CN114232109B - 一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法 - Google Patents

一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114232109B
CN114232109B CN202111401064.9A CN202111401064A CN114232109B CN 114232109 B CN114232109 B CN 114232109B CN 202111401064 A CN202111401064 A CN 202111401064A CN 114232109 B CN114232109 B CN 114232109B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
polyetherketoneketone
polyether
temperature
ketone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111401064.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114232109A (zh
Inventor
张骁骅
李言博
李博澜
张凤
焦梦晓
王昕�
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Donghua University
Original Assignee
Donghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Donghua University filed Critical Donghua University
Priority to CN202111401064.9A priority Critical patent/CN114232109B/zh
Publication of CN114232109A publication Critical patent/CN114232109A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114232109B publication Critical patent/CN114232109B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/06—Wet spinning methods
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/02—Heat treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/58—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • D01F6/66—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyethers
    • D01F6/665—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyethers from polyetherketones, e.g. PEEK
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y02P70/62—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product related technologies for production or treatment of textile or flexible materials or products thereof, including footwear

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法。本发明的制备方法包括：1.在室温下将聚醚酮酮无损溶解在氟基或氯基极性溶剂中，得到均匀的聚醚酮酮溶液纺丝原液；2.将纺丝原液进行湿法纺丝，使其通过窄直径、大长径比针头注射至凝固浴中成型，再经牵伸、干燥、卷绕，得到初纺聚醚酮酮纤维；3.将初纺聚醚酮酮纤维经过多级热牵伸进行后卷绕收集，再经过高温处理定型，获得高性能聚醚酮酮纤维。本发明采用氟基或氯基极性溶剂实现聚醚酮酮的无损溶解，形成均匀稳定的胶体溶液；在纺丝过程中，聚醚酮酮在剪切作用下形成牢固的网络结构，能够保持纤维形状和体积不变；所得到的聚醚酮酮纤维具有轻质、高强度、耐高温、阻燃等优异特性。

Description

一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法
技术领域
本发明涉及一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法，属于功能热纤维的制备技术领域。
背景技术
高分子纤维是高分子材料的重要组成部分，在社会生活和工业生产中扮演着十分重要的角色。其中作为特种纤维的一种，能够在180℃以上长期使用或在更高温度下仍能在一定时间内保持良好物理性能的耐高温纤维得到了高度关注。
随着我国航天航空、消防防护、核工业等领域的高速发展，对耐高温特种纤维的需求日益增加，亟需进一步优化其综合性能；而现有热固性树脂存在韧性不足、耐高温热塑性树脂存在纤维化难度大等问题，限制了耐高温特种纤维的发展。
在目前已商品化的热塑性特种工程塑料中，聚芳醚酮类聚合物是耐热等级最高的。聚芳醚酮是一类半结晶热塑性塑料，具有低密度、高机械性能、高温热稳定性、电绝缘以及耐化学腐蚀等优点。在聚芳醚酮家族中，聚醚醚酮和聚醚酮酮使用最为广泛。相比较而言，聚醚酮酮含有更多的酮键，分子结构存在对苯与间苯占比差异，具有更高的玻璃化转变温度和熔融温度、更为宽泛的热调控窗口以及更好的机械性能，近年来得到了更广泛的关注。基于聚醚酮酮发展具有高机械性能的高温特种纤维，对我国高性能纤维产业的转型升级具有重要略意义，也将会在诸多领域有广阔的应用空间。
从聚合物的纺丝性角度来看，由于聚芳醚酮类聚合物普遍具有耐溶性能强以及熔融温度高、熔体流动性差等问题，不仅难以实现湿法纺丝，而且直接采用熔融纺丝技术也面临诸多困难。目前的主要解决方法是通过将聚芳醚酮与无机润滑剂、聚酯等共混降低熔体粘度以提高加工性能，但纤维的机械性能也因混纺而降低。另一种方法是针对难溶的特点，通过磺化、氯甲基化、开环聚合、多元共聚等手段，提高其溶解能力，采用溶液法进行纺丝。但是对聚合物进行的化学改性破坏了其原有的结构，导致聚合物的耐热性能、机械性能或者耐化学腐蚀性能显著下降。因此长期以来，聚芳醚酮纤维的制备方法依然以熔融挤出及其衍生工艺(如熔融静电纺丝)为主(文献1：M.H.G.Deeg.Process of making an aromaticpolyetherketone fiber product.US patent 1985,US4747988；文献2：王贵宾,张海博,任殿福,张云鹤,关绍巍,姜振华,张淑玲,吴忠文.纺丝级聚醚醚酮树脂专用料及其制备方法。中国发明专利ZL200810050213.X；文献3：王贵宾,叶光斗,张淑玲,姜振华,陈逊,关绍巍,张云鹤,张海博,杨延华,吴忠文.聚醚醚酮纤维的熔融纺丝热拉伸定型制备方法.中国发明专利ZL200810050363.0；文献4：R.I.Shekar,T.M.Kotresh,P.M.D.Rao,K.Kumar.Propertiesof high modulus PEEK yarns for aerospace applications.J.Appl.Polym.Sci.2009,112(4),2497；文献5：V.
