耐光型对位芳纶纤维及其制备方法发明专利

专利名称：耐光型对位芳纶纤维及其制备方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202310161083.1

专利申请（专利权）人：润华(江苏)新材料有限公司
权利人地址：江苏省镇江市丹徒区谷阳镇莱村282号

专利发明（设计）人：杨月锋,郭旭,王士峰

专利摘要：本发明公开了一种耐光型对位芳纶纤维及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：对预成型后的对位芳纶初生纤维进行蒸汽牵伸；将拉伸后的纤维在含氧气氛中进行等离子处理；对等离子处理后的纤维在偶联剂溶液中进行超声刻蚀；将超声刻蚀后的纤维在抗光剂分散液中浸渍后进行成型处理得到所述耐光型对位芳纶纤维。本发明通过对对位芳纶初生纤维依次进行蒸汽高倍牵伸、含氧等离子处理、在偶联剂溶液中进行超声刻蚀、浸渍到抗光剂溶液中，使得抗光剂通过偶联剂的桥梁作用接枝到纤维的刻槽以及表面，在后续纤维的收缩过程中，部分抗光剂嵌合到纤维的缝隙中，部分抗光剂附着在纤维表面，进而使得对位芳纶纤维的耐光持久性更好。

主权利要求：
1.一种耐光型对位芳纶纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对预成型后的对位芳纶初生纤维在蒸汽温度为90 100℃，蒸汽压力为0.5 0.8MPa~ ~条件下进行蒸汽牵伸3 5s，使得牵伸比为4 10；
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S2、将拉伸后的纤维在含氧气氛中进行等离子处理，处理压强为30 40Pa，处理功率为~
50 75W，处理时间为10 20s；
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S3、对等离子处理后的纤维在偶联剂溶液中进行超声刻蚀，超声刻蚀条件为：超声频率为80 150Hz，处理时间为5 15s；偶联剂为KH‑560或KH‑550；
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S4、将超声刻蚀后的纤维在抗光剂分散液中浸渍后进行成型处理得到所述耐光型对位芳纶纤维。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述抗光剂为纳米三氧化二铝或纳米氧化钛；和/或所述浸渍时间为2 5s。
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3.根据权利要求1至2中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述对位芳纶初生纤维经洗涤、烘干后再进行蒸汽牵伸，洗涤后初生纤维含硫量小于1000ppm。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤为超声水洗，超声频率为200
300Hz，水洗时间5 15s，烘干条件为：80 100℃，2 5s，100 120℃，3 8s。
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5.根据权利要求1至2中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述成型处理包括一次烘干、上油、压辊和二次烘干，所述一次烘干温度为100 120℃，时间为2 5s，所述~ ~二次烘干条件为：80 100℃，3 5s；100 110℃，4 8s；110 120℃，3 5s。
