本發(fā)明屬于聚酰胺纖維技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物基半芳香族聚酰胺纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于聚酰胺纖維具有強(qiáng)度高，回彈性好、耐磨耐腐蝕等優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。美中不足的是傳統(tǒng)的脂肪族聚酰胺纖維(例如PA6、PA66等)耐熱性不佳，在150℃時(shí)歷經(jīng)5小時(shí)即變黃，170℃開始軟化，到215℃開始熔化，且耐酸性較差。這就限制了尼龍纖維在高溫條件及特殊化學(xué)條件下的應(yīng)用。全芳香族聚酰胺纖維雖然具有高強(qiáng)度高模量且優(yōu)良的耐高溫、抗化學(xué)腐蝕特性，但不能熔融紡成，而必須以昂貴的工藝由溶液紡成，不僅加工困難且成本很高。
半芳香族聚酰胺由于在聚酰胺分子鏈中引入了芳香環(huán)，從而提高了耐熱性和力學(xué)性能，降低了吸水率，具有良好的耐化學(xué)腐蝕性。用半芳香族聚酰胺紡制的纖維將具有高耐熱性，在高溫下蠕變小、收縮率低及很好的機(jī)械性能，高柔軟性、優(yōu)異的耐磨性、優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、良好的耐化學(xué)性、良好的與橡膠的粘合性。與全芳香族聚酰胺相比，半芳香族聚酰胺加工更容易，且成本大大降低。
關(guān)于半芳香族聚酰胺纖維的開發(fā)很有限。專利US3941755及US4022756則公開了一種共聚物6TA/6IA，可采用熔融紡絲法制備纖維。該共聚物是由對苯二甲酰己二胺鹽(6TA)和間苯二甲酰己二胺鹽(6IA)聚合得到。中國專利CN103305962A公開了一種耐高溫半芳香族聚酰胺超細(xì)纖維及制備方法。在現(xiàn)有技術(shù)中均未涉及如本發(fā)明所示的生物基半芳香族聚酰胺纖維及其制備方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種生物基半芳香族聚酰胺纖維，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和形態(tài)穩(wěn)定性，良好的耐化學(xué)腐蝕性及耐磨性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述生物基半芳香族聚酰胺纖維的制備方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
本發(fā)明提供了一種生物基半芳香族聚酰胺纖維，具有如下重復(fù)結(jié)構(gòu)單元：
其中：
4≤n≤12，
40≤聚合度X≤250，40≤聚合度Y≤250。
優(yōu)選的，n為6～10；聚合度X為70～150，聚合度Y為70～150。
所述生物基半芳香族聚酰胺的斷裂強(qiáng)度為≥35cN/tex，斷裂伸長率為5～35％，耐高溫范圍為150～270℃。
所述生物基半芳香族聚酰胺為PA6T/610、PA7T/710、PA8T/810、PA9T/910、PA10T/1010。
所述生物基半芳香族聚酰胺的熔點(diǎn)為280～330℃，優(yōu)選290～320℃；熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于其分解溫度，分解溫度高于400℃。
本發(fā)明還提供了一種上述生物基半芳香族聚酰胺纖維的制備方法，包括以下步驟：
將生物基半芳香族聚酰胺切片進(jìn)行干燥處理，熔融紡絲后經(jīng)側(cè)吹風(fēng)冷卻，進(jìn)行油輪上油，牽伸，卷繞，熱定型，最后制得生物基半芳香族聚酰胺纖維。
所述干燥處理的溫度為90～120℃，時(shí)間為8～48h。
所述熔融紡絲是在紡絲機(jī)中進(jìn)行，優(yōu)選為雙螺桿紡絲機(jī)。
所述熔融紡絲的溫度為250～350℃，紡絲速度為2000～6000m/min。
所述側(cè)吹風(fēng)冷卻的速度為0.2～0.6m/s，側(cè)吹風(fēng)溫度為20～25℃。
所述牽伸的第一熱輥溫度為100～150℃，第二熱輥溫度為120～180℃，牽伸倍數(shù)為3～5倍。
所述熱定型溫度為150～170℃。
另外，為得到具有特殊功能的生物基半芳香族聚酰胺纖維，可根據(jù)需要添加阻燃劑、抗菌防臭劑、抗紫外劑、抗靜電添加劑等各種添加劑。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