Figure BDA0003371051040000021
M.Skrifvars,S./>
Figure BDA0003371051040000022
P./>
Figure BDA0003371051040000023
The effect of meltspinning process parameters on the spinnability of polyetheretherketone.J.Appl.Polym.Sci.2012,126(5),1564；文献6：邓德鹏,李云龙,贾远超,王荣海,张清新,刘勇.静电纺丝制备聚醚酮酮超细纤维.工程塑料应用2016,44(4),44；文献7：栾加双,许治平,王贵宾,张梅,张淑玲,李永刚,盖须召,杨砚超,马亚莉.一种聚醚醚酮短纤纱及其制备方法.中国发明专利ZL201710052321.X)。
此外，针对聚醚酮酮纤维及聚醚酮酮复合纤维，迄今仅有阿克马法国公司、阿科玛股份有限公司(美国)以及帝人芳纶有限公司(荷兰)在中国申请了相关发明专利，其中：专利CN102333910A公开了一种利用熔体纺丝制备聚醚酮酮复合纤维的方法，将含有碳、氮、硼、磷、硅、钨等元素的多壁纳米管分散到聚醚酮酮基体中，使用熔体纺丝制备聚醚酮酮复合纤维；授权专利201080007055.5提供了一种包含聚醚酮酮和矿物纳米管的复合纤维制备方法，通过熔体配混的方式将各种矿物纳米管与聚醚酮酮基体进行混合，再通过熔体纺丝制备复合纤维；专利CN110249083A是目前唯一采用湿法纺丝制备聚醚酮酮纤维的中国发明专利，为PCT国际专利WO 2018/087121在中国的申请，采用浓硫酸溶解聚醚酮酮得到纺丝原液，并使纺丝原液通过喷丝头进入凝固浴制备聚醚酮酮纤维。然而该方法仍然存在一系列技术问题限制了其发展及应用：1)聚醚酮酮在浓硫酸中的溶解实际是聚合物的磺化过程(文献1：R.Y.M.Huang,P.Shao,C.M.Burns,X.Feng.Sulfonation of poly(ether etherketone)(PEEK):Kinetic study and characterization.J.Appl.Polym.Sci.2001,82(11),2651；文献2：B.Li,T.Liu,Z.C.W.Tang,J.Jia,W.-H.Zhong.Novel hydrationinduced flexible sulfonated poly(etherketoneketone)foam with super dielectriccharacteristics.J.Mater.Chem.2011,21(35),13546)，在溶解过程中聚醚酮酮已经发生了磺化反应，对纺丝得到的纤维性能有极大的影响；2)聚醚酮酮在浓硫酸中的溶解过程需要辅以额外的机械混合过程，比如该专利即推荐使用捏合机或挤出机来促进混合过程，这意味着实现均匀的混合或溶解依然存在困难；3)纺丝原液优选在50至90℃的温度下进行，一方面该温度区域会进一步促进聚醚酮酮的磺化，另一方面需要额外的控温装备，为湿法纺丝的稳定性带来了困难；4)湿法纺丝得到的聚醚酮酮纤维中存在残余酸，需要通过提高凝固浴的pH值来促进中和；5)得到的纤维结构均匀性差，力学强度低于80MPa，难以得到广泛应用。基于以上问题，亟需发展高效、稳定的湿法纺丝，以制备高性能聚醚酮酮纤维。
发明内容
本发明解决的技术问题是：目前仅有通过熔融纺丝制备聚醚酮酮(复合)纤维的相关技术，而使用浓硫酸所实现湿法纺丝是基于聚醚酮酮聚合物的磺化手段，所溶解为磺化聚醚酮酮，因此尚没有通过无损溶解聚醚酮酮进行湿法纺丝的相关技术。此外，以上纺丝方法或在高温下进行，或需要引入机械混合过程，不仅步骤繁琐、成本高，所得到的纤维力学也存在结构均匀性差、强度低、性能不佳等问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于无损溶解制备聚醚酮酮纤维的方法，包括以下步骤：
步骤1：采用氟基或氯基极性溶剂无损溶解聚醚酮酮，得到纺丝原液；
