專利名稱：一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴裝置的制作方法
一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴裝置技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及PBO纖維技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種制備聚亞苯基苯并二 噁唑(PBO)纖維的梯度凝固浴裝置。
背景技術(shù)：
聚苯撐苯并二噁唑(簡稱PBO)是由有機(jī)芳環(huán)組成的剛性棒狀液晶高分 子，PBO纖維具有低密度，高強(qiáng)高模以及極高的耐熱和化學(xué)穩(wěn)定性等綜合性 能，被稱為二十一世紀(jì)超級(jí)有機(jī)纖維，在航空航天、高技術(shù)裝備等很多領(lǐng)域 有廣闊的應(yīng)用前景。
PBO紡絲液主要由溶劑多聚磷酸和聚合物PBO組成。紡絲液中聚合物的 濃度主要受到聚合物溶解度和紡絲液粘度等實(shí)際因素的限制。只有當(dāng)聚合物 濃度高于形成液晶態(tài)所需的臨界濃度，使其處于液晶態(tài)下進(jìn)行紡絲，并且在 較高的拉伸比下，才能獲得大分子鏈伸展度高、有序結(jié)構(gòu)尺寸較大的PBO纖 維。
PBO通常是采用PPA為溶劑的干噴濕紡工藝進(jìn)行液晶紡絲的。目前PBO 聚合物的主要制備方法為預(yù)聚合和后聚合相結(jié)合的方法。在預(yù)聚合釜中按配 比加入多聚磷酸，五氧化二磷，4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽和對(duì)苯二甲酸，在 一定溫度下，脫除氯化氫氣體后，逐步升溫至160 180'C，反應(yīng)12 24小時(shí) 后，將預(yù)聚物料轉(zhuǎn)移至雙螺桿反應(yīng)器進(jìn)行后聚合，得到符合要求的PBO紡絲 原液。由計(jì)量泵定量輸送到紡絲組件。PBO聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 20%的PPA紡絲液于150 200。C經(jīng)噴絲板擠出(噴絲孔直徑為0.15 0.30mm)，通 過50 300cm氣隙層拉伸后進(jìn)入凝固浴，拉伸比控制在10 50，經(jīng)100 300 米左右的洗程，40 5(TC水洗溫度下漂洗，干燥后得到PBO原絲(AS)，在 550 65(TC進(jìn)行熱處理則得到高模PBO纖維(HM)。文獻(xiàn)中有大量的關(guān)于改 進(jìn)紡絲設(shè)備，快速干燥，優(yōu)化后處理的構(gòu)想。Katsuya Tani等人認(rèn)為PBO的 特性粘數(shù)在22 45dl/g (溶劑為MSA， 25°C，濃度為0.05g/dl)對(duì)紡絲有利， Alexander等人認(rèn)為紡絲液中聚合物濃度最好在14 20wt^范圍內(nèi)，體系中 P205的含量最好為80 86wt%。
紡絲工藝直接影響纖維的結(jié)構(gòu)和性能，在纖維成型過程中，纖維的凝固 浴條件是非常重要的，凝固浴的濃度、溫度、時(shí)間等，都直接影響纖維的取 向度及纖維內(nèi)的溶劑含量，凝固浴條件如濃度過高或過低，均會(huì)導(dǎo)致PBO纖 維的質(zhì)量下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備聚亞苯基苯并二 噁唑(PBO)纖維的梯度凝固浴裝置。
本發(fā)明的原理是凝固浴中磷酸濃度過低導(dǎo)致纖維凝結(jié)速度過快，纖維一 進(jìn)入凝固浴表層馬上固化，并達(dá)到一定厚度，而此時(shí)單絲內(nèi)部還有一定溫度， 處于較軟的半固化流體，由外力所施加的張力得到松弛，內(nèi)部大分子就發(fā)生 了解取向，容易產(chǎn)生較多纖維缺陷，而且由于皮層較厚導(dǎo)致內(nèi)部的溶劑較難 擴(kuò)散洗脫出來；凝固浴中磷酸濃度過高，纖維凝固趨于緩和，凝固不夠充分， 達(dá)不到一定強(qiáng)度，在速度較快的情況下，容易斷絲；同時(shí)由于溶劑擴(kuò)散的濃 度推動(dòng)力較小，纖維中的磷酸溶劑殘留量較大，使纖維品質(zhì)下降；因此，凝固浴的濃度是關(guān)系到凝固速度與纖維成型結(jié)構(gòu)以及纖維殘余溶劑含量的重要 工藝參數(shù)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的-
