【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及高分子材料，尤其涉及一種高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、液晶聚合物纖維是一種具有高強(qiáng)高模、耐高溫、自阻燃、耐化學(xué)試劑、耐輻射、尺寸穩(wěn)定性強(qiáng)等綜合性能的纖維，可應(yīng)用于航空航天、裝甲防護(hù)、艦艇繩纜等領(lǐng)域。與目前傳統(tǒng)的三大高性能纖維（芳綸、超高分子量聚乙烯、碳纖維）相比，液晶聚合物纖維可采用熔融紡絲方法制得，能降低成本并減少污染，且液晶聚合物纖維在制備時(shí)無需進(jìn)行后拉伸等工藝，可簡(jiǎn)化加工工藝。
2、但液晶聚合物分子鏈具有剛性鏈結(jié)構(gòu)，在制備纖維的過程中會(huì)沿著纖維軸方向發(fā)生分子鏈取向，形成高度有序的微纖結(jié)構(gòu)，并沿著纖維方向存在強(qiáng)的共價(jià)鍵作用，以賦予纖維較高的斷裂強(qiáng)度和模量。而在垂直于纖維軸方向上，由于分子鏈之間沒有共價(jià)鍵或氫鍵，使得液晶聚合物纖維在加工時(shí)容易出現(xiàn)縱向分層，同時(shí)，纖維在受到彎曲和剪切作用時(shí)容易被破壞，嚴(yán)重影響纖維的應(yīng)用性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為克服上述缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的目的在于提供一種高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維及其制備方法，能有效改善纖維的耐彎曲、耐剪切性能，避免加工過程中出現(xiàn)縱向分層現(xiàn)象。
2、為了達(dá)到以上目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案之一是：一種高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，包括內(nèi)層聚合物及包覆在內(nèi)層聚合物表面的外層交聯(lián)聚合物；外層交聯(lián)聚合物的分子結(jié)構(gòu)式為：
3、。
4、進(jìn)一步來說，內(nèi)層聚合物占高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維截面積的80~90%，外層交聯(lián)聚合物占高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維截面積的10~20%。>
5、在內(nèi)層聚合物表面包覆外層交聯(lián)聚合物，利用垂直于纖維軸方向上的聚合物分子之間的交聯(lián)作用，不僅能增強(qiáng)纖維在垂直于纖維軸方向上的力學(xué)性能，進(jìn)而改善高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維的耐彎曲、耐剪切性能，避免高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維在后續(xù)加工過程中出現(xiàn)縱向分層的現(xiàn)象；還能在高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維在受到纖維軸方向上的外力拉伸時(shí)，制約聚合物分子之間的相對(duì)滑移，進(jìn)而增強(qiáng)纖維在纖維軸方向上的強(qiáng)度和模量。
6、進(jìn)一步來說，外層交聯(lián)聚合物的組分包括外層聚合物、交聯(lián)劑、催化劑。
7、進(jìn)一步來說，外層聚合物的組分包括帶萘環(huán)單體、二酸類單體、帶雙鍵單體。
8、進(jìn)一步來說，按摩爾質(zhì)量計(jì)，外層聚合物的組分包括60~70%的帶萘環(huán)單體、10~20%的二酸類單體、10~20%的帶雙鍵單體。
9、通過在外層聚合物中引入帶雙鍵單體，以使外層聚合物能與交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)。
10、進(jìn)一步來說，帶萘環(huán)單體為2-羥基-6-萘甲酸、6-羥基-1-萘甲酸、7-羥基-2-萘甲酸、5-羥基-2-萘甲酸中的至少一種。
11、進(jìn)一步來說，二酸類單體為5-甲基間苯二酸、4,4-聯(lián)苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸中的至少一種。
12、進(jìn)一步來說，帶雙鍵單體為2-烯丙基苯-1,4-二醇、4-烯丙基兒茶酚中的至少一種。
13、進(jìn)一步來說，交聯(lián)劑為乙烯基-poss。
14、進(jìn)一步來說，交聯(lián)劑的添加量為外層聚合物質(zhì)量的5~10%。
15、進(jìn)一步來說，催化劑為氯化鋅、氯化鋁、氯化錫中的至少一種。
16、進(jìn)一步來說，催化劑的添加量為交聯(lián)劑質(zhì)量的0.002~0.004%。