步骤2：将步骤1得到的纺丝原液进行湿法纺丝，将其注射至凝固浴中凝固成型，再经预牵伸、干燥、卷绕得到初纺聚醚酮酮纤维；
步骤3：将步骤2得到的初纺聚醚酮酮纤维经过多级热牵伸后卷绕收集，再经过热处理定型，获得聚醚酮酮纤维。
优选地，所述步骤1中的聚醚酮酮中，对苯位结构与邻苯位结构的摩尔比(简称对位与邻位结构比，或T/I比)为50:50、60:40、70:30、80:20或者100:0，所述聚醚酮酮选用粒径≤300μm的粉料。
优选地，所述步骤1中的氟基极性溶剂为三氟乙酸和/或3,3,3-三氟-2,2-二甲基丙酸；所述氯基极性溶剂为对氯苯酚、二氯乙酸和二氯丙酸中的至少一种。
更优选地，所述氟基极性溶剂为三氟乙酸，所述氯基极性溶剂为对氯苯酚。
优选地，所述步骤1中溶解的工艺参数为：搅拌速度1200～1800rpm，搅拌时间6～12h，搅拌温度25～50℃；所述纺丝原液中聚醚酮酮的浓度为5～22wt％。
优选地，所述步骤2中的湿法纺丝采用窄直径、大长径比的针头，其内径为0.1～0.5mm、长度为50～100mm；所述注射的工艺参数为：挤出速率0.05～2mL/min，挤出温度为25～30℃。
优选地，所述步骤2中的凝固浴为水或乙醇，其中，当选用三氟乙酸、3,3,3-三氟-2,2-二甲基丙酸、二氯乙酸、二氯丙酸作为溶剂时，优选水，当选用对氯苯酚为溶剂时，优选乙醇。
优选地，所述步骤2中的凝固浴的温度为5～40℃，所述成型所需的时间为0.5～2min。
更优选地，所述凝固浴的温度为25～30℃。
优选地，所述步骤2中的预牵伸具体为：将凝固成型所得的聚醚酮酮纤维导出凝固浴后经过3～5根导轨进行牵伸，牵伸倍数为1～2倍，牵伸时间为1～5min，以使纤维自然干燥，预牵伸后卷绕收集。
优选地，所述步骤3中的热牵伸是将步骤2所得到的初纺聚醚酮酮纤维采用水平管式炉进行热牵伸，所述水平管式炉的炉体长度为50～90cm，所述热牵伸采用三级热牵伸，具体工艺参数为：第一级牵伸温度200～220℃，牵伸倍数2～3.5倍，第二级牵伸温度230～250℃，牵伸倍数1.5～2倍，第三级牵伸温度240～260℃，牵伸倍数1.5～2倍。
优选地，所述步骤3中的热处理定型的温度为240～300℃，时间为1～5h。
更优选地，所述热处理定型的温度为250～280℃，时间为1.5～2h。
本发明还提供了上述的基于无损溶解制备聚醚酮酮纤维的方法制备所得的聚醚酮酮纤维，所述聚醚酮酮纤维的质量密度低于0.9g/cm3，孔隙率高于30％，拉伸断裂强度高于600MPa，热失重温度高于450℃，阻燃等级V-0级。
本发明的设计思想是：
(1)本发明使用氟基或氯基极性溶剂无损溶解聚醚酮酮，实现了聚醚酮酮真正意义上的溶解，避免了采用浓硫酸溶解聚醚酮酮带来的磺化反应，使得聚醚酮酮的优异物性在纤维中得以充分保持；
(2)聚醚酮酮溶液在湿法纺丝过程的剪切作用下形成牢固的网络结构，结合其分子自身的刚性，使得聚醚酮酮纤维成型过程(成型中发生溶剂与聚醚酮酮的相分离)能够保持纤维形状和体积不变，更有利于相分离诱导微孔结构的生成；
(3)聚醚酮酮纤维中聚合物分子不仅构筑了致密的网络结构，也形成了丰富的微孔结构，从而实现了诸多性能的有机集成，如轻质、高强度、耐高温、阻燃等。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1.本发明以氟基或氯基极性溶剂无损溶解聚醚酮酮，通过调控湿法纺丝过程中纺丝原液浓度、针头规格、挤出速率、凝固浴种类、预牵伸速率制备得到初纺聚醚酮酮纤维，再经过热牵伸及高温热定型处理得到高性能聚醚酮酮纤维，与其它聚合物湿法纺丝过程中纤维体积会显著收缩所不同的是，聚醚酮酮特有的分子刚性和缠结特性使得纤维体积在纤维成型的相分离过程中保持不变，从而在纤维中构筑丰富的微孔结构，并在热牵伸过程中得到进一步优化调控；本发明制备所得到的聚醚酮酮纤维能够同时具有轻质、高强度、耐高温、阻燃等优异特性。
2.由于聚芳醚酮类聚合物普遍难以溶解，导致相关湿法纺丝工艺十分匮乏，而其较高的熔融温度也给熔体纺丝带来了诸多困难，本发明实现了聚醚酮酮湿法纺丝新的突破，实现了高效、稳定的制备工艺，同时纤维微观结构具有充分的调控空间，为开发多种型号的纤维产品提供了可能，应用前景广阔。
