專利名稱：一種高性能纖維及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高性能纖維技術，具體說是一種具有耐高溫、阻燃、耐化學試劑、低蠕變性能的纖維及其低成本、環(huán)保性的制備方法。
背景技術：
高性能纖維是具有高強度、高模量、耐高溫、耐氣候、耐化學試劑等纖維的統(tǒng)稱。聚四氟乙烯(PTFE)具有耐高溫、阻燃、耐化學試劑等性能，是一種高性能纖維，但其抗蠕變性較差，蠕變率達到60%。PTFE的C-C主鏈四周的一層氟原子外殼，起著屏蔽作用，阻礙了各種試劑的侵入，在300°C以下沒有一種溶劑能夠使其溶解，并且由于PTFE的摩爾質量一般大于> 107g/mol，同時由于PTFE分子鏈中沒有支鏈，結晶速率極快，PTFE具有極高的結晶度( 80% )和熔融粘度，即使加熱到熔點(327°C )以上，PTFE也只是形成凝膠態(tài)，呈現(xiàn) > IO11Pa. s的極高熔融粘度而不能流動，同時伴隨聚四氟乙烯的分解會放出高腐蝕性的氟化氫氣體。因此，聚四氟乙烯纖維無法采用常規(guī)濕法和熔融紡絲工藝制備，目前制備PTFE 纖維的方法主要有(1)基質紡絲法，US 2772444和US 3242120公開了將PTFE乳液與粘膠(Rayon)或聚乙烯醇溶液中的一種基質進行混合，經(jīng)濕紡、酸洗后，制成PTFE含量很高的基質長絲，再通過分子取向和凝結整理加工成連續(xù)的長絲，同時經(jīng)高溫加熱將基質炭化，實現(xiàn)Ρ Ε顆粒熔結，再經(jīng)高倍牽伸后獲得褐色纖維；(2)潤滑劑擠出紡絲法，將PTFE細粉末與潤滑助劑混合，制成坯料，再將其在擠出裝置中擠出薄膜或細條，經(jīng)壓軋工序，去除助劑， CN 100516320C公開了一種噴絲頭組件的設計結構；(3)切割法，US3953566和US 4187390 公開了一種通過切割PTFE膜或片材成矩形截面的細長絲，然后經(jīng)拉伸、柔軟、浸漬、烘干等工序的加工，最后紡成紗。這些方法不但工藝復雜，對設備要求較高，而且不能改變其抗蠕變性差的弱點，同時可能存在高污染性。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明擬解決的技術問題是，提供一種新的高性能纖維及其制備方法，該高性能纖維具有耐高溫、阻燃、耐化學試劑、抗蠕變性能好等特點；該制備方法采用熔融紡絲工藝，適用于常規(guī)設備，制造成本低、工藝相對簡單，并具有環(huán)保性。本發(fā)明解決所述纖維技術問題的技術方案是設計一種高性能纖維，其特征在于該纖維以含氟共聚物為成分I，以耐高溫的、除含氟共聚物以外的其他聚合物為成分II，成分I在纖維中的質量分數(shù)為40 80%，成分II在纖維中的質量分數(shù)為60 20%，經(jīng)熔融紡絲工藝制成纖維；所述含氟共聚物為四氟乙烯與第二單體全氟丙烯、全氟丙基乙烯基醚或2，2-二三氟甲基-4，5-二氟-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯按照99. 95 0. 05 70 30摩爾比共聚所得的無規(guī)共聚物；所述成分II包括聚醚醚酮、改性聚醚醚酮、聚苯硫醚、芳香聚酯、芳香聚酰胺或聚酰亞胺中的至少一種；所述成分II被包裹在成分I之內(nèi)，且纖維的橫截面結構包括海島型、同心圓型或偏心圓型。本發(fā)明解決所述制備方法技術問題的技術方案是設計將成分I和成分II分別經(jīng)真空或沸騰床干燥工藝干燥至含水率彡IOOppm后，再分別經(jīng)單螺桿或雙螺桿擠出機在觀0 400°C下熔融后擠出，進入各自的計量泵，然后分別經(jīng)連接導管送入溫度設定在觀0 400°C的復合紡絲組件中，再分別經(jīng)過濾網(wǎng)和分配板后復合，經(jīng)噴絲板形成紡絲細流，經(jīng)0 50°C的空氣冷卻，以600 lOOOOm/min的速度卷繞，或不經(jīng)卷繞直接收集，得到初生纖維；初生纖維再經(jīng)牽伸、定型、卷曲或加捻常規(guī)纖維加工工藝處理制成長絲，或進一步加工為短纖維；所述噴絲板包括海島型、同心圓型或偏心圓型。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明高性能纖維存在下列特點(1).采用了四氟乙烯與第二單體的共聚物為成分I，由于共聚物中第二單體的存在降低了聚四氟乙烯分子鏈的規(guī)整性， 從而降低了其結晶度、熔融粘度等，使其能夠像常規(guī)聚合物一樣熔融加工，而共聚物以四氟乙烯單體為主保證了共聚物仍具有良好的耐高溫、阻燃和耐化學試劑性能；( .以耐高溫聚合物為成分II，在保證纖維的耐高溫性能的同時，使其具有低蠕變性、低成本的特點； (3).采用海島型、同心圓型或偏心圓型結構，將成分II包覆在成分I內(nèi)部，克服了成分II 耐化學試劑性差的缺點，使纖維具有良好的耐化學試劑性；(4).采用熔融復合紡絲方法制備，具有工藝簡單、污染性低、適用性好，便于工業(yè)化使用等特點。


