耐高温高强度聚砜纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种耐高温高强度纤维及其制备方法。本发明专利技术提供一种聚砜纤维的制备方法，所述制备方法为：将聚砜类材料先使用溶剂溶解形成纺丝液，通过喷丝头形成细流，并在细流表面形成微孔结构；然后采用阶梯式升温的方式加热除去溶剂，再经过拉伸与加热的方式使微孔消失，得到聚砜纤维。本发明专利技术的高性能聚砜纤维与传统方法所得纤维相比具有高的机械性能、热稳定性及耐久性；所得聚砜纤维的安全使用温度为205～280℃，室温拉伸强度3.0～5.0g/d。

High temperature and high strength polysulfone fiber and its preparation method

The invention relates to the technical field of polymer materials, in particular to a high temperature resistant and high strength fiber and a preparation method. The present invention provides a method for preparing a polysulfone fiber. The preparation method is as follows: the PSF material using solvent to form spinning solution, the formation of trickle through a spinneret, and the formation of porous structure in the trickle surface; using stepped heating method and heating to remove the solvent, then after tensile and heating method the microporous polysulfone fibers are disappeared. The high performance polysulfone fiber of the invention has high mechanical performance, thermal stability and durability compared with the traditional method, and the safety temperature of the resultant polysulfone fiber is 205~280 degrees, and the room temperature tensile strength is 3 to 5.0g/d.