附图说明
图1为实施例1中步骤1所得的纺丝原液；
图2为实施例1中步骤3所得的初纺聚醚酮酮纤维；
图3为实施例1中步骤5所得的热定型的聚醚酮酮纤维；
图4为实施例1制备所得的聚醚酮酮纤维的横截面电镜扫描图片；
图5为实施例1制备所得的聚醚酮酮纤维的力学测试结果；
图6为实施例1制备所得的聚醚酮酮纤维在空气环境下的热失重测试结果；
图7为实施例1制备所得的聚醚酮酮纤维阻燃测试结果。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
实施例1
本实施例提供了一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法，具体包括：
1)首先制备聚醚酮酮溶液，将聚醚酮酮(T/I比为60:40)在室温下(25℃)溶解在三氟乙酸中，浓度为12.5wt％，搅拌速度1500rpm，搅拌时间6h，得到均匀、稳定的纺丝原液，如图1所示。
2)采用内径为0.15mm、长度为60cm的注射针头，在室温下将聚醚酮酮溶液注入到温度同为室温的纯水凝固浴中，挤出速率为0.2mL/min。纤维在凝固浴中经过的时间为50s。
3)将凝固成型的纤维导出凝固浴，经过5根导轨，在牵引作用下进行预牵伸，牵伸倍数为1.2倍，牵伸时间为2min，牵伸后直接收集在卷筒上，得到自然干燥的初纺聚醚酮酮纤维，如图2所示。
4)将初纺聚醚酮酮纤维从卷筒上导出，经过水平式管式炉进行热牵伸处理，再收集到另一卷筒上。采用80cm长的管式炉，采用三级(次)热牵伸，其中第一级牵伸温度210℃，牵伸倍数为2倍，第二级牵伸温度240℃，牵伸倍数为2倍，第三级牵伸温度260℃，牵伸倍数为1.5倍。
5)将热牵伸后的聚醚酮酮纤维连同卷筒一并放入热烘箱中进行高温热定型处理，热定型温度为280℃，热定型时间为1.5h，得到热定型的聚醚酮酮纤维，如图3所示。
经过以上步骤得到的聚醚酮酮纤维，直径均匀，为52μm，质量密度为0.85g/cm3(对应孔隙率为34.6％)，拉伸断裂强度650MPa，热失重温度高于455℃，阻燃等级V-0级。图4～7所示为该纤维的横截面电镜扫描照片、力学测试曲线、失重测试曲线以及阻燃测试结果。
实施例2
本实施例提供了一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法，具体包括：
1)首先制备聚醚酮酮溶液，将聚醚酮酮(T/I比为60:40)在40℃温度下溶解在三氟乙酸中，浓度为22wt％，搅拌速度1800rpm，搅拌时间6h，得到均匀、稳定的纺丝原液。
2)采用内径为0.5mm、长度为50cm的注射针头，在室温下将聚醚酮酮溶液注入到温度为40℃的纯水凝固浴中，挤出速率为2mL/min。纤维在凝固浴中经过的时间为2min。
3)将凝固成型的纤维导出凝固浴，经过5根导轨，在牵引作用下进行预牵伸，牵伸倍数为1.1倍，牵伸时间为2min，牵伸后直接收集在卷筒上，得到自然干燥的初纺聚醚酮酮纤维。
4)将初纺聚醚酮酮纤维从卷筒上导出，经过水平式管式炉进行热牵伸处理，再收集到另一卷筒上。采用80cm长的管式炉，采用三级(次)热牵伸，其中第一级牵伸温度210℃，牵伸倍数为3倍，第二级牵伸温度240℃，牵伸倍数为2倍，第三级牵伸温度260℃，牵伸倍数为1.5倍。
5)将热牵伸后的聚醚酮酮纤维连同卷筒一并放入热烘箱中进行高温热定型处理，热定型温度为280℃，热定型时间为2h，得到热定型的聚醚酮酮纤维。
经过以上步骤得到的聚醚酮酮纤维，直径为160μm，质量密度为0.87g/cm3(对应孔隙率为33.1％)，拉伸断裂强度605MPa，热失重温度高于455℃，阻燃等级V-0级。
实施例3
本实施例提供了一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法，具体包括：
1)制备聚醚酮酮溶液，将聚醚酮酮(T/I为50:50)在50℃温度下溶解在对氯苯酚中，浓度为8.5wt％，搅拌速度1200rpm，搅拌时间12h，得到均匀、稳定的湿法纺丝原液。
