一种横向增强的PBO纤维的制备方法与流程

本发明涉及pbo纤维制备，具体涉及一种横向增强的pbo纤维的制备方法。

背景技术：

1、pbo作为21世纪超性能纤维，具有十分优异的物理机械性能和化学性能，其强力、模量为kevlar(凯夫拉)纤维的2倍并兼有间位芳纶耐热阻燃的性能，而且物理化学性能完全超过迄今在高性能纤维领域处于领先地位的kevlar纤维。

2、pbo纤维的分子链是棒状，有高度纵向结晶性，故拉伸强度较高，但是pbo纤维的横向强度较低，加上纤维加工过程中的皮芯结构缺陷，导致pbo纤维易于发生纵向劈裂，pbo纤维的压缩性能较差，为此我们提供一种横向增强的pbo纤维的制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有的pbo纤维制备过程中存在的问题，本发明在横向增强的pbo纤维的制备方法中引入2-羧基-5-羟基吡啶，可以提供形成氢键的锚点量，并在预聚合发生后，对-r集团中的醛进行加氢还原反应，生成的羟基可以在分子链之间形成氢键，加强pbo纤维分子链间的结合强度，从而提高纤维的横向强度。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种横向增强的pbo纤维的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤（a）、原料准备：

5、按质量配比称取第一单体8-18%、五氧化二磷0.5-2%、第二单体6-15%、第三单体0.5-5%、多聚磷酸50-85%、固相催化剂0.03-0.1%、聚邻苯二甲酰胺0.5-2%；

6、步骤（b）、脱气预聚：

7、将全部质量配比的第一单体、五氧化二磷、第三单体、总质量配比80-90%的第二单体和总质量配比70-90%的多聚磷酸加入到脱气反应釜中进行反应，并在脱气条件下不断搅拌，获得预聚体；

8、步骤（c）、加氢还原：

9、向脱气反应釜中加入固相催化剂，并搅拌150-300rpm，然后通入氢气，脱气反应釜维持在一定压力条件下，并反应4-10h，然后抽真空条件下静置脱泡一段时间后，获得预聚物；

10、步骤（d）、tpa配浆：

11、将剩余质量配比的第二单体、多聚磷酸和全部质量配比的聚邻苯二甲酰胺在一定温度条件下混合配制，获得tpa浆液；

12、步骤（e）、后聚合：

13、将步骤（c）获得的预聚物在保热条件下通过滤网进行过滤处理，然后将过滤后的预聚物与步骤（d）获得的tpa浆液混合后进入双螺杆挤出机继续聚合，控制最终五氧化二磷浓度在75-90%之间，获得pbo聚合液；

14、步骤（f）、纺丝成型：

15、纺丝前，将pbo聚合液通过烛芯过滤器进行过滤，将过滤后的pbo聚合液通过纺丝工艺成型，获得横向增强的pbo纤维。

16、优选的，步骤（a）中，

17、所述第一单体为4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐；

18、所述第二单体为对苯二甲酸的衍生物；

19、所述第三单体为2-羧基-5-羟基吡啶。

20、优选的，步骤（a）中，

21、所述固相催化剂包括催化剂和助剂；

22、其中，所述催化剂占所述固相催化剂总质量的60-80%，所述助剂占所述固相催化剂总质量的20-40%；

23、且所述固相催化剂占所述第一单体和所述第二单体总质量的0.03-0.08%。

24、优选的，所述催化剂为mo-ni或mo-co；

25、所述助剂为si或p。

26、优选的，步骤（b）、脱气预聚，具体包括如下步骤：

27、（b1），将全部质量配比的第一单体、五氧化二磷、第三单体、总质量配比80-90%的第二单体和总质量配比70-90%的多聚磷酸加入到脱气反应釜中，并在50-150℃的温度条件下反应15-24h；

28、（b2），脱气反应釜在脱气条件下，保持脱气反应釜内压强在20-50pa，并以50-100rpm的搅拌速度搅拌3-8h，获得特性粘度为2-8dl/g的预聚体。