【技术实现步骤摘要】
耐高温高强度聚砜纤维及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，尤其涉及一种耐高温高强度纤维及其制备方法。
技术介绍
耐高温高强度纤维在复合材料制备、工业过滤等领域有着广泛的用途。聚砜是一类具有芳香基团和砜基结构的高性能聚合物，由于分子链间具有较强的相互作用，因而使得这类材料一般具有熔体粘度大难于熔融纺丝的特点。而溶液纺丝法一般包括湿法和干法两种，其中湿法纺丝一般将纺丝液直接纺制到凝固浴中，纺丝液细流中的溶剂向凝固浴扩散，凝固剂向细流渗透，从而使原液细流达到临界浓度，在凝固浴中析出而形成纤维。湿纺纺丝不仅工艺流程复杂、纺丝速度低，纤维结构不够致密且物理机械性能相对较差。与湿纺不同的是，干纺时从喷丝头毛细孔中压出的纺丝液细流不是进入凝固浴，而是进入纺丝甬道中；通过甬道中热空气流的作用，使原液细流中的溶剂快速挥发，挥发出来的溶剂蒸汽被热空气流带走；原液在逐渐脱去溶剂的同时发生固化，并在卷绕张力的作用下伸长变细而形成初生纤维。由于干法纺丝中纤维的形成主要取决于纺丝液中溶剂向环境中的迁移，因此溶剂的残留将对纤维制品的性能产生很大的影响；少量溶剂的残留不单会降低材料的耐热温度，和强度，还会造成纤维质量的不稳定。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提供一种高强度聚砜纤维，其具有优异的耐热性、强度和耐久性。本专利技术的技术方案：本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种聚砜纤维的制备方法，具体为：将聚砜类材料先使用溶剂溶解形成纺丝液，通过喷丝头形成细流，并在细流表面构造微孔结构；然后采用阶梯式升温的方式加热除去溶剂，再经过拉伸与加热的方式使微孔消失，即得聚砜纤维。所述聚砜类材料选自下述聚合物中的至少一种：聚醚砜(PES)、聚芳硫醚砜(PASS)、双酚A型聚砜(PSF)、聚亚苯基砜(PPSU)、间位芳砜纶(m-PSA)或对位芳砜纶(p-PSA)。所述溶剂为N-甲基吡络烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮或六甲基磷酰三胺中的至少一种。进一步，上述聚砜纤维的制备方法中，细流表面构造微孔结构的方法为：将细流暴露在相对湿度为90～95％的空气气氛中，使细流表面通过液-液相分离形成直径在2～50nm的均匀微孔。喷丝后经过一段具有较高水蒸汽含量的湿化段，吸收周围空气中的水分在表面形成直径在2～50nm的微孔，孔要尽量均匀以保证在拉伸过程中原丝不会断裂；本专利技术在细流表面构建微孔结构以利于凝固过程中细流内部的溶剂分子快速有效地迁出。进一步，上述方法中，阶梯式升温的方法为：采用至少三段阶梯式升温，其中，第一段温度控制在80～160℃，第二段温度控制在160～220℃，第三段温度控制在220～260℃。本专利技术中，采用阶梯式升温的方法，可以让纤维内部的残留溶剂逐渐迁移出纤维基体，如果采用恒温加热，温度过低时表面先硬化，内部溶剂分子无法迁出，如果温度过高，则初始时丝线强度低，且容易由于溶剂的迅速蒸发产生较大缺陷。进一步，所述阶梯式升温的方式中，采用微波加热法或红外加热法进行升温。更进一步，所述阶梯式升温的方式中，采用微波加热与红外加热相结合的方式进行升温。进一步，上述方法中，通过拉伸与加热使微孔消失的方法为：在270℃～330℃(即聚砜材料玻璃化温度以上50℃左右温度左右)下缓慢牵伸至原丝长度的5～10倍；其中，牵伸速度控制在0.5～1m/min。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种聚砜纤维，其采用上述方法制备得到。进一步，所述聚砜纤维的长期使用温度(亦称为安全使用温度)为205～280℃，室温拉伸强度3.0～5.0g/d。本专利技术的有益效果：本专利技术结合了湿法纺丝可以有效去除溶剂和干法纺丝效率高、纤维结构致密的特点，所专利技术的聚砜纤维制备方法通过纺丝初期构建微孔结构及配合梯度升温程序，有效解决了以往干法纺丝内部残存溶剂难于除去的问题。所专利技术的高性能聚砜纤维与传统方法所得纤维相比具有高的机械性能、热稳定性及耐久性。所述聚砜纤维的长期使用温度为205～280℃，室温拉伸强度3.0～5.0g/d。具体实施方式本专利技术先将聚砜类材料溶解形成纺丝液，通过喷丝头形成细流，让溶液流暴露在相对湿度为90～95％的空气气氛中，使液流表面通过液-液相分离形成微孔洞以利于凝固过程中膜内部的溶剂分子有效迁出；然后通过微波加热与红外加热配合，阶梯式升温将纤维升温，使原丝中的溶剂逐步挥发完全，并通过拉伸与加热使微孔消失，形成最终的高性能聚砜高强纤维。实施例1将PASS溶解于N甲基吡络烷酮中配制成浓度为20％的纺丝液，将纺丝液经喷丝孔纺出后暴露于室温95％相对湿度的空气气氛中保持2min，此时液流表面通过相分离形成微孔结构而变得不透明。然后采用微波加热将纺丝液流升温至80℃，120℃，160℃，200℃，240℃，在每个温度下分别保持5min使纺丝液中的溶剂逐步挥发完全，在280℃下缓慢牵伸至原丝长度的5倍；然后将所形成的的纤维缓冷至室温，并收卷。所制备的PASS纤维长期使用温度可达215℃，室温拉伸强度3.4g/d。实施例2将m-PSA溶解于二甲基乙酰胺中配制成浓度为18％的纺丝液，将纺丝液经喷丝孔纺出后暴露于室温90％相对湿度的空气气氛中保持3min，此时液流表面通过相分离形成微孔结构而变得不透明；再采用微波加热将纺丝液流升温至100℃，140℃，180℃，220℃，260℃，在每个温度下分别保持5min使纺丝液中的溶剂逐步挥发完全，然后在300℃下缓慢牵伸至原丝长度的10倍；最后将所形成的的纤维缓冷至室温，并收卷。所制备的m-PSA纤维长期使用温度可达260℃，室温拉伸强度5.0g/d。实施例3将PSF溶解于二甲基亚砜中配制成浓度为23％的纺丝液，将纺丝液经喷丝孔纺出后暴露于室温93％相对湿度的空气气氛中保持5min，此时液流表面通过相分离形成微孔结构而变得不透明；再采用微波加热将纺丝液流升温至120℃，160℃，180℃，220℃，240℃，在每个温度下分别保持5min使纺丝液中的溶剂逐步挥发完全，在270℃下缓慢牵伸至原丝长度的8倍；最后将所形成的的纤维缓冷至室温，并收卷。所制备的PSF纤维长期使用温度可达205℃，室温拉伸强度3.0g/d。对比例1采用同实施例1相同的原料，而采用传统的干法纺丝法制备纤维，所得PASS纤维的长期使用温度为200℃，室温强度为2.2g/d。尽管上面结合实施例描述了本专利技术，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚砜纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将聚砜类材料先使用溶剂溶解形成纺丝液，通过喷丝头形成细流，并在细流表面形成微孔结构；然后采用阶梯式升温的方式加热除去溶剂，再经过拉伸与加热的方式使微孔消失，得到聚砜纤维。

【技术特征摘要】
1.聚砜纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将聚砜类材料先使用溶剂溶解形成纺丝液，通过喷丝头形成细流，并在细流表面形成微孔结构；然后采用阶梯式升温的方式加热除去溶剂，再经过拉伸与加热的方式使微孔消失，得到聚砜纤维。2.根据权利要求1所述的聚砜纤维的制备方法，其特征在于，所述聚砜类材料选自下述聚合物中的至少一种：聚醚砜、聚芳硫醚砜、双酚A型聚砜、聚亚苯基砜、间位芳砜纶或对位芳砜纶。3.根据权利要求1或2所述的聚砜纤维的制备方法，其特征在于，所述溶剂为N甲基吡络烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮或六甲基磷酰三胺中的至少一种。4.根据权利要求1～3任一项所述的聚砜纤维的制备方法，其特征在于，所述细流表面形成微孔结构的方法为：将细流暴露在相对湿度为90～95％的空气气氛中，使细流表面通过液-液相分离形成直径在2～50nm的均匀微孔。5.根据权利要求1～4任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孝军，杨杰，张刚，张美林，龙盛如，
申请(专利权)人：四川斯派恩新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51