2)与实施例1中的步骤2)操作相同，不同的是凝固浴为乙醇。
3)-5)：同实施例1中的步骤3)-5)。
经过以上步骤得到的聚醚酮酮纤维，直径为38μm，质量密度为0.84g/cm3(对应孔隙率为35.4％)，拉伸断裂强度675MPa，热失重温度高于455℃，阻燃等级V-0级。
实施例4
本实施例提供了一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法，具体包括：
1)制备聚醚酮酮溶液，将聚醚酮酮(T/I比为70:30)在50℃溶解在对氯苯酚中，浓度为12wt％，搅拌速度1800rpm，搅拌时间9h，得到均匀、稳定的湿法纺丝原液。
2)与实施例1中的步骤2)操作相同，不同的是凝固浴为乙醇。
3)-5)：同实施例1中的步骤3)-5)。
经过以上步骤得到的聚醚酮酮纤维，直径为59μm，质量密度为0.86g/cm3(对应孔隙率为33.8％)，拉伸断裂强度685MPa，热失重温度高于455℃，阻燃等级V-0级。
对比例1
1)制备聚醚酮酮溶液，将聚醚酮酮(T/I比为60:40)在室温下溶解在三氟乙酸中，浓度为4.5wt％，搅拌速度1200rpm，搅拌时间6h，得到均匀、稳定的纺丝原液。
2)与实施例1中的步骤2)操作相同时，不能形成连续纺丝，得到的是分段的聚醚酮酮短纤。
对比例2
1)与实施例1中的步骤1)操作相同。
2)与实施例1中的步骤2)操作相同，不同的是挤出速率为3mL/min，在高速注入下，聚醚酮酮纤维发生卷曲，难以稳定牵引，不能形成连续纺丝。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于无损溶解制备聚醚酮酮纤维的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用氟基或氯基极性溶剂无损溶解聚醚酮酮，得到纺丝原液；
步骤2：将步骤1得到的纺丝原液进行湿法纺丝，将其注射至凝固浴中凝固成型，再经预牵伸、干燥、卷绕得到初纺聚醚酮酮纤维；
步骤3：将步骤2得到的初纺聚醚酮酮纤维经过多级热牵伸后卷绕收集，再经过热处理定型，获得聚醚酮酮纤维；
所述步骤1中的聚醚酮酮中，对苯位结构与邻苯位结构的摩尔比为50:50、60:40、70:30、80:20或者100:0，所述聚醚酮酮选用粒径≤300μm的粉料；
所述步骤1中的氟基极性溶剂为三氟乙酸和/或3,3,3-三氟-2,2-二甲基丙酸；所述氯基极性溶剂为对氯苯酚、二氯乙酸和二氯丙酸中的至少一种；
所述步骤1中溶解的工艺参数为：搅拌速度1200～1800rpm，搅拌时间6～12h，搅拌温度25～50℃；所述纺丝原液中聚醚酮酮的浓度为5～22wt％；
所述步骤2中的湿法纺丝采用内径为0.1～0.5mm、长度为50～100mm的针头；所述注射的工艺参数为：挤出速率0.05～2mL/min，挤出温度为25～30℃；
所述步骤3中制备的聚醚酮酮纤维的质量密度低于0.9g/cm3，孔隙率高于30％，拉伸断裂强度高于600MPa，热失重温度高于450℃，阻燃等级V-0级。
2.根据权利要求1所述的基于无损溶解制备聚醚酮酮纤维的方法，其特征在于，所述步骤2中的凝固浴为水或乙醇。
3.根据权利要求1所述的基于无损溶解制备聚醚酮酮纤维的方法，其特征在于，所述步骤2中的凝固浴的温度为5～40℃，所述成型所需的时间为0.5～2min；所述预牵伸具体为：将凝固成型所得的聚醚酮酮纤维导出凝固浴后经过3～5根导轨进行牵伸，牵伸倍数为1～2倍，牵伸时间为1～5min，以使纤维自然干燥，预牵伸后卷绕收集。
4.根据权利要求1所述的基于无损溶解制备聚醚酮酮纤维的方法，其特征在于，所述步骤3中的热牵伸是将步骤2所得到的初纺聚醚酮酮纤维采用水平管式炉进行热牵伸，所述水平管式炉的炉体长度为50～90cm，所述热牵伸采用三级热牵伸，具体工艺参数为：第一级牵伸温度200～220℃，牵伸倍数2～3.5倍，第二级牵伸温度230～250℃，牵伸倍数1.5～2倍，第三级牵伸温度240～260℃，牵伸倍数1.5～2倍。
