專利名稱：耐紫外的pbo纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PBO纖維，具體涉及一種耐紫外的PBO纖維。
技術(shù)背景聚對苯撐苯并二噁唑纖維，(簡稱PBO纖維，下同)是目前高性能纖 維領(lǐng)域中，綜合性能最為優(yōu)異的高性能纖維之一，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、 耐熱、阻燃性能、耐溶劑性能等。如以PBO纖維"Zykm^'為例，其拉伸強(qiáng) 度為5.8GPa，拉伸模量為300GPa，分別是PPTA纖維的兩倍，Zylon還具 有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性(熱分解溫度高達(dá)650°C)和阻燃性(LOI = 68)。 PBO 纖維在航空航天、防護(hù)材料、國防軍事、運(yùn)動器材等方面有十分廣闊的應(yīng) 用前景和重要的應(yīng)用價(jià)值，有著其它材料不可替代的作用。然而PBO纖維 并非盡善盡美，其壓縮強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)模量等仍顯不足；尤其重要的是它的紫 外光穩(wěn)定性能較差，如有報(bào)道PBO纖維在紫外光下照射450小時(shí)后其拉伸 強(qiáng)度下降了 98% (E. Orndoff, Technical Memorandum 104814, NASA, Lyndon B. Johnson space center, Texas, 1995)，亦有研究報(bào)道Zylon 纖維在紫外光下 照射100小時(shí)后拉伸強(qiáng)度損失了 80%， 130小時(shí)后強(qiáng)度損失達(dá)到了 85。％ (M.A. Said et al. Advances in Space Research , 2006, 37: 2056)，這極大地影 響或限制了 PBO纖維在先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種耐紫外的PBO纖維及其制備方 法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。本發(fā)明的耐紫外的PBO纖維的制備方法，包括如下步驟將4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽(簡稱DAR，下同)，對苯二甲酸(簡稱 TA，下同)，五氧化二磷(簡稱P20s，下同)，多聚磷酸(簡稱PPA，下同)， 在惰性氣體保護(hù)下，加熱溶解，然后在0.2-1.0MPa下，110-12(TC反應(yīng)5-7 小時(shí)，撤除反應(yīng)釜內(nèi)壓力，脫除反應(yīng)過程中產(chǎn)生的HC1，然后加入預(yù)先分 散在PPA (多聚磷酸)和的納米Ti02的混合物，在140-150。C和20-100Pa 的真空下反應(yīng)6-7小時(shí)，然后將反應(yīng)產(chǎn)物采用雙螺桿或單螺桿擠出機(jī)擠出， 采用干噴濕紡工藝制得耐紫外的PBO纖維。各個原料的重量份數(shù)如下4,6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽 0.09 0.1份對苯二甲酸 0.07 0.08份五氧化二磷 0.25 0.4份多聚磷酸 0.4 0.55份PPA和納米Ti02的混合物 0.04 0.08份；PPA和納米Ti02的混合物中，納米Ti02的重量百分比為0.5 4%。 所說的納米Ti02的粒徑為10-30nm，納米1102優(yōu)選為金紅石型或銳鈦 礦型納米Ti02中的一種以上，最好為金紅石型。本發(fā)明在PBO聚合過程中添加一定含量的納米二氧化鈦，通過原位聚 合得到復(fù)合材料，本發(fā)明的方法，可以提高PBO纖維的耐紫外性能，以及 提高PBO紡絲溶液的流動性能，進(jìn)而可以提高紡絲過程中纖維的巻繞速度， 由此可以進(jìn)一步提高纖維的力學(xué)性能，為改善和提高PBO纖維及其復(fù)合材 料的光穩(wěn)定性能提供一種新的途徑。
具體實(shí)施方式
對比例1采用如專利ZL02160543.2中實(shí)施例3所公開的方法，在帶有雙螺旋攪 拌器的2000ml反應(yīng)釜中依次加入U(xiǎn)4.9g 4,6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽 (DAR)、 616.4g購買的P2(V濃度為80重量％的多聚磷酸(PPA)， 89.55g 粒徑為5微米的對苯二甲酸(TA)和290.4gP2Os，密閉反應(yīng)釜，通入氮?dú)?保護(hù)，啟動攪拌器，轉(zhuǎn)速為80rpm。將反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)物料升溫至5(TC保持1小時(shí)，使物料初步混合，再緩 慢升溫至65"C，保持1小時(shí)使物料進(jìn)一步溶解。向反應(yīng)釜內(nèi)充入干燥的惰性氣體，使反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到0，4MPa，同時(shí) 升溫至11(TC，保持7小時(shí)，打開卸壓閥，撤除反應(yīng)釜內(nèi)壓力。再將反應(yīng)物料升溫至15(TC并抽真空至20Pa反應(yīng)7小時(shí)，使HC1完全 脫除，然后卸除反應(yīng)釜內(nèi)真空，停止攪拌并向反應(yīng)釜內(nèi)充入干燥的惰性氣 體，使反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到0.4MPa，打開出料閥，將物料轉(zhuǎn)移至雙螺桿擠出 機(jī)中，采用噴絲孔直徑為0.3mm，噴絲孔數(shù)為32的噴絲板于175'C進(jìn)行紡 絲，巻繞速度最高為50m/min。所得纖維進(jìn)一步水洗除去殘留的磷酸，于 IO(TC真空烘箱中干燥lh。最后得到金黃色的，纖度為4.8dtex的PBO纖維， 纖維的拉伸強(qiáng)度為3.4GPa，斷裂伸長為5%。將該P(yáng)BO纖維于紫外光下照射IOO小時(shí)后，強(qiáng)度保持率為50%。實(shí)施例1采用如對比例1所述的方法進(jìn)行聚合和紡絲，所不同的是在HC1完全 脫除后，在聚合體系中加入含有0.3787g金紅石型納米Ti02且預(yù)先經(jīng)超聲 分散的納米Ti02/PPA溶液50g，使得納米Ti02的加入量占聚合物質(zhì)量的0.3 %。紡絲過程中巻繞速度最高可達(dá)55m/min，得到的纖維纖度為4.5dtex， 拉伸強(qiáng)度為3.91GPa，斷裂伸長為5.1%將該P(yáng)BO纖維于紫外光下照射100小時(shí)后，強(qiáng)度保持率為75 % 。實(shí)施例2采用如對比例1所述的方法進(jìn)行聚合和紡絲，所不同的是在HC1完全 脫除后，在聚合體系中加入含有1.8935g金紅石型納米Ti02且預(yù)先經(jīng)超聲 分散的納米Ti02/PPA溶液100g，使得納米Ti02的加入量占聚合物質(zhì)量的 1.5%。紡絲過程中巻繞速度最高可達(dá)75m/min，得到的纖維纖度為4.1dtex， 拉伸強(qiáng)度為4.62GPa，斷裂伸長為5.2%。將該P(yáng)BO纖維于紫外光下照射100小時(shí)后，強(qiáng)度保持率為71%。實(shí)施例3采用如對比例1所述的方法進(jìn)行聚合和紡絲，所不同的是在HC1完全 脫除后，在聚合體系中加入含有3.7869g金紅石型納米Ti02且預(yù)先經(jīng)超聲 分散的納米Ti02/PPA溶液100g，使得納米Ti02的加入量占聚合物質(zhì)量的3 %。紡絲過程中巻繞速度最高可達(dá)55m/min，得到的纖維纖度為4dtex，拉 伸強(qiáng)度為3.67GPa，斷裂伸長為5.4%。將該P(yáng)BO纖維于紫外光下照射100小時(shí)后，強(qiáng)度保持率為62%。采用如對比例1所述的方法進(jìn)行聚合和紡絲，所不同的是在HC1完全 脫除后，在聚合體系中加入含有0.3787g混合型納米Ti02且預(yù)先經(jīng)超聲分 散的納米Ti02/PPA溶液50g，使得納米Ti02的加入量占聚合物質(zhì)量的0.3 %。紡絲過程中巻繞速度最高可達(dá)55m/min，得到的纖維纖度為3.6dtex， 拉伸強(qiáng)度為3.52GPa，斷裂伸長為5.4%。將該P(yáng)BO纖維于紫外光下照射100小時(shí)后，強(qiáng)度保持率為53% 。
權(quán)利要求
1.一種耐紫外的PBO纖維的制備方法，其特征在于，包括如下步驟將4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽、對苯二甲酸、五氧化二磷和多聚磷酸加熱溶解，然后在0.2-1.0MPa下，110-120℃反應(yīng)5-7小時(shí)，撤除反應(yīng)釜內(nèi)壓力，脫除反應(yīng)過程中產(chǎn)生的HCl，然后加入多聚磷酸和納米TiO2的混合物，在140-150℃和20-100Pa的真空下反應(yīng)6-7小時(shí)，然后將反應(yīng)產(chǎn)物采用雙螺桿或單螺桿擠出機(jī)擠出，采用干噴濕紡工藝制得耐紫外的PBO纖維。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，各個原料的重量份數(shù)如下4,6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽 0.09 0.1份對苯二甲酸 0.07 0.08份五氧化二磷 0.25 0.4份多聚磷酸 0.4 0.55份PPA和納米Ti02的混合物 0.04 0.08份；PPA和納米TiCb的混合物中，納米1102的重量百分比為0.5 4%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的納米Ti02的直徑 為10-30nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，納米Ti02為金紅石型或 銳鈦礦型納米中的一種以上。
5. 采用權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述方法制備的耐紫外的PBO纖維。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種耐紫外的PBO纖維及其制備方法，制備方法包括如下步驟將4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽、對苯二甲酸、五氧化二磷和多聚磷酸加熱溶解，然后在0.2-1.0MPa下，110-120℃反應(yīng)5-7小時(shí)，撤除反應(yīng)釜內(nèi)壓力，脫除反應(yīng)過程中產(chǎn)生的HCl，然后加入多聚磷酸和的納米TiO₂的混合物，在140-150℃和20-100Pa的真空下反應(yīng)6-7小時(shí)，然后制得耐紫外的PBO纖維。本發(fā)明通過原位聚合得到復(fù)合材料，可以提高PBO纖維的耐紫外性能紡絲溶液的流動性能，從而提高卷繞速度，以進(jìn)一步提高纖維的力學(xué)性能。
文檔編號D01F6/88GK101215732SQ200810032210
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月2日
發(fā)明者朱慧君, 光 李, 楊勝林, 江建明, 金俊弘 申請人:東華大學(xué)