本發(fā)明所公開生物基半芳香族聚酰胺纖維，具有強(qiáng)度高、耐高溫、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和形態(tài)穩(wěn)定性、良好的耐化學(xué)腐蝕性及耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于國防軍工、工業(yè)、民用等領(lǐng)域，尤其適用于各種高溫環(huán)境及特殊化學(xué)環(huán)境；是制造工業(yè)濾布和造紙毛氈的理想材料，可制備簾子線，應(yīng)用于輪胎、膠管、運(yùn)輸帶、傳動(dòng)帶等領(lǐng)域；制作漁網(wǎng)、繩索、安全網(wǎng)、覆蓋布及帳篷等，還可用于航天、航空等工業(yè)領(lǐng)域。
本發(fā)明所公開的生物基半芳香族聚酰胺纖維，其中原料癸二酸和癸二胺是來源于自然界 的一種植物蓖麻，減少了對石化工業(yè)的依賴性，屬于生物基環(huán)保材料。
本發(fā)明采用生物基半芳香族酰胺共聚物通過熔融紡絲法制備生物基半芳香族聚酰胺纖維，具有低成本、高產(chǎn)能、無污染、高附加值的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
實(shí)施例1
生物基半芳香族聚酰胺PA6T/610(由己二胺、癸二酸和對苯二甲酸共聚制備)纖維
原料：PA6T/610切片：聚合度X、Y為150，熔點(diǎn)315-320℃。
將PA6T/610切片在120℃干燥10h后，熔融經(jīng)熔體管道進(jìn)入紡絲組件由噴絲板噴出，再經(jīng)側(cè)吹風(fēng)冷卻、進(jìn)行油輪上油，牽伸，卷繞，熱定型，最后制得生物基半芳香族聚酰胺PA6T/610纖維。其中紡絲溫度為340℃，雙螺桿紡絲機(jī)各段溫度具體為：一區(qū)300℃，二區(qū)340℃，三區(qū)340℃，四區(qū)340℃，計(jì)量泵溫度340℃，管道溫度340℃，箱體溫度340℃，紡絲速度為6000m/min，側(cè)吹風(fēng)速度為0.6m/s，側(cè)吹風(fēng)溫度為25℃，第一熱輥溫度120℃，第二熱輥溫度160℃，牽伸倍數(shù)為5倍，松弛熱定型溫度為160℃。紡制的生物基半芳香族聚酰胺PA6T/610纖維的斷裂強(qiáng)度為55cN/tex，斷裂伸長率為30％，耐高溫范圍為150-270℃。
實(shí)施例2
生物基半芳香族聚酰胺PA7T/710(由庚二胺、癸二酸和對苯二甲酸共聚制備)纖維
原料：PA7T/710切片：聚合度X、Y為120，熔點(diǎn)310-315℃。
將PA7T/710切片在120℃干燥10h后，熔融經(jīng)熔體管道進(jìn)入紡絲組件由噴絲板噴出，再經(jīng)側(cè)吹風(fēng)冷卻、進(jìn)行油輪上油，牽伸，卷繞，熱定型，最后制得生物基半芳香族聚酰胺PA7T/710纖維。其中紡絲溫度為340℃，雙螺桿紡絲機(jī)各段溫度具體為：一區(qū)300℃，二區(qū)340℃，三區(qū)340℃，四區(qū)340℃，計(jì)量泵溫度340℃，管道溫度340℃，箱體溫度340℃，紡絲速度為2000m/min，側(cè)吹風(fēng)速度為0.6m/s，側(cè)吹風(fēng)溫度為25℃，第一熱輥溫度120℃，第二熱輥溫度160℃，牽伸倍數(shù)為3倍，松弛熱定型溫度為160℃。紡制的生物基半芳香族聚酰胺PA7T/710纖維的斷裂強(qiáng)度為40cN/tex，斷裂伸長率為15％，耐高溫范圍為150-270℃。
實(shí)施例3
生物基半芳香族聚酰胺PA810/8T(由辛二胺、癸二酸和對苯二甲酸共聚制備)纖維
原料：PA8T/810切片：聚合度X、Y為95，熔點(diǎn)310-315℃。
將PA8T/810切片在110℃干燥14h后，熔融經(jīng)熔體管道進(jìn)入紡絲組件由噴絲板噴出，再經(jīng)側(cè)吹風(fēng)冷卻、進(jìn)行油輪上油，牽伸，卷繞，熱定型，最后制得生物基半芳香族聚酰胺PA8T/810纖維。其中紡絲溫度為350℃，雙螺桿紡絲機(jī)各段溫度具體為：一區(qū)290℃，二區(qū)340℃， 三區(qū)340℃，四區(qū)340℃，計(jì)量泵溫度340℃，管道溫度340℃，箱體溫度340℃，紡絲速度為4000m/min，側(cè)吹風(fēng)速度為0.5m/s，側(cè)吹風(fēng)溫度為25℃，第一熱輥溫度110℃，第二熱輥溫度150℃，牽伸倍數(shù)為4倍，松弛熱定型溫度為150℃。紡制的生物基半芳香族聚酰胺PA8T/810纖維的斷裂強(qiáng)度為50cN/tex，斷裂伸長率為20％，耐高溫范圍為150-270℃。