17、在外層交聯(lián)聚合物中，交聯(lián)劑的引入能明顯提高高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維的耐磨性、抗紫外光老化性能，進(jìn)而利于高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維產(chǎn)品在海洋、長(zhǎng)期暴曬等極端環(huán)境中的使用。同時(shí)，交聯(lián)劑的引入，還能使高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維具備更低的介電常數(shù)，可滿足高頻線纜、覆銅板等應(yīng)用的需求。
18、進(jìn)一步來說，內(nèi)層聚合物的分子結(jié)構(gòu)式為：
19、。
20、進(jìn)一步來說，內(nèi)層聚合物的組分包括帶萘環(huán)單體、帶苯環(huán)單體、二酚類單體。
21、進(jìn)一步來說，按摩爾質(zhì)量計(jì)，內(nèi)層聚合物的組分包括60~70%的帶萘環(huán)單體、10~20%的帶苯環(huán)單體、10~20%的二酚類單體。
22、進(jìn)一步來說，帶萘環(huán)單體為2-羥基-6-萘甲酸、6-羥基-1-萘甲酸、7-羥基-2-萘甲酸、5-羥基-2-萘甲酸中的至少一種。
23、進(jìn)一步來說，帶苯環(huán)單體為對(duì)羥基苯甲酸、間羥基苯甲酸、4-羥基苯乙酸中的至少一種。
24、進(jìn)一步來說，二酚類單體為對(duì)苯二酚、間苯二酚、1,4-苯二酚中的至少一種。
25、進(jìn)一步來說，內(nèi)層聚合物、外層聚合物均通過熔融共聚法制得。
26、進(jìn)一步來說，內(nèi)層聚合物和/或外層聚合物的制備包括：將內(nèi)層聚合物/外層聚合物的各組分加入至反應(yīng)容器中，在通氮條件下，升溫至200~250℃后，以400~600r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30~60min；加入酯化催化劑，繼續(xù)攪拌30~60min，抽真空，熔融共聚1~2h；反應(yīng)完成后，自然冷卻至室溫，即得內(nèi)層聚合物/外層聚合物。
27、需要注意的是，在自然冷卻至室溫后，內(nèi)層聚合物/外層聚合物為塊狀固體，為了更好地進(jìn)行后續(xù)擠出操作，可將內(nèi)層聚合物/外層聚合物進(jìn)行粉碎，以獲得粉末狀的內(nèi)層聚合物/外層聚合物。
28、進(jìn)一步來說，酯化催化劑為醋酸鈣、醋酸鎂、醋酸鋅中的至少一種。
29、進(jìn)一步來說，酯化催化劑的添加量為帶萘環(huán)單體添加量的0.005~0.01%。
30、本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案之二是：一種高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維的制備方法，包括如下步驟：
31、（1）分別制備內(nèi)層聚合物、外層聚合物；
32、（2）將外層聚合物、交聯(lián)劑、催化劑均勻混合后作為交聯(lián)混合物；將內(nèi)層聚合物、交聯(lián)混合物分別擠出后供給到皮芯復(fù)合紡絲組件中；
33、（3）內(nèi)層聚合物、交聯(lián)混合物通過皮芯復(fù)合紡絲組件的噴絲板依次噴出，以形成初生纖維；
34、（4）對(duì)初生纖維同時(shí)進(jìn)行后處理，以獲得高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維。
35、進(jìn)一步來說，在步驟（3）中，通過內(nèi)層聚合物、交聯(lián)混合物的依次噴絲，能使交聯(lián)混合物包覆在內(nèi)層聚合物的表面。
36、進(jìn)一步來說，在步驟（3）中，噴絲板的孔徑為0.1-0.3mm。
37、進(jìn)一步來說，在步驟（4）中，后處理包括微波輻射處理和加熱處理；微波輻射功率為200~500w；加熱溫度為150~180℃，后處理時(shí)間為2~4h。
38、進(jìn)一步來說，步驟（4）中的微波加熱處理，能使外層交聯(lián)聚合物在內(nèi)層聚合物的表面進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而提升高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維的耐彎曲、耐剪切性能；其中，微波輻射處理能降低反應(yīng)物的活化性能，提高反應(yīng)物的擴(kuò)散速率，利好交聯(lián)程度，進(jìn)而在內(nèi)層聚合物表面形成均勻致密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)耐磨層（即外層交聯(lián)聚合物）；同時(shí)通過加熱處理，有利于改善內(nèi)層聚合物的聚合程度，提高聚合物的分子量，進(jìn)而優(yōu)化高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維的力學(xué)性能。此外，微波加熱處理還能大大減少反應(yīng)時(shí)間，提高高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維的生產(chǎn)效率。