29、优选的，步骤（c）、加氢还原，具体包括如下步骤：

30、（c1），向脱气反应釜中加入固相催化剂总质量60-80%的催化剂和20-40%的助剂，并搅拌150-300rpm；

31、（c2），在40-80℃的温度条件下通入氢气，脱气反应釜维持在3-4mpa的压力条件下，并反应4-10h；

32、（c3），然后抽真空条件下，保持压强30-40pa，静置脱泡10-20h后，获得特性粘度为3-8dl/g的预聚物。

33、优选的，步骤（d）中，第二单体和聚邻苯二甲酰胺混合配制时的温度为80-100℃。

34、优选的，步骤（e）、后聚合，具体包括如下步骤：

35、（e1），将步骤（c3）中获得的预聚物在保热条件下通过滤网进行过滤处理，获得过滤后的预聚物；

36、（e2），然后将过滤后的预聚物与步骤（d）获得的tpa浆液混合后进入双螺杆挤出机继续聚合，保持温度为180-300℃，此时第一单体和第二单体总摩尔比为1-1.2：1，2-羧基-5-羟基吡啶的总质量占第一单体和第二单体总摩尔的2~5%；

37、（e3），控制最终五氧化二磷浓度在75-90%之间，获得特性粘度为20-30dl/g的pbo聚合液。

38、优选的，步骤（e1）中，所述滤网为100-200目的滤网。

39、优选的，步骤（f）、纺丝成型，具体包括如下步骤：

40、（f1），纺丝前，将步骤（e3）获得pbo聚合液通过滤芯最小孔径为30微米的烛芯过滤器进行过滤，获得过滤后的pbo聚合液；

41、（f2），将过滤后的pbo聚合液通过纺丝工艺成型，获得横向增强的pbo纤维。

42、本发明的有益效果是：本发明在横向增强的pbo纤维的制备方法中引入2-羧基-5-羟基吡啶，可以提供形成氢键的锚点量，并在预聚合发生后，对-r集团中的醛进行加氢还原反应，生成的羟基可以在分子链之间形成氢键，加强pbo纤维分子链间的结合强度，从而提高纤维的横向强度。

技术特征：

1.一种横向增强的pbo纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种横向增强的pbo纤维的制备方法，其特征在于：步骤（a）中，

3.根据权利要求2所述的一种横向增强的pbo纤维的制备方法，其特征在于：步骤（a）中，

4.根据权利要求3所述的一种横向增强的pbo纤维的制备方法，其特征在于：所述催化剂为mo-ni或mo-co；

5.根据权利要求4所述的一种横向增强的pbo纤维的制备方法，其特征在于：步骤（b）、脱气预聚，具体包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种横向增强的pbo纤维的制备方法，其特征在于：步骤（c）、加氢还原，具体包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种横向增强的pbo纤维的制备方法，其特征在于：步骤（d）中，第二单体和聚邻苯二甲酰胺混合配制时的温度为80-100℃。

8.根据权利要求7所述的一种横向增强的pbo纤维的制备方法，其特征在于：步骤（e）、后聚合，具体包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种横向增强的pbo纤维的制备方法，其特征在于：步骤（e1）中，所述滤网为100-200目的滤网。

10.根据权利要求9所述的一种横向增强的pbo纤维的制备方法，其特征在于：步骤（f）、纺丝成型，具体包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种横向增强的PBO纤维的制备方法，包括如下步骤：原料准备；脱气预聚；加氢还原；TPA配浆；后聚合；纺丝成型；本发明在横向增强的PBO纤维的制备方法中引入2‑羧基‑5‑羟基吡啶，可以提供形成氢键的锚点量，并在预聚合发生后，对‑R集团中的醛进行加氢还原反应，生成的羟基可以在分子链之间形成氢键，加强PBO纤维分子链间的结合强度，从而提高纤维的横向强度。

技术研发人员：郭旭,孙攀,步梦安
受保护的技术使用者：江苏亨博复合材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15