實(shí)施例4
生物基半芳香族聚酰胺PA9T/910(由壬二胺、癸二酸和對苯二甲酸共聚制備)纖維
原料：PA9T/910切片：聚合度X、Y為100，熔點(diǎn)300-310℃。
將PA9T/910切片在100℃干燥20h后，熔融經(jīng)熔體管道進(jìn)入紡絲組件由噴絲板噴出，再經(jīng)側(cè)吹風(fēng)冷卻、進(jìn)行油輪上油，牽伸，卷繞，熱定型，最后制得耐高溫聚酰胺PA9T/910纖維。其中紡絲溫度為330℃，雙螺桿紡絲機(jī)各段溫度具體為：一區(qū)280℃，二區(qū)330℃，三區(qū)330℃，四區(qū)330℃，計(jì)量泵溫度330℃，管道溫度330℃，箱體溫度330℃，紡絲速度為3000m/min，側(cè)吹風(fēng)速度為0.4m/s，側(cè)吹風(fēng)溫度為25℃，第一熱輥溫度130℃，第二熱輥溫度170℃，牽伸倍數(shù)為4倍，松弛熱定型溫度為170℃。紡制的耐高溫聚酰胺PA9T/910纖維的斷裂強(qiáng)度為45cN/tex，斷裂伸長率為15％，耐高溫范圍為150-270℃。
實(shí)施例5
生物基半芳香族聚酰胺PA10T/1010(由癸二胺、癸二酸和對苯二甲酸共聚制備)纖維
原料：PA10T/1010切片：聚合度X、Y為70，熔點(diǎn)290-300℃。
將PA10T/1010切片在90℃干燥30h后，熔融經(jīng)熔體管道進(jìn)入紡絲組件由噴絲板噴出，再經(jīng)側(cè)吹風(fēng)冷卻、進(jìn)行油輪上油，牽伸，卷繞，熱定型，最后制得耐高溫聚酰胺PA10T/1010纖維。其中紡絲溫度為300℃，雙螺桿紡絲機(jī)各段溫度具體為：一區(qū)250℃，二區(qū)320℃，三區(qū)320℃，四區(qū)320℃，計(jì)量泵溫度320℃，管道溫度320℃，箱體溫度320℃，紡絲速度為5000m/min，側(cè)吹風(fēng)速度為0.25m/s，側(cè)吹風(fēng)溫度為25℃，第一熱輥溫度115℃，第二熱輥溫度155℃，牽伸倍數(shù)為5倍，松弛熱定型溫度為155℃。紡制的耐高溫聚酰胺PA10T/1010纖維的斷裂強(qiáng)度為50cN/tex，斷裂伸長率為35％，耐高溫范圍為150-270℃。
實(shí)施例6
生物基半芳香族聚酰胺PA10T/1010(由癸二胺、癸二酸和對苯二甲酸共聚制備)纖維
原料：PA10T/1010切片：聚合度X為70，聚合度Y為150，熔點(diǎn)290-300℃。
將PA10T/1010切片在90℃干燥30h后，熔融經(jīng)熔體管道進(jìn)入紡絲組件由噴絲板噴出，再經(jīng)側(cè)吹風(fēng)冷卻、進(jìn)行油輪上油，牽伸，卷繞，熱定型，最后制得耐高溫聚酰胺PA10T/1010纖維。其中紡絲溫度為300℃，雙螺桿紡絲機(jī)各段溫度具體為：一區(qū)250℃，二區(qū)320℃，三區(qū)320℃，四區(qū)320℃，計(jì)量泵溫度320℃，管道溫度320℃，箱體溫度320℃，紡絲速度為5000m/min，側(cè)吹風(fēng)速度為0.25m/s，側(cè)吹風(fēng)溫度為25℃，第一熱輥溫度100℃，第二熱輥 溫度120℃，牽伸倍數(shù)為5倍，松弛熱定型溫度為155℃。紡制的耐高溫聚酰胺PA10T/1010纖維的斷裂強(qiáng)度為50cN/tex，斷裂伸長率為35％，耐高溫范圍為150-270℃。
實(shí)施例7
生物基半芳香族聚酰胺PA6T/610(由己二胺、癸二酸和對苯二甲酸共聚制備)纖維
原料：PA6T/610切片：聚合度X為150，聚合度Y為70，熔點(diǎn)290-300℃。
將PA6T/610切片在90℃干燥30h后，熔融經(jīng)熔體管道進(jìn)入紡絲組件由噴絲板噴出，再經(jīng)側(cè)吹風(fēng)冷卻、進(jìn)行油輪上油，牽伸，卷繞，熱定型，最后制得耐高溫聚酰胺PA10T/1010纖維。其中紡絲溫度為300℃，雙螺桿紡絲機(jī)各段溫度具體為：一區(qū)250℃，二區(qū)320℃，三區(qū)320℃，四區(qū)320℃，計(jì)量泵溫度320℃，管道溫度320℃，箱體溫度320℃，紡絲速度為5000m/min，側(cè)吹風(fēng)速度為0.25m/s，側(cè)吹風(fēng)溫度為25℃，第一熱輥溫度150℃，第二熱輥溫度180℃，牽伸倍數(shù)為5倍，松弛熱定型溫度為155℃。紡制的耐高溫聚酰胺PA10T/1010纖維的斷裂強(qiáng)度為50cN/tex，斷裂伸長率為5％，耐高溫范圍為150-270℃。
上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。