5.根据权利要求1所述的基于无损溶解制备聚醚酮酮纤维的方法，其特征在于，所述步骤3中的热处理定型的温度为240～300℃，时间为1～5h。
6.权利要求1～5中任意一项所述的基于无损溶解制备聚醚酮酮纤维的方法制备所得的聚醚酮酮纤维，其特征在于，所述聚醚酮酮纤维的质量密度低于0.9g/cm3，孔隙率高于30％，拉伸断裂强度高于600MPa，热失重温度高于450℃，阻燃等级V-0级。
CN202111401064.9A 2021-11-24 2021-11-24 一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法 Active CN114232109B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111401064.9A CN114232109B (zh) 2021-11-24 2021-11-24 一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111401064.9A CN114232109B (zh) 2021-11-24 2021-11-24 一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114232109A CN114232109A (zh) 2022-03-25
CN114232109B true CN114232109B (zh) 2023-06-02

Family

ID=80750758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111401064.9A Active CN114232109B (zh) 2021-11-24 2021-11-24 一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114232109B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114685971B (zh) * 2022-04-18 2023-08-29 东华大学 一种短切碳纤维/聚醚酮酮复合粉末材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104153027A (zh) * 2013-05-13 2014-11-19 北京化工大学 一种共混法制备高性能碳纤维原丝的方法
CN110055601A (zh) * 2019-05-15 2019-07-26 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法及聚丙烯腈纤维

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10087295B2 (en) * 2011-05-27 2018-10-02 Arkema Inc. Films and membranes of poly (aryl ketones) and methods of casting the same from solution
WO2018087121A1 (en) * 2016-11-08 2018-05-17 Teijin Aramid B.V. Process for the manufacture of polyetherketoneketone fiber
CN112251825B (zh) * 2020-10-12 2022-06-03 株洲时代新材料科技股份有限公司 一种聚酰胺-酰亚胺共聚纤维的制备方法
CN112810262B (zh) * 2021-01-15 2022-01-04 大连理工大学 一种热塑性塑料复合材料电阻焊接元件的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104153027A (zh) * 2013-05-13 2014-11-19 北京化工大学 一种共混法制备高性能碳纤维原丝的方法