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6.一种耐光型对位芳纶纤维，其特征在于，由权利要求1至5中任一项所述的制备方法制得。 说明书 : 耐光型对位芳纶纤维及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及芳纶纤维的制备，具体地，涉及一种耐光性能好的对位芳纶纤维及其制备方法。背景技术[0002] 对位芳纶纤维具有超高强度、高模量和耐酸耐碱、重量轻、耐高温等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下不分解不融化，具有优异的耐高温性能。因此，被广泛应用在先进复合材料、防护材料、橡胶增强材料、缆绳和光缆、工业织物、建筑结构加固材料、摩擦材料和密封材料等领域。尽管如此，对位芳纶纤维也存在抗压强度低、不耐光易老化、表面与树脂结合力弱等缺陷。除了材料本身的内在性质外，不可忽视的是外界环境对材料性能的影响，对于对位芳纶纤维而言主要是光老化作用。这种作用使得材料易发生降解、老化和劣化，导致制品机械性能逐渐下降，产生变脆、龟裂和发黄现象甚至完全破坏而无法使用，因此对位芳纶纤维在光长期作用下的安全使用问题已引起广泛的关注。[0003] 目前针对对位芳纶纤维耐光防老化的研究主要是通过将紫外线吸收剂或紫外屏蔽剂附着在对位芳纶纤维表面来实现，如申请公布号为CN107523987A的中国发明专利介绍了将改性后的紫外屏蔽剂喷涂在芳纶1414表面，来增加芳纶1414对紫外线的抗性，但是该种处理方法存在紫外屏蔽剂耐光性能不持久和添加时易发生飞散等问题。发明内容[0004] 针对上述紫外线吸收剂或紫外屏蔽剂附着在对位芳纶纤维表面，导致耐光性不能持久的问题，本发明提供了一种耐光型对位芳纶纤维及其制备方法，该方法通过在对位芳纶纤维制备过程中将抗光剂加入到对位芳纶纤维半成品中，使得抗光剂不仅可以附着在成品的表面，还能夹杂于纤维的缝隙中，延长对位芳纶纤维的耐光持久性。[0005] 为了实现上述目的，本发明一方面提供一种耐光型对位芳纶纤维的制备方法，该制备方法包括如下步骤：[0006] S1、对预成型后的对位芳纶初生纤维进行蒸汽牵伸；[0007] S2、将拉伸后的纤维在含氧气氛中进行等离子处理；[0008] S3、对等离子处理后的纤维在偶联剂溶液中进行超声刻蚀；[0009] S4、将超声刻蚀后的纤维在抗光剂分散液中浸渍后进行成型处理得到所述耐光型对位芳纶纤维。[0010] 上述技术方案中，对位芳纶初生纤维在蒸汽高倍牵伸之后，由于分子链的蠕变性，在较短时间内分子链还未全部填充到晶体结构中，所以纤维皮层还不是很致密，这时对其进行含氧等离子处理可以在其皮层引入较多含氧活性官能团，再通过超声刻蚀使纤维表面成槽，同时，偶联剂接枝在含氧活性官能团上，然后再浸渍到抗光剂溶液中，使得抗光剂通过偶联剂的桥梁作用接枝到纤维的刻槽以及表面，在后续纤维的收缩过程中，部分抗光剂嵌合到纤维的缝隙中，部分抗光剂附着在纤维表面。相对于现有技术抗光剂仅附着在纤维表面的情况，本发明制得的对位芳纶纤维的抗光持久性更好。[0011] 优选地，步骤S1中，所述蒸汽牵伸的牵伸比为4 10。~[0012] 上述技术方案中，合适的牵伸比使得对位芳纶初生纤维产生合适的蠕变，进而利于后续含氧活性官能团、偶联剂和抗光剂的引入。[0013] 为了实现该牵伸比，具体地，所述蒸汽牵伸条件为：蒸汽温度为90 100℃，蒸汽压~力为0.5 0.8Mpa，时间为3 5s。~ ~[0014] 具体地，步骤S2中，所述等离子处理条件为：处理压强为30 40pa，处理功率为50‑~75W，处理时间为10 20s。~[0015] 含氧气氛为O2/O3混合气氛，氧气体积占99.5%以上。[0016] 优选地，步骤S3中，所述超声刻蚀条件为：超声频率为80 150HZ，处理时间为5~ ~15s。[0017] 超声刻蚀一方面在纤维表面形成刻槽，另一方面可以使偶联剂均匀分散在纤维表面，进而使得抗光剂能够均匀分布。