一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴裝置，其含有凝固浴槽 和導(dǎo)絲輥；導(dǎo)絲輥設(shè)在凝固浴槽內(nèi)，凝固浴槽的連接方式為兩種平面串聯(lián) 組合式方式或階梯組合式；平面串聯(lián)組合式方式是指將凝固浴槽安放在同一 水平面及直線上首尾相連；階梯組合式是指凝固浴槽連接方式是將凝固浴槽 上下梯形疊放；
所述的凝固浴槽的材質(zhì)要耐酸、耐腐蝕；凝固浴的工作溫度為0 3(TC， 凝固浴槽長度為2 5米；盡管繼續(xù)增加凝固浴槽的臺(tái)數(shù)也是可行的，但是更 多的凝固浴槽其占用空間較大，而且對(duì)纖維凝固效果的改進(jìn)隨著凝固浴槽的 增加而變得越來越不明顯；因此，選擇三臺(tái)至八臺(tái)凝固浴槽的組合最為合理；
凝固浴槽組的組合方式有兩種， 一種是平面串聯(lián)組合式，是將凝固浴槽 安放在同一水平面及直線上首尾相連，其中相鄰兩個(gè)凝固浴水槽軸線之間的 夾角為O。 180° ，優(yōu)選為0。和180° ，當(dāng)角度不為O。和180°時(shí)，其中 間只要加上轉(zhuǎn)向的裝置就可以了；另一種是階梯組合式，是將凝固浴槽上下 梯形疊放，上下凝固浴水槽處于同一垂直平面，節(jié)省場地。采取何種組合方 式取決于實(shí)施方擺放該凝固浴裝置的場地大小和平面或空間位置是否允許；
凝固浴槽的工作溫度是0 30°C，凝固浴濃度范圍可以為0% 40%，各
凝固浴槽中凝固浴濃度沿工藝方向呈現(xiàn)梯度下降趨勢(shì)，使纖維成型過程緩和， 纖維皮層固化速度趨緩，纖維可在凝固浴中進(jìn)一步拉伸，提高取向度，增加 擴(kuò)散的濃度推動(dòng)力，最大程度地除去纖維內(nèi)部的溶劑；
在PBO纖維成型過程中，凝固浴的濃度和溫度以及拉伸速度是影響PBO纖維質(zhì)量的重要因素；采用本發(fā)明的梯度凝固浴裝置，可控制PBO纖維的凝 固成型速度和溶劑的擴(kuò)散速度，獲得高品質(zhì)的PBO纖維。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是
本發(fā)明具有生產(chǎn)工藝簡單、操作簡單、凝固工藝條件根據(jù)紡絲速度靈活 可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化操作。


圖1本發(fā)明的實(shí)施例1的凝固浴槽組合裝置示意圖； 圖2本發(fā)明的實(shí)施例2的凝固浴槽組合裝置示意圖。 附圖中的標(biāo)號(hào)分別為1、凝固浴槽，2、導(dǎo)絲輥。
具體實(shí)施方式
以下提供本發(fā)明一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固裝置的具 體實(shí)施方式。
實(shí)施例l
請(qǐng)參見附圖1，本發(fā)明的一種制備PBO纖維的梯度凝固浴裝置是由五臺(tái) 凝固浴槽1和導(dǎo)絲輥2組成，凝固浴槽長度為2米，各凝固浴槽首尾相接， 直線排列；其中凝固浴的工作溫度為30°C，凝固浴槽中凝固浴酸濃度依次為 30%， 20%， 10%， 5%和0% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，紡絲速度為30米/分鐘。
本實(shí)施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.66%。
實(shí)施例2請(qǐng)參見附圖2，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是凝固浴槽組合方式是上下 階梯組合式；其它與實(shí)施例l相同。
本實(shí)施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.63%。
實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例2不同的是采用3個(gè)凝固浴槽，每個(gè)槽長度為3米， 凝固浴槽中凝固浴酸濃度依次為30%, 15%和0% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，其它與實(shí)施 例2相同。
本實(shí)施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.78%。 實(shí)施例4
本實(shí)施例與實(shí)施例3不同的是凝固浴槽中凝固浴酸濃度依次為20%, 10°/。和0% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，其它與實(shí)施例3相同。