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1.一種高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，其特征在于，包括內(nèi)層聚合物及包覆在所述內(nèi)層聚合物表面的外層交聯(lián)聚合物，所述外層交聯(lián)聚合物的分子結(jié)構(gòu)式為：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，其特征在于，所述內(nèi)層聚合物占所述高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維截面積的80~90%，所述外層交聯(lián)聚合物占所述高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維截面積的10~20%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，其特征在于，所述外層交聯(lián)聚合物包括外層聚合物、交聯(lián)劑、催化劑；所述交聯(lián)劑的添加量為所述外層聚合物質(zhì)量的5~10%，所述催化劑的添加量為所述交聯(lián)劑質(zhì)量的0.002~0.004%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，其特征在于，所述交聯(lián)劑為乙烯基-POSS，所述催化劑為氯化鋅、氯化鋁、氯化錫中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，其特征在于，所述內(nèi)層聚合物、外層聚合物均通過熔融共聚法制得，其中，按摩爾質(zhì)量計(jì)，所述內(nèi)層聚合物的組分包括60~70%的帶萘環(huán)單體、10~20%的帶苯環(huán)單體、10~20%的二酚類單體；所述外層聚合物的組
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，其特征在于，所述帶萘環(huán)單體為2-羥基-6-萘甲酸、6-羥基-1-萘甲酸、7-羥基-2-萘甲酸、5-羥基-2-萘甲酸中的至少一種；
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，其特征在于，所述內(nèi)層聚合物的分子結(jié)構(gòu)式為：
8.一種高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維的制備方法，其特征在于，
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維的制備方法，其特征在于，所述酯化催化劑為醋酸鈣、醋酸鎂、醋酸鋅中的至少一種；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，其特征在于，包括內(nèi)層聚合物及包覆在所述內(nèi)層聚合物表面的外層交聯(lián)聚合物，所述外層交聯(lián)聚合物的分子結(jié)構(gòu)式為：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，其特征在于，所述內(nèi)層聚合物占所述高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維截面積的80~90%，所述外層交聯(lián)聚合物占所述高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維截面積的10~20%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，其特征在于，所述外層交聯(lián)聚合物包括外層聚合物、交聯(lián)劑、催化劑；所述交聯(lián)劑的添加量為所述外層聚合物質(zhì)量的5~10%，所述催化劑的添加量為所述交聯(lián)劑質(zhì)量的0.002~0.004%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，其特征在于，所述交聯(lián)劑為乙烯基-poss，所述催化劑為氯化鋅、氯化鋁、氯化錫中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)耐磨液晶聚合物纖維，其特征在于，所述內(nèi)層聚合物、外層聚合物均通過...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高敬民，俞蘠，任天斌，王勇，阮國富，沈鳳娟，趙莎莎，榮露露，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇集萃功能材料研究所有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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