[0018] 牵伸后的纤维较为脆弱，因此超声频率不能过大，但也不能过小，过小则起不到均匀分散的目的。[0019] 具体地，所述偶联剂为KH‑560或KH‑550。偶联剂溶液浓度为10 25%。~[0020] 步骤S4中，所述抗光剂为普通的无机抗光剂，可以是纳米三氧化二铝或纳米氧化钛，可分散即可。每1L水中含有3 5g抗光剂。~[0021] 所述浸渍时间为2 5s。~[0022] 在上述技术方案的基础上，所述对位芳纶初生纤维经洗涤、烘干后再进行蒸汽牵伸，洗涤后初生纤维含硫量小于1000ppm。避免纤维上的污渍对后续含氧活性官能团、偶联剂和抗光剂的引入造成不利影响。[0023] 优选地，所述洗涤为超声水洗，超声频率为200 300HZ，水洗时间5 15s，烘干条件~ ~为：80 100℃，2 5s，100 120℃，3 8s。~ ~ ~ ~[0024] 另外，步骤S4中，所述成型处理包括一次烘干、上油、压辊和二次烘干，所述一次烘干温度为100 120℃，时间为2 5s，所述二次烘干条件为：80 100℃，3 5s；100 110℃，4 8s；~ ~ ~ ~ ~ ~110 120℃，3 5s。~ ~[0025] 上述技术方案中，采用在上油槽中浸渍的方式进行上油（纺丝常规的油剂，市购即可，如竹本f‑6056）操作，油剂用量为占纤维质量的1 5%，通过时间为1 3s；压辊：压力为0.2~ ~0.4Mpa。~[0026] 本发明第二方面提供一种耐光型对位芳纶纤维，该对位芳纶纤维由上述的制备方法制得。[0027] 通过上述技术方案，本发明实现了以下有益效果：[0028] 本发明通过对对位芳纶初生纤维进行蒸汽高倍牵伸，然后对其进行含氧等离子处理可以在其皮层引入较多含氧活性官能团，再通过在偶联剂溶液中进行超声刻蚀使纤维表面成槽，同时，偶联剂接枝在含氧活性官能团上，然后再浸渍到抗光剂溶液中，使得抗光剂通过偶联剂的桥梁作用接枝到纤维的刻槽以及表面，在后续纤维的收缩过程中，部分抗光剂嵌合到纤维的缝隙中，部分抗光剂附着在纤维表面。相对于现有技术抗光剂仅附着在纤维表面的情况，本发明制得的对位芳纶纤维的耐光持久性更好。具体实施方式[0029] 以下结合实施例对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。[0030] 实施例1[0031] 耐光型对位芳纶纤维的制备方法如下：[0032] S1、对凝固浴预成型后的对位芳纶初生纤维在蒸汽温度为100℃、蒸汽压力为0.7Mpa条件下进行蒸汽牵伸5s，牵伸比为8；[0033] S2、将拉伸后的纤维采用氧气等离子处理处理压强为30pa，处理功率为65W，处理时间为10s，以环吹的方式进行；[0034] S3、对等离子处理后的纤维在偶联剂KH‑560溶液中进行超声刻蚀，超声频率为100HZ，处理时间为10s；[0035] S4、将超声刻蚀后的纤维在纳米三氧化二铝分散液中浸渍5s（抗光剂槽在底部设计并列排列的鼓气光栅），在120℃下烘干5s，然后浸油槽，通过时间为3s，再在0.4Mpa下压辊后进行三段式烘干，第一段温度为90℃，时间5s，第二段温度为110℃，时间为6s，第三段温度为120℃，时间为5s，得到所述耐光型对位芳纶纤维。[0036] 实施例2[0037] 耐光型对位芳纶纤维的制备方法如下：[0038] S1、对凝固浴预成型后的对位芳纶初生纤维在蒸汽温度为90℃、蒸汽压力为0.5Mpa条件下进行蒸汽牵伸3s，牵伸比为4；[0039] S2、将拉伸后的纤维采用氧气等离子处理处理压强为30pa，处理功率为50W，处理时间为10s，以环吹的方式进行；[0040] S3、对等离子处理后的纤维在偶联剂KH‑550溶液中进行超声刻蚀，超声频率为80HZ，处理时间为15s；[0041] S4、将超声刻蚀后的纤维在纳米氧化钛分散液中浸渍后在100℃下烘干2s，然后浸油槽，通过时间为1s，再在0.2Mpa下压辊后进行三段式烘干，第一段温度为80℃，时间5s，第二段温度为100℃，时间为8s，第三段温度为110℃，时间为5s，得到所述耐光型对位芳纶纤维。