即聚合物纺丝原液。原液中聚合物的固含量为5%，其特性粘数为6. OdL/g。2、原液纺丝将所获聚合物均相溶液通过过滤、脱泡、按常规的干/湿法纺丝工艺进行纺丝，然 后干燥得芳纶原丝，其中所用喷丝孔数为30 100孔，，孔径0. Imm,喷丝板出口与凝固浴间 的距离即空气浴间距为8毫米；其所用凝固浴为二甲基乙酰胺与水的混合物，其重量比为 40 60，纺丝阶段纤维的拉伸倍率为1.5。3、芳纶原丝的热拉伸后处理将经100°C真空干燥2小时后的原丝束，在5 lOcN/dtex的张力条件下，通过一 道热管的热处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维，热拉伸温度为400°C。所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下
拉伸强度为5. 2GPa;初始模量为165GPa;断裂伸长率为3.1%;采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为39MPa。实施例九1、合成聚合物纺丝原液按TPC PDA PRM = 10 6 4 摩尔配比，先将 64. 8g 的 PDA 和 104. 8g的 PRM 两种二胺单体加入7. IKg的N-甲基吡咯烷酮和0. 28Kg的氯化锂溶剂体系中，然后在氮气 保护下搅拌使PDA和PRM全部溶解，将体系降温至0 5°C范围内，再将203. Og的TPC分三 批加入体系中并搅拌，使之在氮气气氛条件下于15°C继续反应2-3小时，得到粘稠的聚合 物均相溶液。原液中聚合物的固含量为5%，其特性粘数为5. 8dL/g。2、原液纺丝与实施例一相同。3、芳纶原丝的热拉伸后处理将经100°C真空干燥2小时后的原丝束，在5 lOcN/dtex的张力条件下，通过一 道热管的热处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维，热拉伸温度为400°C。所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下拉伸强度为5.4GPa;初始模量为166GPa;断裂伸长率为3. 6%;采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为41MPa。实施例十1、合成聚合物纺丝原液按TPC PDA PRM = 10 6 4 摩尔配比，先将 64. 8g 的 PDA 和 104. 8g 的 PRM 两种二胺单体加入5. 8Kg 二甲基乙酰胺和0. 23Kg的氯化锂溶剂体系中，然后在氮气保护下 搅拌使PDA和PRM全部溶解，将体系降温至0 5°C范围内，再将203. Og的TPC分三批加入 体系中并搅拌，使之在氮气气氛条件下于20°C继续反应2-3小时，得到粘稠的聚合物均相 溶液即聚合物纺丝原液。原液中聚合物的固含量为6%，其特性粘数为5. 8dL/g。2、原液纺丝将所获聚合物均相溶液通过过滤、脱泡、按常规的湿法纺丝工艺进行纺丝，然后干 燥得芳纶原丝，其中所用喷丝孔数为30 100孔，，孔径0. Imm ；其所用凝固浴为二甲基乙 酰胺与水的混合物，其重量比为55 45，纺丝阶段纤维的拉伸倍率为1.5。3、芳纶原丝的热拉伸后处理将经100°C真空干燥2小时后的原丝束，在5 lOcN/dtex的张力条件下，通过一 道热管的热处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维，热拉伸温度为450°C。所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下拉伸强度为5. OGPa;初始模量为164GPa;断裂伸长率为3. 4%;采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为40MPa。