本實(shí)施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.59%。
實(shí)施例5
本實(shí)施例與實(shí)施例3不同的是紡絲速度為50米/分鐘，其它與實(shí)施例3 相同。
本實(shí)施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.61%。 實(shí)施例6
本實(shí)施例與實(shí)施例3不同的是紡絲速度為70米/分鐘，其它與實(shí)施例3 相同。本實(shí)施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.34%。 實(shí)施例7
本實(shí)施例與實(shí)施例3不同的是凝固浴槽中凝固浴的溫度為15°C，其它 與實(shí)施例3相同。
本實(shí)施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.48%。
實(shí)施例8
本實(shí)施例與實(shí)施例3不同的是凝固浴槽中凝固浴的溫度為5x:,其它與
實(shí)施例3相同。
本實(shí)施例得到的PBO纖維的通過梯度凝固浴后的磷含量為1.58%。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾， 這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴裝置，其含有凝固浴槽和導(dǎo)絲輥；其特征在于，導(dǎo)絲輥設(shè)在凝固浴槽內(nèi)，凝固浴槽的連接方式為兩種平面串聯(lián)組合式方式或階梯組合式；所述的平面串聯(lián)組合式方式是指將凝固浴槽安放在同一水平面及直線上首尾相連；所述的階梯組合式是指凝固浴槽連接方式是將凝固浴槽上下梯形疊放。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴 裝置，其特征在于，所述的凝固浴槽的材質(zhì)為耐酸和耐腐蝕。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴 裝置，其特征在于，所述的凝固浴槽長度為2 5米。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固、浴 裝置，其特征在于，所述的凝固浴槽的數(shù)目為3 8臺(tái)。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴 裝置，其特征在于，凝固浴槽的工作溫度是0 3(TC，各凝固浴槽中凝固浴濃 度沿工藝方向呈現(xiàn)梯度下降趨勢(shì)；凝固浴濃度范圍為0% 40%。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴 裝置，其特征在于，在凝固浴槽平面串聯(lián)組合式中，相鄰兩個(gè)凝固浴水槽軸 線之間的夾角為0。 180° 。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴 裝置，其特征在于，在凝固浴槽平面串聯(lián)組合式中，相鄰兩個(gè)凝固浴水槽軸 線之間的夾角為0?；蛘?80° 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備聚亞苯基苯并二噁唑纖維的梯度凝固浴裝置，其含有凝固浴槽和導(dǎo)絲輥；導(dǎo)絲輥設(shè)在凝固浴槽內(nèi)，凝固浴槽的連接方式為兩種平面串聯(lián)組合式方式和階梯組合式；平面串聯(lián)組合式方式是指將凝固浴槽安放在同一水平面及直線上首尾相連；階梯組合式是指凝固浴槽連接方式是將凝固浴槽上下梯形疊放。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為生產(chǎn)工藝簡單、操作簡單、凝固工藝條件根據(jù)紡絲速度靈活可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化操作。
文檔編號(hào)D01D13/02GK101608347SQ20091005501
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者劉小云, 劉榮彪, 莊啟昕, 李欣欣, 樊黎虹, 軍 錢, 韓哲文 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)