[0042] 实施例3[0043] 耐光型对位芳纶纤维的制备方法如下：[0044] S1、对凝固浴预成型后的对位芳纶初生纤维在蒸汽温度为100℃、蒸汽压力为0.8Mpa条件下进行蒸汽牵伸5s，牵伸比为10；[0045] S2、将拉伸后的纤维采用氧气等离子处理处理压强为40pa，处理功率为75W，处理时间为20s，以环吹的方式进行；[0046] S3、对等离子处理后的纤维在偶联剂KH‑560溶液中进行超声刻蚀，超声频率为150HZ，处理时间为5s；[0047] S4、将超声刻蚀后的纤维在纳米三氧化二铝分散液中浸渍后在120℃下烘干2s，然后浸油槽，通过时间为3s，再在0.4Mpa下压辊后进行三段式烘干，第一段温度为100℃，时间3s，第二段温度为110℃，时间为4s，第三段温度为120℃，时间为3s，得到所述耐光型对位芳纶纤维。[0048] 对比例1[0049] 其他条件同实施例1，区别在于省略步骤S2。[0050] 对比例2[0051] 其他条件同实施例1，区别在于省略步骤S3。[0052] 对比例3[0053] 其他条件同实施例1，区别在于省略步骤S2和S3。[0054] 对比例4[0055] S1、将对位芳纶长丝（即对位芳纶纤维成品）采用氧气等离子处理处理压强为30pa，处理功率为65W，处理时间为10s，以环吹的方式进行；[0056] S2、对等离子处理后的纤维在偶联剂KH‑560溶液中进行超声刻蚀，超声频率为100HZ，处理时间为10s；[0057] S3、将超声刻蚀后的纤维在纳米三氧化二铝分散液中浸渍5s（抗光剂槽在底部设计并列排列的鼓气光栅），之后在100℃下烘干5s。[0058] 性能测试[0059] 分别测试以上实施例和对比例中制得的对位芳纶纤维进行耐光性能测试，耐光性能从两个方面测试，一个方面是光照色差改变，一方面是光照拉伸强度改变。[0060] 颜色变化具体测试步骤如下：纤维颜色变化参照颜色标准比色卡进行比对，分别将样品一半用遮光的布盖住，另一半暴露在相同条件的紫外灯下72h，72h后记录纤维颜色的编号。[0061] 光照拉伸强度变化具体测试步骤如下：先测试未光照前纤维单丝的拉伸强度，测试参照GB/T9997‑1988执行测试，样品在相同条件的紫外灯下照射72h，72h后分别测试纤维单丝的拉伸强度，测试结果如表1所示。[0062] 表1性能测试结果[0063] 颜色变化 （颜色编号） 未光照前拉伸强度 （cN/dtex） 光照后拉伸强度 （cN/dtex）实施例1 Y06→Y06 17.4 17.2实施例2 Y06→Y06 17.0 16.8实施例3 Y06→Y06 16.8 16.7对比例1 Y06→Y02 16.6 14.1对比例2 Y06→Y12 17.0 15.2对比例3 Y06→Y05 17.3 13.3对比例4 Y06→Y02 16.5 12.4[0064] 从上表可以看出，采用本发明制备方法制得的对位芳纶纤维在进行长时间紫外照射的情况下，颜色和拉伸强度基本无变化，而对比例中的各纤维颜色均变化明显，光照后拉伸强度也显著降低，说明本发明制得的对位芳纶纤维具有优异的耐光性和持久性。[0065] 以上结合实施例详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。[0066] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。[0067] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

专利地区：江苏

专利申请日期：2023-02-24

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN115897219B