圖1為本發(fā)明高性能纖維的橫截面結構示意圖。其中，圖1(1)、1 (2)和1(3)分別為橫截面是海島型、同心圓型和偏心圓型的高性能纖維結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及其附圖進一步敘述本發(fā)明本發(fā)明設計的高性能纖維(簡稱纖維)是以全氟共聚物為成分I，以除含氟聚合物以外的耐高溫聚合物為成分II，所述成分I在纖維中的質量分數(shù)為40 80%，成分II在纖維中的質量分數(shù)為60 20%，經(jīng)熔融紡絲工藝制成纖維；所述成分I為四氟乙烯與第二單體全氟丙烯、全氟丙基乙烯基醚或2，2- 二三氟甲基4，5- 二氟-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯單體中的一種按照99. 95 0.05 70 30的摩爾比共聚所得的無規(guī)共聚物；所述成分II 包括聚醚醚酮、聚醚酮咔唑、聚醚酮、聚醚酮酮、聚苯硫醚、芳香聚酯、芳香聚酰胺或聚酰亞胺中的至少一種；所述成分II被包裹在成分I之內(nèi)，且纖維的橫截面結構包括海島型、同心圓型或偏心圓型。本發(fā)明纖維采用的成分I是一種全氟共聚物，具體是以四氟乙烯與第二單體全氟丙烯、全氟丙基乙烯基醚或2，2- 二三氟甲基4，5- 二氟-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯等單體中至少一種、按照99. 95 0.05 70 30摩爾比共聚所得的無規(guī)共聚物。由于共聚物中第二單體的存在降低了聚四氟乙烯分子鏈的規(guī)整性，從而降低了其結晶度、熔融粘度等，使其能夠像常規(guī)聚合物一樣適于熔融加工，而共聚物以四氟乙烯單體為主右保證了共聚物仍具有良好的耐高溫、阻燃和耐化學試劑等性能。幾種全氟共聚物的性能如表1所示。表IPTFE與全氟共聚物的性能表
權利要求
1.一種高性能纖維，其特征在于該纖維以含氟共聚物為成分I，以耐高溫的、除含氟共聚物以外的其他聚合物為成分II，成分I在纖維中的質量分數(shù)為40 80%，成分II在纖維中的質量分數(shù)為60 20%，經(jīng)熔融紡絲工藝制成纖維；所述含氟共聚物為四氟乙烯與第二單體全氟丙烯、全氟丙基乙烯基醚或2，2- 二三氟甲基-4，5- 二氟-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯按照99. 95 0. 05 70 30摩爾比共聚所得的無規(guī)共聚物；所述成分II包括聚醚醚酮、 改性聚醚醚酮、聚苯硫醚、芳香聚酯、芳香聚酰胺或聚酰亞胺中的至少一種；所述成分II被包裹在成分I之內(nèi)，且纖維的橫截面結構包括海島型、同心圓型或偏心圓型。
2.—種權利要求1所述高性能纖維的制備方法，該制備方法采用以下工藝將成分I 和成分II分別經(jīng)真空或沸騰床干燥工藝干燥至含水率彡IOOppm后，再分別經(jīng)單螺桿或雙螺桿擠出機在觀0 400°C下熔融后擠出，進入各自的計量泵，然后分別經(jīng)連接導管送入溫度設定在觀0 400°C的復合紡絲組件中，再分別經(jīng)過濾網(wǎng)和分配板后復合，經(jīng)噴絲板形成紡絲細流，經(jīng)0 50°C的空氣冷卻，以600 lOOOOm/min的速度卷繞，或不經(jīng)卷繞直接收集，得到初生纖維；初生纖維再經(jīng)牽伸、定型、卷曲或加捻常規(guī)纖維加工工藝處理制成長絲， 或進一步加工為短纖維；所述噴絲板包括海島型、同心圓型或偏心圓型。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高性能纖維及其制備方法。該纖維以含氟共聚物為成分I，以耐高溫的其他聚合物為成分II，成分I質量分數(shù)為40～80％，成分II質量分數(shù)為60～20％，經(jīng)熔融紡絲工藝制成纖維；含氟共聚物為四氟乙烯與第二單體全氟丙烯、全氟丙基乙烯基醚或2，2-二三氟甲基-4，5-二氟-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯按照99.95∶0.05～70∶30摩爾比共聚所得的無規(guī)共聚物；成分II包括聚醚醚酮、改性聚醚醚酮、聚苯硫醚、芳香聚酯、芳香聚酰胺或聚酰亞胺中的至少一種；成分II被包裹在成分I之內(nèi)，且纖維的橫截面結構包括海島型、同心圓型或偏心圓型。該制備方法采用熔融紡絲工藝。
文檔編號D01F8/10GK102220662SQ20111012715
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權日2011年5月17日
發(fā)明者劉海輝, 張興祥, 牛建津, 王學晨, 王寧 申請人:天津工業(yè)大學