实施例i^一 1、合成聚合物纺丝原液按TPC PDA PRM = 10 6 4 摩尔配比，先将 64. 8g 的 PDA 和 104. 8g 的 PRM 两种二胺单体加入4. 3Kg的N-甲基吡咯烷酮和0. ISKg的氯化锂溶剂体系中，然后在氮气 保护下搅拌使PDA和PRM全部溶解，将体系降温至0 5°C范围内，再将203. Og的TPC分三 批加入体系中并搅拌，使之在氮气气氛条件下于20°C继续反应2-3小时，得到粘稠的聚合 物均相溶液即聚合物纺丝原液。原液中聚合物的固含量为8%，其特性粘数为5. 9dL/g。2、原液纺丝 将所获聚合物均相溶液通过过滤、脱泡、按常规的干/湿法纺丝工艺进行纺丝，然 后干燥得芳纶原丝，其中所用喷丝孔数为30 100孔，，孔径0. Imm,喷丝板出口与凝固浴间 的距离即空气浴间距为6毫米；其所用凝固浴为N-甲基吡咯烷酮与水的混合物，其重量比 为50 50，纺丝阶段纤维的拉伸倍率为1.5。3、芳纶原丝的热拉伸后处理将经100°C真空干燥2小时后的原丝束，在5 lOcN/dtex的张力条件下，通过一 道热管的热处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维，热拉伸温度为400°C。所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下拉伸强度为5. 3GPa;初始模量为163GPa;断裂伸长率为4.0%;采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为41MPa。实施例十二1、合成聚合物纺丝原液按TPC PDA PRM = 10 2 8 摩尔配比，先将 21. 6g 的 PDA 和 209. 6g 的 PRM 两种二胺单体加入6. SKg的N-甲基吡咯烷酮和0. 27Kg的氯化锂溶剂体系中，然后在氮气 保护下搅拌使PDA和PRM全部溶解，将体系降温至0 5°C范围内，再将203. Og的TPC分三 批加入体系中并搅拌，使之在氮气气氛条件下于20°C继续反应2-3小时，得到粘稠的聚合 物均相溶液即聚合物纺丝原液。原液中聚合物的固含量为6%，其特性粘数为6. OdL/g。2、原液纺丝将所获聚合物均相溶液通过过滤、脱泡、按常规的干/湿法纺丝工艺进行纺丝，然 后干燥得芳纶原丝，其中所用喷丝孔数为30 100孔，，孔径0. Imm,喷丝板出口与凝固浴间 的距离即空气浴间距为10毫米；其所用凝固浴为N-甲基吡咯烷酮与水的混合物，其重量比 为30 70，纺丝阶段纤维的拉伸倍率为1.5。3、芳纶原丝的热拉伸后处理将经100°C真空干燥2小时后的原丝束，在5 lOcN/dtex的张力条件下，通过一 道热管的热处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维，热拉伸温度为400°C。所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下拉伸强度为5.5GPa;初始模量为160GPa;断裂伸长率为4. 8%;
采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为42MPa。实施例十三1、合成聚合物纺丝原液 按TPC PDA PRM = 10 2 8 摩尔配比，先将 21. 6g 的 PDA 和 209. 6g 的 PRM 两种二胺单体加入5. OKg 二甲基乙酰胺和0. 20Kg的氯化锂溶剂体系中，然后在氮气保护下 搅拌使PDA和PRM全部溶解，将体系降温至0 5°C范围内，再将203. Og的TPC分三批加入 体系中并搅拌，使之在氮气气氛条件下于15°C继续反应2-3小时，得到粘稠的聚合物均相 溶液即聚合物纺丝原液。原液中聚合物的固含量为8%，其特性粘数为5. 9dL/g。2、原液纺丝将所获聚合物均相溶液通过过滤、脱泡、按常规的湿法纺丝工艺进行纺丝，然后干 燥得芳纶原丝，其中所用喷丝孔数为30 100孔，，孔径0. Imm ；其所用凝固浴为二甲基乙 酰胺与水的混合物，其重量比为60 40，纺丝阶段纤维的拉伸倍率为1.5。3、芳纶原丝的热拉伸后处理将经100°C真空干燥2小时后的原丝束，在5 lOcN/dtex的张力条件下，通过一 道热管的热处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维，热拉伸温度为450°C。所获得的含嘧啶结构的芳纶纤维束丝性能如下拉伸强度为5.4GPa;初始模量为1628GPa ；断裂伸长率为5.0%;采用本实施例所得纤维制备的环氧基复合材料层间剪切强度为42MPa。需要说明的是，上述实施例中环氧基复合材料层间剪切强度采用的是NOL环的方 法，基体树脂为环氧树脂体系。上述实施例所得含嘧啶结构的芳纶纤维大分子链含有嘧啶结构，其红外光谱在 波数1344 1359CHT1范围内有C-N键的伸缩振动吸收峰，在1700 1650CHT1和3500 ZSOOcnT1有酰胺键的吸收峰。对比例公开文献等资料显示芳纶II纤维的拉伸强度为2. 8 3. 5GPa，断裂伸长率2. 3