CN110055601A (zh) * 2019-05-15 2019-07-26 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种聚丙烯腈纤维的湿法纺丝方法及聚丙烯腈纤维

Also Published As

Publication number Publication date
CN114232109A (zh) 2022-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kaur et al. Producing high‐quality precursor polymer and fibers to achieve theoretical strength in carbon fibers: A review
CN101387017B (zh) 一种改性聚醚醚酮纤维的制备方法
CN104419996A (zh) 一种超高分子量聚乙烯纤维的生产方法
CN114232109B (zh) 一种基于无损溶解湿法制备聚醚酮酮纤维的方法
CN102443873B (zh) 一种芳香族共聚酯液晶纤维及其制备方法
CN1221690C (zh) 高强聚乙烯纤维的制造方法及纤维
Ahn et al. Designing materials and processes for strong polyacrylonitrile precursor fibers
Acatay Carbon fibers
CN1763278A (zh) 一种聚醚砜纤维及其制备方法和应用
Zhang Carbon fibers derived from dry-spinning of modified lignin precursors
Ouyang et al. Fabrication of partially biobased carbon fibers from novel lignosulfonate–acrylonitrile copolymers
CN110249083B (zh) 制造聚醚酮酮纤维的方法
Lu et al. Mechanically reinforced silkworm silk fiber by hot stretching
Fang et al. Fabrication of high-strength polyoxymethylene fibers by gel spinning
Doan et al. Scalable fabrication of cross-linked porous centrifugally spun polyimide fibers for thermal insulation application
CN103060935A (zh) 一种pps和pet共混熔融纺丝的制备工艺
CN106480535B (zh) 一种熔融纺丝制备聚甲醛纤维的方法
CN104674358A (zh) 一种异形喷丝板
CN104372435A (zh) 含ppta链段的芳香族聚砜酰胺共聚物纤维及其制造方法
CN115679478B (zh) 一种高强低缩聚醚醚酮单丝及其制备方法
CN114293282A (zh) 一种抗氧化聚苯硫醚纤维的制备方法及制得的抗氧化聚苯硫醚纤维
Li et al. Effect of gelation time on the microstructures, mechanical properties and cyclization reactions of dry-jet gel-spun polyacrylonitrile fibers
CN104264241B (zh) 一种高异形度有光聚酯涤纶纤维的方法
CN106757451A (zh) 一种生产芳香族聚‑1,3,4‑噁二唑长丝的方法
CN116815352A (zh) 热管理同轴纤维膜及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant