专利名称：高强芳纶纤维及其制备方法
技术领域：
本发明涉及材料工程技术领域，特别是涉及一种高强芳纶纤维及其制备方法。
背景技术：
芳香族聚酰胺纤维，俗称芳纶纤维，具有超高强度、高模量、耐酸碱、质量轻等优良性能，是重要的国防军工材料，具有广泛的应用前景。芳纶I即聚对苯甲酰胺纤维，是间位芳纶，由于分子缺乏平面性，结晶度不高，取向度相对较低，所以强度较低，但耐热性好。芳纶II即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，是对位芳纶，由于酰胺键与苯环基团形成共轭结构，内旋位能相当高，成为刚性链大分子结构，分子排列规整，因此分子结晶度和取向度高，所以纤维的强度和模量也高，在军事上有广泛的用途。目前，国内外都在研发第三代芳纶，称为超级芳纶III。第三代芳纶主要是杂环芳纶。在设计第三代芳纶的结构时，杂环部分的含苯基结构会更大，因而结晶度和取向度更高，材料的模量和强度得到了大幅度提高(超级芳纶III的强度达到4.5GPa，芳纶II 一般为2.5 2.8GPa)。芳纶IIJII代共同的问题是，苯环间的主链都是由一个共价键连接起来的，这是分子的脆弱部分，是首先开始断裂的部位，这影响了芳纶的强度，如果在苯环分子之间设计两条链连接，其强度会大幅度增加。到目前为止，尚无相关研究报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强芳纶纤维及其制备方法。本发明合成了一种新型高分子聚合物——聚1，4对苯二甲酰2，5对苯二胺，并通过液晶纺丝得到高强芳纶纤维，强度可达到5.0 GPa0这种聚合物具有更高的平面性，产生更多的结晶区，同时苯环分子间有两个共价键相连，因此具有更高的模量和强力。本发明的原理是:提高纤维的结晶度和取向度能够提高纤维的强力和模量。本发明克服了芳纶I1、ΠΙ代苯环间的主链都是由一个共价键连接起来的缺陷，在苯环分子之间设计了两条链连接，在设计的分子结构中，两个苯环之间实际上是一个八元环，化学结构很稳定。由于两个苯环基团之间有两条链连接，基团之间完全不能旋转，所以分子的平面性比芳纶II更高，制成的纤维结晶度更高，取向度更高。从分子结构上看，分子链在强外力作用下发生断裂时，首先开始断裂的是连接苯环分子之间的单链，因此在苯环分子之间设计两条链连接，其强度会大幅度增加。本发明所述的一种高强芳纶纤维——聚1，4对苯二甲酰2，5对苯二胺纤维，其结构式为:
权利要求
1.一种高强芳纶纤维，其特征在于其化学名为聚1，4对苯二甲酰2，5对苯二胺，其结构式为:
2.权利要求1所述的一种高强芳纶纤维一聚1，4对苯二甲酰2，5对苯二胺纤维的制备方法，其特征在于通过以下步骤实现: (1)将2，5二胺对二甲苯溶解于冰醋酸中，2，5 二胺对二甲苯与冰醋酸的质量体积比为Ig:20mL，然后加入醋酸酐，2，5 二胺对二甲苯与醋酸酐的质量体积比为Ig:3.4mL，反应30min后过滤，得到对苯二乙酰胺对二甲苯； (2)将对苯二乙酰胺对二甲苯加入水中，对苯二乙酰胺对二甲苯与水的质量体积比为Ig:4(T50mL，并按对苯二乙酰胺对二甲苯与高锰酸钾的质量比为1:4.2^4.6的比例加入高锰酸钾，于90°C反应4tTl2h后，加入稀盐酸调节pH至5飞将产物析出，过滤得到2，5对苯二乙酰胺对苯二甲酸； (3)将2，5对苯二乙酰胺对苯二甲酸溶于质量比浓度为10%的氢氧化钠溶液中，使用氮气为保护气，回流反应12h，然后加入稀盐酸调节pH至5飞，经过滤、蒸馏水冲洗、烘干得到单体2，5 二胺对苯二甲酸；然后按常规方法将单体2，5 二胺对苯二甲酸溶解于浓硫酸中反应，聚合后采用液晶纺丝得到芳纶纤维。
全文摘要
一种高强芳纶纤维——聚1,4对苯二甲酰2,5对苯二胺纤维，以2,5二胺对二甲苯为原料，通过酰胺化、氧化、水解三步得到2,5二胺对苯二甲酸单体，再采用常规浓硫酸催化法聚合，并通过液晶纺丝得到。聚1,4对苯二甲酰2,5对苯二胺具有很好的平面性，因此制成的纤维具有很高的结晶度和取向度；苯环之间有两条短链相连，增加了脆弱部分的强力，因此该芳纶纤维具有很高的强度，最高可达到5GPa。
文档编号D01F6/60GK103147153SQ201310098558
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者张光先, 胡玮, 张凤秀, 钟玲 申请人:西南大学