4. 0%。采用与上述实施例相同的制备环氧复合材料工艺，制备的芳纶II纤维环氧基复合 材料层间剪切强度为28 30MPa。
权利要求
一种含嘧啶结构的芳纶纤维，其特征在于该纤维的聚合物纺丝原液是由对苯二甲酰氯、对苯二胺和2，5-二(4-氨基苯)嘧啶在溶剂体系中聚合而成；该纤维大分子链含有嘧啶结构，其红外光谱在波数1344～1359cm-1范围内有C-N键的伸缩振动吸收峰，在1700～1650cm-1和3500～2800cm-1有酰胺键的吸收峰，该纤维的拉伸强度为4.9～5.5GPa，初始模量为140～170GPa，断裂伸长率为3～5％。
2.根据权利要求1所述的含嘧啶结构的芳纶纤维，其特征在于所述对苯二甲酰氯的 摩尔数等于对苯二胺和2，5-二(4-氨基苯)嘧啶摩尔数的总和，其中对苯二胺与2，5-二 (4-氨基苯)嘧啶的摩尔配比为(80 20) (20 80)，纺丝原液的聚合物固含量为 3-8wt%。
3.根据权利要求1所述的含嘧啶结构的芳纶纤维，其特征在于所述溶剂体系为N-甲 基吡咯烷酮/氯化锂或二甲基乙酰胺/氯化锂，氯化锂用量为所用溶剂N-甲基吡咯烷酮或 二甲基乙酰胺重量的3wt% 5wt%。
4.根据权利要求1所述的含嘧啶结构的芳纶纤维，其特征在于所述聚合物纺丝原液 的聚合温度为0-20°C。
5.一种权利要求1所述的含嘧啶结构的芳纶纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)合成聚合物纺丝原液先将对苯二胺、2，5-二(4-氨基苯)嘧啶，加入到溶剂体系 中，然后在温度0-10°C条件下加入对苯二甲酰氯，在10-20°C条件下继续搅拌聚合反应2 3小时后获得均相的聚合物纺丝原液，聚合物纺丝原液的聚合物固含量为3-8wt% ；(2)纺丝将上一步所得聚合物纺丝原液经过滤、脱泡、纺丝、干燥得到含嘧啶结构的 芳纶原丝；(3)将所得芳纶原丝经热拉伸处理即得含嘧啶结构的芳纶纤维。
6.根据权利要求5所述的含嘧啶结构的芳纶纤维的制备方法，其特征在于在合成聚 合物纺丝原液的原料中，对苯二甲酰氯的摩尔数等于对苯二胺和2，5-二(4-氨基苯)嘧啶 摩尔数的总和，其中对苯二胺与2，5_二(4-氨基苯)嘧啶的摩尔配比为(80 20) (20 80)。
7.根据权利要求5所述的含嘧啶结构的芳纶纤维的制备方法，其特征在于合成聚合 物纺丝原液时采用的溶剂体系为N-甲基吡咯烷酮/氯化锂或二甲基乙酰胺/氯化锂，氯化 锂用量为所用溶剂重量的3wt% 5wt%。
8.根据权利要求5所述的含嘧啶结构的芳纶纤维的制备方法，其特征在于在所述第 (2)步采用湿法或干/湿法纺丝，凝固浴为N-甲基吡咯烷酮/水或二甲基乙酰胺/水体系， 其中N-甲基吡咯烷酮与水或二甲基乙酰胺与水的重量比为(60 30) (40 70)。
9.根据权利要求5所述的含嘧啶结构的芳纶纤维的制备方法，其特征在于在所述第 ⑵步采用干/湿法纺丝，喷丝板出口与凝固浴液面间的距离即空气浴间距为6 10毫米。
10.根据权利要求5所述的含嘧啶结构的芳纶纤维的制备方法，其特征在于所述芳纶 原丝在350-450°C温度范围内进行热拉伸处理。
全文摘要
本发明为一种含嘧啶结构的芳纶纤维及其制备方法。本发明以对苯二甲酰氯、对苯二胺和2，5-二(4-氨基苯)嘧啶型二胺为单体，在溶剂体系中采用低温共聚的方式得到均相的聚合物原液，原液直接经过滤、脱泡、纺丝、干燥、热拉伸处理等工艺得到高强高模改性芳纶纤维。本发明的芳纶纤维大分子链含嘧啶结构，其红外光谱在波数1344～1359cm-1范围内有C-N键的伸缩振动吸收峰，在1700～1650cm-1和3500～2800cm-1有酰胺键的吸收峰，其拉伸强度为4.9～5.5GPa，初始模量140～170GPa，断裂伸长率3-5％。本发明所提供的纤维力学强度高、复合性能好，本发明提供的方法工艺简单。本发明具有广阔的应用前景。
文档编号D01F6/80GK101857979SQ201010192650
公开日2010年10月13日 申请日期2010年6月4日 优先权日2010年6月4日
发明者侯庆华, 戴玲, 连宏光, 陈丹红 申请人:深圳市中晟创新科技有限公司